错位滴头的3条毛管高频灌溉对棉田盐分的影响及节水效果

【目的】针对新疆降水稀少、蒸发量大,干旱缺水,土壤盐碱化蔓延,改良盐碱地用水量大等问题,通过室内外试验进行对比研究,提出节水改良盐碱地的新技术。【方法】以滴灌条件下盐分积累在湿润体边缘的规律为依据,将现有的滴灌改为错位滴头的3条毛管,确定3条毛管的间距、滴水规则、灌水定额及洗盐定额等参数,研究湿润体盐分的运移过程。【结果】在土壤性质及水质不变的条件下,对错位滴头的3条毛管采用滞后滴水的方法,灌水6次之后湿润体内取土检测盐分,探究棉花根区盐分的变化过程。湿润体水平距为40 cm处的垂线盐分从105.21 g/kg降到49.015 g/kg,该方法可扩大根区湿润体的脱盐范围,与滴灌相比可永久性节约每年3次的压盐水量。【结论】棉花根区的脱盐范围随灌水次数的增多而逐步扩大,脱盐范围的大小与土壤体积质量、灌水方法、次数、滴水规律、土壤盐分、水源的盐分及灌水周期有关。

额定流量与毛管位置对纽扣式滴头堵塞的影响及机理分析

为探究引用高含沙水滴灌时额定流量与毛管位置对纽扣式滴头堵塞风险的影响及相应机理,该研究对3种不同额定流量(2、4、8 L/h)的纽扣式滴头按照不同的毛管安装位置(毛管进水口处的支管长度分别为w、2w、3w,毛管间距w=204 mm;依次为内侧、中间和外侧)进行浑水堵塞试验。试验结果表明:滴头额定流量与毛管位置会影响毛管与支管内的断面平均流速,从而对管中沉积泥沙的起动产生影响,影响滴头堵塞进程。额定流量为4 L/h的滴头,其平均相对流量和灌水均匀度系数下降速率最慢,即抗堵塞性能最优,且其有效灌水次数最多,平均使用寿命比2和8 L/h的滴头分别提高了11.84%和49.11%。滴头额定流量越小,毛管位置对滴头使用寿命影响越明显,其毛管内滞留泥沙质量越大、沉积的大颗粒泥沙占比越多,大颗粒泥沙相对小颗粒泥沙更容易被滞留在毛管中。滴头额定流量越大、在单根毛管上的安装位置越靠近前段,其排出的泥沙粒径越大。毛管中沉积泥沙的起动是导致大流量滴头更快堵塞的主要原因。试验为滴灌系统堵塞机理的研究提供了思路,为实际应用中滴头额定流量的选用与滴头堵塞的预防提供了参考。

不同滴头间距和毛管间距对匀播冬小麦土壤水分空间分布、根系形态及产量的影响

【目的】研究优化匀播冬小麦的滴灌配置方式。【方法】以新冬22号为材料,在立体匀播方式下,采用双因素裂区试验,主区滴头间距,设20 cm(T_(1))和30 cm(T_(2))2个处理,副区毛管间距,设30 cm(D_(1))、40 cm(D_(2))、50 cm(D_(3))、60 cm(D_(4))、70 cm(D_(5))5个水平。研究滴头间距和毛管间距对匀播冬小麦土壤水分时空分布,根干质量、根系形态、产量形成及经济效益的影响。【结果】在适宜的滴头间距和毛管间距处T_(1)D_(1)、T_(1)D_(2)、T_(1)D_(3)和T_(2)D_(1)、T_(2)D_(2)有利于土壤水分,根干质量、根系形态、土壤含水量、水分利用效率及产量均保持较高水平,以T_(1)D_(2)表现最优;而在滴头间距和毛管间距过大处T_(1)D_(5)和T_(2)D_(5)表现较低。产量以T_(1)D_(2)表现最优,其值为9247.95 kg/hm 2。【结论】T_(1)D_(3)(滴头间距20 cm,毛管间距50 cm)是最佳滴灌配置组合。

