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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。