带状微压滴灌灌水器的试验研究

摘要

滴灌是目前农业灌溉中最为节水、高效的灌溉技术，但其昂贵的系统成本严重制约着该技术的推广应用。针对上述问题，部分专家学者提出微压滴灌理论，目前市场上绝大多数滴头是设计压力为100kPa，的对应常规滴灌系统的滴头，因此微压滴灌已列入我国十一五“863”节水专项进行研究。本论文在基于“863”节水专项研究的基础上，旨在研究开发一种在微压条件下适用的新型灌水器。其设计压力为50kPa，设计压力对应的流量为2L/h。主要研究结果如下： 1.本文首先对现有的5种热合成型的滴灌带进行室内水力性能测试，5种滴灌带在微压条件下(10～50kPa)运行对其水力性能有一定的影响，微压条件拟合的流态指数x值均有所升高。同时，在微压条件下，5种滴灌带的制造偏差系数较大，压力越低均匀性越差。 2.本研究在分析了国内外迷宫流道设计理论和结构特征的基础上，提出一种齿形与圆弧组合结构的新型流道造型。目前研究的流道结构形式多以齿宽、齿底距、齿高等为主要因素，且为上下齿尖在同一水平，本文研究齿尖倾斜角度B和流道单元段连接处圆角化处理的倒角半径R对灌水器水力性能的影响，同时设有0.12mm的齿尖参差。分别采用水力性能实验和计算流体动力学(CFD)模拟计算两种方法得到了迷宫流道灌水器的水力性能数据。 3.利用基于计算流体动力学的分析软件Fluent对迷宫流道内的水流流态进行了计算和仿真，分析滴头流道内部压力、流速分布与能量转化规律等，解决了长期以来迷宫流道流态的“黑匣子”问题，为滴头的结构设计提供了理论基础。经CFD数值模拟结果表明：6种迷宫流道的仿真模拟结果显示流道内的流态整体比较理想；6种滴头水力性能优于已有各带状滴头性能：6种滴头符合微压滴灌灌水器——流道大而短、微压区工作时流量在1～2L/h和流念指数小的要求。 4.对设计的滴头流道进行样品加工制造，使设计思想转化成了滴头实物。并将滴头样品在滴灌带生产线上生产成内镶式滴灌带，来检验滴头的水力性能。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章绪论

1.1研究背景和意义

1.1.1研究背景

1.1.2问题的提出及研究意义

1.2国内外研究现状综述

1.2.1滴灌的发展简史及研究现状

1.2.2滴灌灌水器结构形式的发展

1.2.3滴灌灌水器的水力性能理论研究现状

1.2.4微压滴灌技术及其灌水器的研究现状

1.3存在的问题

1.4本文的研究方法与思路

1.4.1研究方法

1.4.2技术思路

第二章现有滴灌带在微压条件下的水力性能试验研究

2.1滴灌带选型及测试方法

2.2试验设计

2.2.1试验目的

2.2.2试验依据

2.2.3试验装置

2.2.4试验测试的主要参数与仪器

2.2.5试验方案设计及实验内容

2.2.6试验装置精度的保证

2.3试验内容处理与计算公式

2.3.1流量与压力关系曲线公式及各参数测试计算方法

2.3.2流量偏差系数的计算

2.3.3灌水器流道断面平均流速的计算

2.3.4灌水器流道横断面雷诺数的计算

2.4试验结果与分析

2.4.1微压条件的滴灌带水力特性

2.4.2流道结构形式与其水力性能的关系

2.4.3滴灌带流量偏差

2.4.4灌水器流道断面平均流速

2.4.5灌水器流道内部流动的雷诺数

2.5本章小节

第三章新型微压滴灌带结构设计与样品试制

3.1滴灌灌水器设计指导思想

3.1.1滴灌灌水器结构设计要求

3.1.2滴灌灌水器结构的参数化设计方法

3.2滴灌带滴头样品流道设计

3.2.1流道截面设计

3.2.2流道几何形状设计

3.3滴灌带样品制作

3.3.1滴头样品制作技术介绍

3.3.2滴灌带样品制作

3.4滴头样品检测

3.5本章小结

第四章滴灌带样品CFD模拟研究

4.1滴头三维CAD模型制作

4.1.1参数化滴头设计环境介绍

4.1.2滴头三维CAD模型制作

4.2流道内部流体流动分析与数值模拟

4.2.1计算流体力学(CFD)方法介绍

4.2.2商用软件FLUENT介绍

4.2.3迷宫滴头水力特性的CFD建模与计算

4.3计算结果及分析

4.3.1自由出流流量偏差

4.3.2流道内流动压力分布

4.3.3流道内流动速度分布

4.3.4流道内紊流强度等值分布

4.3.5流道结构与性能综合分析

4.4本章小结

第五章结论与展望

5.1本文的主要结论

5.2研究中存在的问题及展望

参考文献

致谢