滴头流量对压砂土壤水盐分布及西瓜生长、产量的影响

【目的】探明微咸水灌溉条件下滴头流量对压砂地土壤水盐分布及西瓜生长和产量的影响。【方法】通过田间试验,设置Q1(2 L/h)、Q2(3 L/h)、Q3(4 L/h)3种滴头流量,研究滴头流量对灌水前后土壤水盐分布特征、西瓜生长、产量、果实品质及水分利用效率的影响。【结果】滴头流量越大,土壤水平湿润范围越大,膜间土壤含水率越高,滴头下方垂直湿润深度越浅。各处理0~100 cm土壤盐分经过一个全生育期均呈下降趋势,盐分减少量随滴头流量增大而增加。果实可溶性糖量随滴头流量增大呈先增大后减小趋势,Q2处理最大,分别较Q1、Q3处理提高了54.3%和22.3%;维生素C量随滴头流量增加呈先减少后增加趋势,Q3处理最高,较Q2处理提高了53.7%。西瓜产量与灌溉水利用效率均随滴头流量增大而增加,Q3处理产量分别较Q1、Q2处理提高了6.20%和3.56%,Q3处理的灌溉水利用效率分别较Q1、Q2处理提高了6.49%和3.72%。【结论】综合考虑土壤水盐再分布形式与西瓜产量、品质,适用于压砂地西瓜微咸水滴灌流量为Q3(4 L/h)。

加气对滴头堵塞行为的影响

为探明加气滴灌下滴头堵塞规律及影响因素,选用4种不同特征参数(流量Q、最小断面尺寸min(W,D)和入水栅格面积M)的内镶贴片式滴头E1,E2,E3和E4,分别在加气(AI)和未加气(CK)条件下进行了滴头堵塞测试,并通过泥沙絮凝沉降试验对其结果进行了验证.结果表明:加气和滴头结构对滴头堵塞性能具有显著影响(P<0.05).加气加剧水中泥沙颗粒的絮凝沉降、加速絮凝颗粒在毛管内和流道入口的黏附、增大滴头入口发生突然堵塞风险是造成加气加剧滴头堵塞的主要原因;当选择入口尺寸较大的E4滴头时,其流道入口堵塞风险降低、流道内泥沙絮凝沉降速率减缓而表现出加气减缓滴头堵塞,而选择入口尺寸较小的E1—E3滴头时,其毛管内泥沙絮凝沉降速率增大、滴头入口堵塞风险增高而表现出加气加剧滴头堵塞.

压力补偿滴头流动阻力分析与流量预测研究

为探究压力补偿滴头流动阻力产生的主要部位、变化及对滴头流量的影响,采用基于雷诺平均维纳-斯托克斯(RANS)模型的瞬态和稳态流固耦合计算方法,模拟研究了压力补偿滴头流体与弹性片之间的相互作用,分析了工作压力0~300 kPa范围内弹性片变形、流动阻力与流量之间的关系。结果表明:数值模拟能够准确预测一定工作压力范围内压力补偿滴头的流量,不同工作压力下滴头流量模拟值与实测值的平均误差为12.32%。弹性片的变形经历快速变形、缓慢变形和长期微小变形3个阶段。随着弹性片变形程度增加,迷宫流道压力损失占比逐渐减小,压力补偿腔和副流道压力损失明显增加。流动阻力主要发生在迷宫流道、弹性片与凸台之间,弹性片接触凸台前,流动阻力主要取决于迷宫流道的能耗,滴头流量随工作压力的增加而增长。弹性片接触凸台后,流动阻力为工作压力的线性函数,滴头流量在一定压力范围内保持恒定;主流道结构影响压力补偿滴头的最小补偿压力,副流道结构对压力补偿滴头的流量调节作用具有重要影响。

内镶贴片式滴头流道结构参数对水力性能影响的试验研究

研究内镶贴片式滴头流道结构参数对水力性能的影响,对滴灌带灌水器流道优化具有重要意义。以节水灌溉工程中常用的6款贴片滴灌带为研究对象,利用UG软件与三维实体建模软件Space claim对滴头流道的7个主要结构参数进行测量,并通过主元分析法对其影响力进行排序。在0.02~0.15 MPa不同压力下开展压力流量试验,在0.1 MPa下开展含砂率为5、15 g/L的抗堵试验,并通过回归分析研究内镶贴片式滴头流量与流道结构参数的关系。表征梯形流道结构的7个参数对贴片流道的水力性能的影响力排序为:齿间距>流道宽度>齿尖弧长>流道深度>齿高>流道周长>齿数。压力流量试验时,相较于其他滴灌带,二号滴灌带滴头流道周长最短,齿间距与流道深度较小,流量的变化幅度较小,水力性能较好。浑水试验含砂率为5 g/L时,相对流量与滴头流道面积和齿尖弧长呈正相关关系,与齿间距呈负相关关系。齿间距、齿尖弧长、流道面积是影响滴灌带流道水力性能及抗堵塞性能的主要结构参数,对滴灌带滴头的设计生产具有积极意义。

