高含沙黄河水滴灌系统关键技术的研究

针对高含沙黄河水滴灌系统滴头堵塞的问题,根据滴头堵塞的内因和外因,采取内外结合、双管齐下的技术思路对首部和尾部系统进行改装。对首部的泥沙分离器进行结构优化和改进,提高其对水源中固体颗粒的分离效率,将造成滴头堵塞的外因降低;对尾部的滴头内部流道进行重新设计,在保证消能效果的前提之下,缩短流道长度和放大流道尺寸,增强滴头本身的抗堵塞能力和抗老化问题,从而解决了滴灌技术推广中的关键技术。     

压力补偿滴头流动阻力分析与流量预测研究

为探究压力补偿滴头流动阻力产生的主要部位、变化及对滴头流量的影响,采用基于雷诺平均维纳-斯托克斯(RANS)模型的瞬态和稳态流固耦合计算方法,模拟研究了压力补偿滴头流体与弹性片之间的相互作用,分析了工作压力0~300kPa范围内弹性片变形、流动阻力与流量之间的关系。结果表明：数值模拟能够准确预测一定工作压力范围内压力补偿滴头的流量,不同工作压力下滴头流量模拟值与实测值的平均误差为12.32%。弹性片的变形经历快速变形、缓慢变形和长期微小变形3个阶段。随着弹性片变形程度增加,迷宫流道压力损失占比逐渐减小,压力补偿腔和副流道压力损失明显增加。流动阻力主要发生在迷宫流道、弹性片与凸台之间,弹性片接触凸台前,流动阻力主要取决于迷宫流道的能耗,滴头流量随工作压力的增加而增长。弹性片接触凸台后,流动阻力为工作压力的线性函数,滴头流量在一定压力范围内保持恒定;主流道结构影响压力补偿滴头的最小补偿压力,副流道结构对压力补偿滴头的流量调节作用具有重要影响。     

豫北地区冬小麦滴灌灌水技术参数研究

为优化豫北地区冬小麦在滴灌条件下的灌水技术参数,通过田间试验系统研究了不同滴头流量(2.0,4.0,6.0 L/h)和滴灌带间距(40,60,80,100,120 cm)对灌溉水在土壤中分布、冬小麦产量以及水分利用效率的影响。结果表明：就灌水均匀度而言,缩小滴灌带间距和增加滴头流量可以提高灌溉水在冬小麦根区的分布均匀度;本试验条件下滴灌带铺设超过80 cm,会影响冬小麦产量及其构成,滴灌带间距相同时,冬小麦产量随着滴头流量的增加呈递增趋势。就水分利用效率而言,适宜的滴灌带间距及滴头流量组合能在同一灌水条件下,有效减小耗水量并提高水分利用效率;本试验条件下滴灌带间距60 cm、滴头流量2.0 L/h的参数组合的产量最高,达到10 626.45 kg/hm²,水分利用效率最高,达到2.42 kg/m³。综合分析灌溉水均匀度、冬小麦产量以及水分利用效率,滴灌带间距60 cm、滴头流量2.0 L/h,以及滴灌带间距80 cm、滴头流量6.0 L/h的参数组合是适宜的冬小麦滴灌灌水技术参数。     

动态水压对迷宫流道滴头抗堵塞性能影响与机理分析

为缓解浑水灌溉中滴头堵塞的问题,评估了3种水压模式(恒定水压、台阶波形水压、三角函数波形水压)对滴头堵塞的控制效果,并对不同水压模式下滴头内堵塞物质、滴头排出物质的级配和粒径进行分析。结果表明：动态水压处理滴头使用寿命延长了79.06%,滴头抗堵塞性能优于恒定水压处理;波形对滴头抗堵塞性能影响较小,两种不同波形动态水压处理滴头的使用寿命仅相差2.77%。动态水压处理流道内水流紊动剧烈,能更好地移除沉积、附着在迷宫流道内的堵塞物质,与恒压处理相比,滴头内黏粒、粉粒堵塞物质分别减少了22.19%～36.75%和13.22%～25.06%。动态水压处理下滴头排出泥沙的粒径增大,最大粒径比恒定水压处理增大了44.34%,动态水压处理迷宫流道内水流流线时刻发生变化,水流的挟沙能力增强,大颗粒泥沙更容易从滴头排出。     

潜流型人工湿地堵塞问题研究

潜流型人工湿地一旦出现堵塞问题,将导致其处理效率降低、使用寿命缩短,进而影响该项工艺的运行和推广.该文分析了潜流湿地堵塞的原因,主要由物理、化学、生物3个方面造成,且受基质、水力负荷、悬浮物、植物和温度氧气的影响;总结了目前较为常用的防治措施,并对防堵塞技术的发展方向进行了展望.     

