薄壁型微喷带水力性能试验研究

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薄壁型微喷带是目前发展较快的节水灌溉设备,它具安装方便,省时省工,抗堵性能强等优点,已成为农户较为欢迎的节水灌溉方式之一。目前而言,微喷带的应用较为广泛,已有前人对其进行过相关研究,但对于其水力性能参数没有一个统一的标准。文中通过对薄壁型微喷带产品进行调研,分析国内及国外微喷带的主要型号和使用情况以及相关的水力性能。针对天津、安徽、浙江等地节水灌溉企业生产的薄壁软塑料微喷带,开展水力性能试验。根据水力学相关理论及试验结果,从微喷带的工作压力,均匀度,喷洒宽度以及沿程水头损失等方面进行了研究,确定了微喷带孔口出流的相关计算参数及压力、孔径与喷洒宽度的关系,并提出了沿程水头损失计算公式以及极限铺设长度,以期为实际工程提供指导作用。主要研究成果如下:(1)确定了薄壁型微喷带的工作压力。开展了微喷带爆破压力试验,获取微喷带的爆破压力点。参考相关规范,从安全运行、经济节省等方面考虑,选定以2为最优安全系数,确定折径为N43N64 mm的薄壁型微喷带的工作压力范围为48m水头,通过压力包络图计算出折径为N43N64 mm的薄壁型微喷带的工作压力点为56m水头,为实际工程提供参考。(2)建立了薄壁型微喷带的工作压力与孔口出流量之间的关系。通过控制变量法,对折径为N43N64 mm的微喷带进行压力流量试验,分析发现孔口出流量随着压力的增大而增大;在同一压力下,孔径越大,微喷带的孔口出流量越大;对同一类型的微喷带而言,首端压力不变,随着长度的增加,微喷带的孔口出流量减小。通过R软件分析,得出了微喷带的孔口出流量与压力的关系,确定了微喷带孔口出流经验计算公式参数与理论计算公式参数,发现薄壁型微喷带的流态指数在0.50.6之间变化,孔口出流属于紊流出流。最后对公式进行对比分析,发现理论计算公式与经验计算公式相差不大,为了计算方便,可采用经验计算公式进行计算。(3)研究了薄壁型微喷带的均匀度变化规律。以长度与压力为主要影响因素,开展不同长度、不同压力下微喷带的纵向均匀度以及横向均匀度试验。通过对微喷带纵向均匀度试验分析发现:在3060m的长度范围内,微喷带的纵向均匀度随着长度与折径的增加而增加,且在18m水头范围内,微喷带纵向均匀度随着压力的增大呈现先增大后减小的趋势,均匀度最高时的压力点为45m水头。微喷带的横向均匀度随着压力的增大而增大。最后以纵向均匀度与横向均匀度的相对误差来衡量微喷带的综合均匀度(水滴在空中的打击分散效果),结果表明:压力在56m水头时,微喷带在空中打击分散的效果较好。(4)建立了微喷带的喷洒宽度计算公式。以压力与孔径为主要因素,对折径为N43N64 mm的微喷带进行试验,获取不同压力下微喷带的喷洒宽度试验数据,发现微喷带在正常铺设条件下,压力越大,其喷洒宽度越宽,最后通过R软件,进行多元回归,得出了压力与喷洒宽度之间的计算关系。(5)采用控制变量法与L9(34)正交试验方案,对折径为N43N64mm的微喷带进行沿程水头损失水力性能试验,获取流量、长度、折径与水头损失等试验数据,分析流量、长度、折径三因素对沿程水头损失的影响程度以及水头损失相关水力性能参数,提出了沿程阻力系数,对沿程水头损失计算公式参数进行修改得出了薄壁型微喷带水头损失计算参数。结果表明薄壁型微喷带沿程水头损失随着压力与铺设长度的增大而增大;折径、流量、长度的F值分别为90.314、26.056、19.041,表明对沿程水头损失影响依次减小。采用修改后的沿程水头损失计算参数计算薄壁型微喷带沿程水头损失值与试验值吻合较好。(6)从微喷带的铺设坡度进行考虑,将理论与试验相结合,以灌水小区的水头偏差不超过20%为约束条件,建立数学优化模型,通过求解得出了薄壁型微喷带在顺坡、逆坡及平坡时的极限铺设长度计算公式,并确定了微喷带在顺坡时的最大允许铺设坡度。
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