组合方式对喷灌均匀度的影响研究

【目的】研究喷头不同组合方式对喷灌均匀度的影响,得到最佳的组合方式。【方法】根据FYRB471 型喷头在不同工作压力下间距1 m采样所得的无风喷洒降水强度,针对喷头分别呈正三角形、正方形、正六边形等组合方式,拟合出了喷头在不同工作压力及组合间距下的降水强度,采用克里斯琴森均匀系数计算了相应的喷灌均匀度。【结果】当工作压力一定时,不同组合方式下的喷灌均匀度都随喷头间距的增大而减小;当喷头间距一定时,组合均匀度与工作压力正相关。当间距小于5.5 m时,不同工作压力下3 种组合方式的均匀度相差不大;当间距大于5.5 m时,随着工作压力或者组合间距的增大,正三角形组合方式所提供的喷灌均匀度最优,正方形组合方式次之,正六边形组合方式最低。正三角形组合方式喷头间距变大时,喷灌均匀度降低;工作压力过大或间距过小时会增加成本,因此农业生产可兼顾考虑效率和成本选择喷头的组合方式以及工作压力,制定合理的喷灌方案。【结论】当组合间距介于5.5 m和8.5 m之间,工作压力介于200 kPa 与320 kPa 时,应考虑采用正三角形组合方式,此时的喷灌均匀度最高,达80%以上;当组合间距小于等于5.5 m时,不同工作压力下的均匀度基本相同,应考虑采用正六边形组合方式,单个喷灌设备覆盖范围最广,成本最低。

轻小型喷灌机组的水力性能试验与喷灌均匀度的研究

为研究轻小型喷灌机组的水力性能及喷灌均匀度是否满足规范要求,以自行研制的轻小型喷灌机组为研究对象,通过室内试验,分析了轻小型喷灌机组的水量分布、喷灌均匀度和运行速度。结果表明,当进口压力为0.20、0.25、0.30、0.35、0.40、0.45 MPa时,轻小型喷灌机组的最小运行速度为10.25m/h,最大运行速度为68.40m/h,压力越大,速度越低,机组的喷灌均匀度越高,喷灌均匀度的范围在87.60%~91.40%之间,满足规范要求。

基于弹道理论有风条件下折射式喷头喷灌均匀度研究

为计算有风条件下折射式喷头水量分布及喷灌均匀度,以弹道轨迹理论为基础,依据风速分布模型,建立有风条件下折射式单喷头水量分布计算方法,采用该方法模拟出有风条件下Nelson D3000型喷头倒挂安装方式下水量分布特性,通过与实测资料进行对比,验证了模拟具有较高的准确度,可应用于有风条件下折射式喷头水量分布计算。在此基础上,选用4.76 mm(24号)喷嘴直径,模拟出不工况下单喷头水量分布,计算出组合情况下喷灌均匀度,分析了风速、风向、喷头间距、工作压力和安装高度5种因素对喷灌均匀度的影响,并对蒸发漂移损失进行了分析。结果表明:95%的置信区间下,喷头布置间距对喷灌均匀度的影响最显著,其次是安装高度和喷头工作压力,风速和风向对喷灌均匀度影响不显著。风速、喷头工作压力和安装高度都会对蒸发漂移损失产生影响,其中工作压力影响最大。当选用Nelson D3000型喷头在风速小于6 m/s的环境下喷灌时,应将喷头安装间距固定在2.13~3.04 m范围内。另外,该安装间距范围内,喷头安装高度和喷灌压力增大后,喷灌均匀度增大的效果不明显,因此应采用低压喷灌以降低喷灌系统运行成本;考虑到较高的喷头安装高度会产生较大的蒸发漂移损失,喷灌时还应适当降低喷头安装高度,以提高喷灌水分利用率。

Surfer软件在三角形组合喷灌均匀度计算中的应用

以单喷头喷洒测试数据为基础,按照水量叠加原理,通过对单喷头喷洒区域的虚拟扩展、典型代表区域和计算区域的设定等,详细介绍了利用Surfer 11软件计算三角形组合喷灌均匀度的计算方法与步骤。通过对算例分析表明,利用Surfer软件最近邻点插值法进行数据网格化处理的有效性最好,并且数据网格跨度大小对计算结果影响不大,取0.5较为合适。