高频脉冲条件下灌水器水沙两相流数值模拟

为提高灌水器的抗堵塞性能,在与射流三通产生波形相同参数(周期、振幅)的高频脉冲波(正弦波、三角波、梯形波、矩形波)的条件下,以迷宫流道灌水器为研究对象,应用CFD两相流含沙量数值分析,采用k-ε湍流模型及多相流Eulerian模型,模拟高频脉冲条件下流量与压力水头关系、含沙量的瞬时分布,分析高频脉冲条件对颗粒物沉积区含沙量变化的影响。结果表明,高频脉冲波对灌水器平均流量和抗堵塞性能影响较大,高频脉冲波的波动性和连续性对提高灌水器抗堵塞能力起主要作用;抗堵塞能力由大到小的高频脉冲波形顺序为正弦波、三角波、梯形波、矩形波;入流含沙量增加会导致旋涡区泥沙的沉积,高频脉冲波可以增强旋涡区的冲刷以提高抗堵塞性能;灌水器内各处含沙量均随颗粒粒径的增大而升高,不同粒径下含沙量分布和变化略有不同。射流三通产生的脉冲波有利于提高灌水器的抗堵塞能力。     

不同清理方式对北京市透水砖铺装渗透率衰减过程影响

目的透水砖铺装作为新兴的径流调控措施之一,已被广泛应用于我国海绵城市建设。由于缺乏长期监测数据,透水砖铺装渗透率衰减过程及不同清理方式的维护效果尚不明确。本文通过室内模拟多年雨水径流入渗过程实验,定量监测其渗透率衰减过程并对比不同清理维护措施效果。方法基于透水砖铺装入流?渗透实验,测定分析了不清理以及真空抽吸尘和压力水冲洗两种清理维护方式下透水砖铺装系统渗透率的衰减过程和实验前后找平层粒径分布的变化特征。结果3种清理方式下,透水砖铺装渗透率均呈指数衰减趋势,运行7年后,不清理、真空抽吸尘和压力水冲洗清理下透水砖铺装渗透率分别为26、229 和19 mm/h,分别衰减了99.6%、96.3%和99.7%,真空抽吸尘的清理效果优于压力水冲洗。3种清理方式下透水砖铺装的悬浮颗粒物平均去除率在95% ~ 98%之间,差异不显著（P ＞ 0.05,n = 7）,铺装系统的找平层上部细颗粒物含量分别增加了29.2%、15.6%和30.1%。更新透水砖（即“新砖 + 旧找平层 + 旧土工布”）可将透水砖铺装系统的渗透速率恢复至新建系统的28.3% ~ 32.4%,而更新找平层和土工布可将渗透率恢复至新建系统的63.8% ~ 72.6%。结论雨水径流携带的细颗粒物在找平层上层聚集是透水砖铺装系统堵塞的主要原因,采用真空抽吸尘清理可有效减少找平层上层的细颗粒物含量,更新找平层和土工布比更新透水砖层可取得更好的透水性能恢复效果。      

支持地址自设定的喷雾机喷头流量总线监测系统设计

针对现有宽幅喷杆喷药机多喷头堵塞监测扩展性差的问题，研制了一种自动地址设定的喷药机喷头流量总线监测系统。以STM32F030F4为主控核心，设计了基于RS-485软件地址自设定、喷雾流量总线传输的控制器，并开发了上位机软件，完成多路流量信息实时监测和总线挂载模块的地址自动设定。为了验证系统地址自动设定可靠性，开展了地址自设定成功率试验，结果表明：当总线挂载最多5个设备时，3次地址自设定的成功率达到100%;开展了喷头流量监测精度试验，结果表明：LICHENG 110 04 VP、DG9503EVS和XR8002VS 3种类型喷头，在0.3MPa和0.4MPa两种压力下，系统流量监测总体准确率平均值为94.51%,流量监测准确率最大偏差小于等于10%,流量监测准确率标准差在2.49%～4.09%范围内波动，证明了系统具有较好的流量监测稳定性。进行了宽幅喷杆喷药机喷头堵塞监测田间性能试验，结果表明：系统同时监测20个喷头流量，在0.4、0.5、0.6MPa下，对喷头堵塞位置和个数的监测准确率为100%。研究结果可为宽幅喷杆喷药机喷头流量独立精准监测的研究提供一种可行的解决方案。