内镶片式齿型迷宫滴头抗堵塞试验研究

依据ISO滴头堵塞检测方法中"短周期堵塞测试程序",测试了国内外15种内镶片式齿型迷宫滴头的抗堵塞性能。结果表明:用单一结构参数(流道宽度W、流道深度D、齿高度h和齿角度θ)表征其抗堵塞性能存在局限性;结构特征参数(断面最小尺寸min(D,W)、水力半径R和齿间距l)能较好反映滴头流道横、纵断面的结构特征,在不同程度上表征了流道的抗堵塞性能,且在试验条件下各自均存在抗堵塞临界值;滴头额定流量Qr和迷宫滴头径粒比η与抗堵塞性能相关性较好,且存在抗堵塞临界值。当各参数小于其临界值时,滴头极易堵塞,且抗堵塞性能随结构特征参数、额定流量和迷宫滴头径粒比的增大而明显提高;反之,滴头抗堵塞性能较强,滴头抗堵塞性能对各参数的增大不敏感。该试验结果可为滴头流道优化设计提供参考。

再生水滴灌对滴头堵塞的影响

研究以再生水(二级处理出水)为灌溉水源时,3种滴头(单翼迷宫式滴头、内镶式滴头和压力补偿孔口式滴头)的流量、灌水均匀度和堵塞的变化过程及规律,并和自来水灌溉条件下的结果进行对比,分析了滴头堵塞的主要原因。研究结果显示:再生水灌溉条件下3种滴头的流量和灌水均匀度都要明显小于自来水条件下的结果,其中单翼迷宫式滴头的流量和灌水均匀度下降最大,而压力补偿孔口式滴头的变化最小。水质和滴头内沉淀物质的分析显示,化学沉淀(主要成分为CaCO3和MgCO3)是引起滴头堵塞的主要方式,滴头流量小、流道尺寸小和流态指数偏高也增加了滴头堵塞的风险。建议实际中利用再生水灌溉的滴灌系统,可选用压力补偿孔口式滴头。

日光温室滴灌条件下滴头流量和间距对黄瓜生长的影响

滴头流量和滴头间距是影响滴灌系统投资的重要参数,为探索降低系统投资,在日光温室中进行了滴头流量和滴头间距对黄瓜生长影响的试验。试验共设4种处理,滴头流量/滴头间距分别为2.7 L.h-1/30 cm、2.7 L.h-1/50 cm、1.4 L.h-1/30 cm和1.4 L.-h 1/50 cm,处理间灌水量相同。研究结果表明:在相同灌水量情况下,4种处理的产量分别为80.63、85.66、94.31和90.91 t/hm2,作物水分利用效率分别为23.6、24.9、27.9和25.4 kg/m3,没有形成显著统计差异。由此可见在试验限定条件下对于温室垄作黄瓜,滴灌系统采用较大的滴头间距和较小的滴头流量时,不会影响产量与质量,但可降低系统投资。试验还得出了黄瓜各生育阶段的耗水量、作物系数和需水系数。

进口结构对迷宫流道滴头性能影响的模拟研究

【目的】分析进口栅格结构对滴头性能的影响,为迷宫流道滴头的设计提供参考。【方法】应用计算流体力学CFD方法,对不同进口结构的滴头流道流场进行数值模拟,分析进口数目、进口宽度、进口高度和缓水区深度对滴头性能的影响。【结果】进口流量在不同进口栅格之间分配,距离迷宫流道越远的进口栅格流量越小,流量主要集中在靠近迷宫流道的几个进口栅格;在总进口栅格断面面积大于迷宫流道最小断面面积的情况下,不同进口栅格结构几乎对滴头流量没有影响,而对各进口栅格之间的流量分配影响较大;随着进口高度和缓水区深度的增加,不同进口之间流量和流速的分布更加均匀,低速区面积减小,可降低进口处泥沙沉积,提高滴头的抗堵塞性能;单纯增加进口数目并不能从根本上改善进口处的堵塞状况,片式滴头进口数目以3~5个为宜。【结论】进口栅格结构对滴头性能影响很大,应深入研究以优化滴头性能。