基于单喷头测试数据的组合喷灌均匀度计算与分析

喷灌均匀度是喷灌系统设计的一项重要技术指标,以单喷头测试数据为基础,按照单喷头水量分布叠加计算原理,通过单喷头喷洒区域的虚拟扩展,利用Surfer 11软件的数据处理功能,通过组合喷灌典型代表区域上各相关喷头喷洒水量的提取、合并和转换,利用Excel统计公式计算出组合喷灌均匀度,并就算例中不同喷头间距下喷灌均匀度、平均喷灌强度和单喷头控制面积进行对比分析。

喷头不同组合模式下水量分布和喷灌均匀度的田间试验及数值模拟

利用三次样条两次插值叠加法并结合单喷头水量分布可计算得到多喷头组合水量分布。为验证该方法的适用性及探究变间距条件下喷灌均匀度的变化情况,通过田间试验,得到ZY-2型单喷头水量分布及多喷头18 m×18 m组合形式下水量分布,计算了喷灌均匀度。利用MATLAB软件构建了喷头组合条件下水量分布的数值模拟模型,计算出不同组合模式下水量分布和组合喷灌均匀度。结果表明:模拟与实测喷灌水深的相对误差(RE)和均方根误差(RMSE)分别为8.49%和3.17 mm,组合喷灌均匀度的相对误差为1.85%,表明构建的模型能较准确地模拟不同喷头组合条件下的水量分布和组合均匀度;ZY-2型喷头在正方形21 m×21 m布置形式下,喷灌均匀度达到最高(0.873);在变喷头间距和变支管间距两种矩形布置时,喷灌均匀度整体上随着支管间距的增加而逐渐降低,但喷头间距增加时喷灌均匀度降低的幅度更大。研究结果可为优化喷头布置形式提供技术支撑。

基于ArcGIS的组合喷灌均匀度计算研究

为快速简便的计算组合喷灌均匀度,以单喷头测试数据为基础,按照水量叠加原理,研究了利用ArcGIS系统软件计算组合喷灌均匀度的计算方法与步骤,通过算例对不同插值方法、插值栅格大小等情况下的计算结果进行了分析比较。研究显示,在数据插值方法上,自然邻域插值法的PAEE、RMSE和MSE值分别为0.093、0.048和0.261,是研究的四种插值方法中最小的;在同一布置形式、相同喷头间距下,比较0.4、1.0和1.53种插值栅格大小(解析度)对喷灌均匀度的计算结果的影响,结果显示其差异度不大;比较ArcGIS系统软件、自编软件,以及Surfer软件计算的结果,各种方法计算结果之间的差异均不大于2.9;以三角形布置喷灌系统为例,分别以三角形区域和以两条支管之间的区域为典型区域,利用ArcGIS系统软件计算其组合喷灌均匀度(Cu),二者相差0.8。研究结果表明,利用ArcGIS系统软件计算喷灌均匀度是可行的,而且操作直观、快捷、简便。

平移式喷灌机行走速度及喷灌均匀度试验探究

本次试验是为了研究低压喷灌下喷灌机的行走速度以及喷灌均匀度对于土壤的影响。通过对自制的轻小型平移式喷灌机进行室内单喷头试验以及田间喷灌试验,探究在特定的灌水定额之下,该喷灌机的工作压力与行走速度的关系,并且探究了水量分布、喷灌均匀度赫尔土壤含水量之间的关系。

动态水压坡地喷灌水量分布特性与均匀度研究

针对坡地喷灌水量分布不均匀、灌溉质量较低的问题,将动态水压供水技术引入坡地喷灌,以雨鸟LF1200型喷头为研究对象,分析了动态水压喷灌对喷头流量、射程、喷洒湿润面积、单喷头水量分布和组合喷头水量分布及均匀度的影响。结果表明:对于单喷头而言,采用动态水压喷灌的上下坡射程差在2.3 m左右,动压参数中动压振幅对射程影响较显著,动压喷灌时,振幅建议采用喷头正常工作压力范围内的较大值;单喷头水量分布均匀度在56%左右,动态水压参数对单喷头水量分布和喷灌均匀度影响不显著。在组合喷头的情况下,采用正三角形和矩形布置的均匀度高于正方形布置,其中采用矩形布置喷灌质量最佳。综合考虑工程投资、水量分布以及均匀度,动态水压喷灌时,当喷头采用三角形布置方式时,建议喷头间距为1.0～1.2R(R是喷头平地射程),当喷头采用矩形布置方式时,坡向间距宜采用0.6～0.8R,垂直坡向间距宜采用1.0～1.2R。

