轻小型移动式喷灌机组能耗评价体系研究

摘要

进入21世纪以来,我国水资源短缺逐渐加剧,能耗问题日益凸显,农业朝着节水、节能、高效方向发展的趋势已十分明显。《2011年中央一号文件》重申了水利的战略地位及灌溉的重要性；另一方面,2010年农业部《关于进一步做好农机化节能减排工作的通知》等文件的下发,也将农业能耗问题提到了一个新的高度。轻小型移动式喷灌机组具有节水节能、增产、适应能力强、造价低等优点,在我国得到了广泛应用,已经成为我国喷灌机具中的“主力军”,在我国节水灌溉事业及近年应急抗旱中发挥了重大作用。
　　 本文的研究是“变量喷洒低能耗轻小型灌溉机组”课题(“863”项目编号:2006AA100211)的内容之一,围绕轻小型移动式喷灌机组的能耗指标,以课题中5种轻小型移动式喷灌机组为例,展开了每种机组相应配套方式下的机组运行状态(喷灌系统组态)、能耗及水量分布特性理论及试验研究,建立了轻小型移动式喷灌机组的能耗评价体系。
　　 本研究的主要研究内容如下:
　　 1.机组配套方式研究。对构成轻小型移动式喷灌机组的各组成部分目前的发展状况及性能进行比较,主要包括动力机的配套方法、自吸泵的发展、管道的配置等,确定研制成功的五台新型喷灌泵机组的配套方式。
　　 2.机组能耗指标研究。根据喷灌机组构成特点与运行特性,应用水力机械能效计算基本方法,推导出喷灌机组总能耗,评价指标采用单位能耗。根据喷灌系统管道末端压力易于控制的特点,采用退步法与多孔出流管道水力计算方法相结合,进行喷灌机组水力计算。
　　 3.遗传算法优化。以单位能耗最小为目标,以水泵.管路运行工况、喷头最小工作压力和喷头压力极差率为约束条件,建立轻小型移动喷灌机组优化数学模型,以喷头数量、管径及管道末端喷头压力为决策变量,对管径采用整数编码方式,设计遗传算法对模型进行求解。为每台机组的配套方式提供优化方案及理论能耗值。
　　 4.机组运行状态和组合喷灌均匀性的试验研究。对每个机组的配套喷头进行室内水力性能测试。对喷灌机组进行田间试验,检验每台机组每种配套方式下机组运行状态,即对喷灌机组的组态进行研究,并计算其能耗,与优化结果进行对比,分析能耗与管径、喷头个数、末端喷头工作压力之间的关系；通过测试对机组的组合喷灌水量分布特性的分析,得出每台机组最佳的配套方式。

目录

文摘

英文文摘

主要符号说明

第一章 绪论

1.1 研究背景

1.2 国内外喷灌技术发展概况

1.2.1 国外喷灌技术的发展

1.2.2 我国喷灌技术的发展及研究现状

1.2.3 轻小型移动式喷灌机组研究现状

1.3 国内外灌溉能耗评价研究概况

1.3.1 灌溉能耗评价

1.3.2 灌溉输水管网优化技术

1.4 本研究内容和方法

1.5 研究方法与技术路线

第二章 轻小型移动式喷灌机组构成

2.1 自吸泵机组

2.1.1 动力机

2.1.2 自吸泵

2.1.3 潜水电泵机组

2.1.4 自吸泵机组

2.2 管道

2.3 喷头

2.3.1 喷头结构参数与技术指标

2.3.2 全射流喷头的结构和性能参数

2.3.3 管道布置与喷头组合形式

2.3.4 喷头立管

2.4 机组初步配置方案

第三章 轻小型移动式喷灌机组能耗评价体系的建立

3.1 轻小型喷灌机组能耗计算方法

3.1.1 喷灌机组能耗指标

3.1.2 喷灌机组水力计算方法

3.2 优化目标

3.3 约束条件

第四章 遗传算法在机组配置优化中的应用

4.1 遗传算法基本参数

4.2 模型决策变量

4.3 染色体编码方式

4.4 初始化群体

4.5 个体适应度评价

4.6 遗传操作

4.7 算法流程

4.8 机组配置优化

第五章 机组能耗及喷洒试验研究

5.1 试验场地

5.2 试验目的

5.3 试验设备

5.4 试验布置

5.5 试验方法及步骤

5.6 测量结果与分析

5.6.1 机组运行及能耗试验

5.6.2 组合喷灌的喷灌强度及均匀系数

第六章 总结与展望

6.1 主要结论

6.2 进一步研究与展望

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间发表论文及参加的研究项目