温室分层土壤条件下滴头流量和间距对湿润体的影响

基于温室田间土壤大多容重分层和不均匀的特点,进行了原状分层、分层筛分均质和筛分均质3种土壤对湿润体影响的对比研究。试验地土壤为粉土(中国制分类),原状分层和分层筛分均质土壤0~20 cm容重为1.44 g/cm3,20~40 cm为1.63 g/cm3,40~60 cm为1.55 g/cm3,筛分均质土壤采用0~60 cm平均容重1.54 g/cm3。滴头流量设2.7 L/h和1.4 L/h二种,滴头间距有30,50,70,100 cm四种,采用剖面法观测土壤含水率和湿润体发展。试验结果表明:①湿润体在现场原状分层土壤、分层均质和均质土壤中有很大的区别,分层筛分均质和筛分均质土壤中均为碗状原状,而分层土壤的湿润体形状在灌水量较小时为碗状,随灌水时间的延长,其形状逐渐变为椭柱体;②土壤容重分层情况对湿润锋的运移影响很大,分层土壤由于20~40 cm容重较大纵向湿润锋发展缓慢,灌水历时8 h时最大纵向湿润锋分别为27 cm和25 cm,且原状分层土壤灌水量较大时出现0 cm深度处横向湿润锋小于-7^-13 cm深度处湿润锋现象;而筛分均质土壤中纵向湿润锋明显大于分层土壤,灌水历时8 h时最大纵向湿润锋为32 cm;③原状分层土壤湿润体内平均含水率高于分层筛分均质和筛分均质土壤,但各组均高于田持,土壤含水率均匀度均在82%以上。基于这种结果,建议设计湿润比应根据温室土壤特点和设计灌水量进行现场测试确定,这样更符合实际情况。

滴头流量对砂壤土水分分布及果树生长的影响研究

【目的】揭示不同滴头流量对土壤水分分布特征、香梨树生长指标的影响,为筛选当地香梨滴灌选择的最佳滴头流量提供理论参考。【方法】以5年生库尔勒香梨为试验对象,通过设定不同的滴头流量,研究滴头流量下土壤水分水平、垂直运移特征以及对香梨新梢长度、粗度、叶片光合特性、果实纵横径、单果质量变化的影响。【结果】滴头流量为q=10 L/h时,土壤水分运移特征与根系分布达到较高吻合,且对香梨果实生长具有较明显的促进作用。【结论】通过试验得出结论最佳滴头流量为q=10 L/h。

内镶补偿贴片式滴头水力性能的初步研究

随着滴灌技术的发展,代表先进水平的内镶补偿贴片式滴头技术正在国内成为研发的热点。绿源公司基于现有的生产线,成功研制开发出此种滴头。着重介绍了滴头结构,并通过实验分析了影响滴头水力性能的主要因素。

尿素对浑水水肥一体化滴灌滴头堵塞的影响

为确定水肥一体化灌溉过程中,尿素对滴头堵塞的影响,分别配置了3种泥沙浓度(1.0、1.5 g·L^(-1)和2.0 g·L^(-1)),3种肥料质量浓度(1%、2%和3%),进行了间歇灌水堵塞试验,分析了滴头流量和排出泥沙量。结果表明:施加尿素对浑水滴灌具有缓解滴头堵塞的作用,在一定的尿素浓度范围内,施肥浓度越大,减缓作用越明显;施肥浓度对滴头的堵塞形式和主要堵塞物淤积位置的影响很小。滴头出流泥沙含量随灌水次数的增加呈现先快速增加,后逐渐变缓并趋于下降的趋势。施加尿素提高了滴头泥沙输送能力,施肥浓度越大,滴头输送泥沙的能力越大,泥沙排出率越大。浑水中施加尿素具有减缓滴头堵塞,延长滴头有效灌水次数的作用,当含沙量为2.0g·L^(-1)时,尿素浓度为1%,2%和3%的水肥一体化滴灌有效灌水次数比未添加尿素的可分别提高11%,89%和100%。可尝试通过尿素水肥一体化滴灌,缓解黄河水滴灌滴头堵塞危险,提高滴灌系统使用效率。