用傅里叶变换表示喷灌组合均匀度

借助于各种各样的傅里叶变换，探讨了农田喷灌旋转喷头组合均匀度计算的新方法，使克里斯琴森均匀度系数用单喷头水量分布、支管间距、喷头间距、布置形式以严密的数学表达式加以表述．最后用一组实测数据和该方法进行计算对比，证明该方法可用于实验工作中．

滚移式喷灌机关键部件的设计与试验

针对节水灌溉技术中存在自主研发能力弱、技术性能低、设备可靠性差、经济成本过高等问题,设计研制出一种节省材料、降低油耗、工作可靠、喷灌均匀度高的滚移式喷灌机.根据输水支管受力特点,通过Matlab对支管壁厚进行优化设计,优化出3种不同壁厚的输水支管,不仅能够节省材料,降低油耗,还能增加机组爬坡能力.对滚移式喷灌机的自动泄水阀进行了结构设计,计算并确定结构参数,利用ANSYS CFX进行模拟仿真试验.田间性能试验结果表明,该滚移式喷灌机各项指标都满足要求,喷灌机向前移动时支管产生的最大挠度为2.7 m,喷灌均匀度为92.45%,喷灌强度为12.59 mm/h.该研究为滚移式喷灌机的进一步发展提供了参考.

轻小型喷灌机组的运行速率与压力水头损失

为研究轻小型喷灌机组低压喷灌条件下运行速率的合理取值以及工作压力与喷灌机组压力水头损失的关系,以轻小型喷灌机组为研究对象,经过室内喷灌试验,研究了一定工作压力和流量条件下机组的运行速率、灌水定额之间的关系,并对机组的局部水头损失和沿程水头损失进行了分析.结果表明:灌水定额与轻小型喷灌机组的运行速率、工作压力有一定的关系,通过确定灌水定额,能够调制出相应的运行速率.轻小型喷灌机组卷盘车处入口压力增大,喷水车单喷头处的压力也随之增大,但是入口压力增大到一定程度后,单喷头压力的提高幅度减小,因此在机组正常工作范围内,可以通过适当降低机组的入口压力,以减少机组的压力水头损失,节省能耗,降低机组的运行成本.轻小型喷灌机组在中国有广泛的发展前景,该项研究对于中国轻小型喷灌机组的性能改良具有重要意义,可为轻小型喷灌机组的发展提供参考依据.

软管卷盘式自动喷灌机特性分析

介绍了软管卷盘式自动喷灌机的发展概况、工作原理及特点，认为这种喷灌机的喷灌均匀度、强度等能满足实际需要，其投资和操作要求适合我国的自然和经济条件。分析了这种喷灌机的工作性能、调速性能和能耗等，以期尽快在我国推广使用。

径向基神经网络在喷灌系统中的应用研究

采用径向基神经网络来模拟单喷头水量分布,找出一种将单喷头的辐射线布置雨量筒的实测数据转换为方格形布置的数据的方法,从而实现了以实测单喷头雨量分布资料为依据的均匀度计算方法的程序化,通过用遗传算法优化得到了喷头的最优组合间距。

不同工况对喷灌水量分布的影响

为了探究不同工况对射流式喷头喷灌水量的影响,通过对射流式喷头在不同组合间距和工作压力下的水量分布数据进行分析,拟合出了喷头在不同工作压力及组合间距下的降水强度,采用克里斯琴森均匀系数和分布均匀性系数计算了相应的喷灌均匀度.结果发现喷头组合间距在1.0R~1.4R变化时正方形组合喷灌的CU值随喷头间距的增大呈下降趋势,CU值均大于70%;1.0R和1.2R组合间距下正方形组合喷灌低值区域的占比比三角形组合高,而1.4R的组合间距则与上述相反;当压力由0.1 MPa升至0.3 MPa时三角形组合喷灌区域的灌水峰值随着压力的增大呈先减小后增大的趋势;在正方形组合形式下增大工作压力有利于提高喷洒区域内的均匀性;压力损失并不总是降低喷灌的均匀性,0.2~0.3 MPa压力下,10%的压力损失对喷头喷灌均匀性几乎没影响;射流式喷头1.4 m安装高度、0.25 MPa压力下宜采用1.4R间距的三角形组合.

变频恒压自动供水控制系统及其在坡地喷灌中的应用

利用机电泵加压的坡地喷灌系统,机电泵通常是利用工频电源(50Hz)作恒速运行,由于田间地形起伏较大,水泵的运行特性不能适应管网流量和压力的变化,也不能满足喷灌均匀度的要求。变频恒压自动供水控制系统将变频技术与自动化技术相结合,能根据设定的田间实际灌溉压力分区,系统自动进行压力等级切换,实现分区恒压自动供水灌溉,极大地提高了灌溉均匀度,同时还具有节水、节能、管理方便以及保证管网与水泵安全运行等功能。

丘陵茶园分层稳压分区喷灌技术

我国茶叶生产区大部分处在湿润与半湿润地区,茶叶生长需要的水分,主要靠雨水供给。但由于地域辽阔,自然地理因素复杂,雨水分布既有地区的差别,也有季节的不同,即使在同一个月中,分布也捉摸不定,时多时少。在南方茶区,年降水量大,在4-9月份雨量较集中,但由于当地气温较高,年蒸发量接近或超过年降水量;在冬春雨水很少,茶园常有旱情。

摇臂式喷头副喷嘴仰角及位置参数的优化

摇臂式喷头副喷嘴的主要作用是增加喷头近处的喷水量，从而提高喷头的喷灌均匀度，因此对摇臂式喷头副喷嘴的研究具有重要意义。该文采用流场模拟和试验相结合的方法对摇臂式喷头的副喷嘴结构参数进行了优化设计。首先采用逆向工程的设计方法，运用Pro/E建立了摇臂式喷头的三维结构，选择副喷嘴的仰角和位置为待优化参数，设计出9种副喷嘴结构的摇臂式喷头。运用Pro/E和HyperMesh软件建立了9种副喷嘴结构摇臂式喷头的三维内流道模型，利用CFD软件FLUENT对9种喷头的内流道进行三维模拟，运用快速成型技术加工出喷头样品进行试验验证，在矩形组合方式下运用4种插值方法（距离插值法、线性插值法、立方插值法和三次样条插值法）计算喷灌组合均匀度，并且利用Sprinkler3D 软件通过二维插值的方法建立了9种喷头的压力水量分布模型，对喷头喷洒均匀性进行评价。结果表明，6号喷头（副喷嘴位置参数为19.8 mm、仰角参数为18°）的模拟流量和速率较大，试验水量分布在2～12 m之间能够保持较好均匀性，且射程达到14 m以上，喷灌均匀度在压力为250和300 kPa下都达到80%以上。因此，副喷嘴位置参数19.8 mm、仰角参数18°为摇臂式喷头副喷嘴的最佳结构参数。该研究为摇臂式喷头结构设计和喷灌系统优化等提供参考。

考虑配重的垂直摇臂式喷头摇臂运动规律及水力性能

为了研究摇臂运动规律及配重对喷头水力性能的影响，以垂直摇臂式喷头为研究对象，对垂直摇臂式喷头摇臂的运动特征进行理论分析，推导出摇臂运动周期公式，并在公式中考虑了配重位置变化因素；采用高速摄影对 Nelson SR100喷头的摇臂运动情况进行了试验研究，将得出的摇臂运动周期与计算结果进行对比，并通过改变配重安装位置来考察运动周期变化对喷头水力性能的影响。结果表明：通过高速摄影试验得到的摇臂运动周期与理论公式计算值吻合较好，相对误差基本在10%以内，验证了推导公式的正确性，针对理论公式的计算误差，根据试验结果对理论进行了修正，进一步提高了理论公式的计算精度，相对误差都在3%以内；增大喷头工作压力和前移配重安装位置均可使喷头的运动周期减小。配重位置距摇臂旋转轴较近时，喷头近处的喷灌强度明显增加，3～10 m内的水量分布较配重在最远处时增加了40%左右；配重位置距摇臂旋转轴远时，喷头近处的喷灌强度随之降低，射程末端的喷灌强度随之增加。该研究可为垂直摇臂式喷头摇臂设计方法的建立和在喷头运行过程中能合理调节摇臂配重提供参考。