泥沙粒径与含沙量对迷宫流道滴头堵塞的影响

为探明泥沙粒径与含沙量对内镶片式斜齿形迷宫流道滴头的堵塞过程和原因，采用筛分法，分选出6个小于0.1 mm的粒径段，配制成不同含沙量的浑水，在恒压条件下，采用周期性间歇灌水试验观测流量变化，通过电镜扫描法观测堵塞泥沙结构。试验结果表明：粒径为0.075≤D〈0.1 mm和0.03≤D〈0.038 mm的泥沙易引起滴头堵塞；粒径为0.038≤D〈0.05和 D〈0.02 mm 的泥沙较难引起堵塞，且含沙量变化对堵塞的影响较小；粒径0.02≤D〈0.03 mm和0.05≤D〈0.075 mm的堵塞情况介于上述两者之间。当含沙量为〉1.2-1.3 g/L时，是最易引起堵塞的临界含沙量。当0.038≤D〈0.1 mm时，泥沙在流道内不易形成团聚体，造成滴头堵塞的原因是泥沙沉降、堆积；当D〈0.038 mm时，泥沙易在流道中凝结成大的团聚体，是造成滴头堵塞的主要原因。

分形流道设计及几何参数对滴头水力性能的影响

在迷宫流道设计中引入分形理论,借助分形理论描述复杂现象的能力来构造不同复杂程度的分形体,利用分形曲线构造比欧氏几何更为复杂的流道边界。试验结果表明分形流道较迷宫式流道更能降低滴头的流态指数。采用通径分析结果表明,流道横断面面积、流道长度是影响滴头流量系数的主要因素,而其他因素影响较小;利用支持矢量机(Support vector machine,SVM)回归分析建立的流量系数与流道面积、长度的关系模型达极显著相关水平。分形流道的流态指数与流道几何参数变化不敏感,真正实现了全紊流滴头的设计,为滴头流道设计提供了一种新的思路与方法。

滴头流量对棉花根系分布影响的试验

土壤湿润区与作物根系分布之间的关系是确定滴灌湿润比的理论依据,而土壤湿润区形状直接受滴头流量的控制,因此,滴头流量与作物根系分布之间的关系是确定滴灌技术参数的依据。该文以桶栽试验为基础,设置5个滴头流量处理(0.5、1、1.5、2、2.5L/h)观测了棉花5个生育阶段(苗期、蕾期、花期、铃期、吐絮期)的根系结构和根系分布。试验结果表明,小滴头流量下棉花根系分布范围窄而深,根系结构紧凑;而大滴头流量下棉花根系分布范围宽而浅,根系结构稀松。棉花根长密度随土层深度先增大后减小,并且随着滴头流量由小变大,土层内根长集中点向浅层上移。水平方向上,棉花根长密度由根轴向两边逐渐减小,而且根轴处的根长占总根长比率随滴头流量的增大而变小。试验结果为滴灌技术设计中选定土壤湿润比和滴头流量提供参考。

迷宫滴头水力特性的计算流体动力学模拟

建立了迷宫滴头的CFD(ComputationalFluidDynamics)数值模型,并对滴头的压力流量关系、流道内部的压力和流速分布进行了数值模拟计算。利用原型滴头和滴头放大模型实测值对模型和模拟计算结果进行了实验验证。结果表明,滴头流量压力关系模拟计算值与实测值之间的平均偏差小于5%;滴头放大模型内部压力分布的模拟值与实验值间的平均偏差小于3%。结果还表明,迷宫式滴头流道内压力沿流道长度呈线性变化,在滴头齿尖附近的主流区流速达1.6～2.8m/s,而滴头齿根附近的旋流区的流速为0.1～0.4m/s,在其它尺寸保持不变时,滴头齿距对滴头流态指数的影响不大。CFD数值模拟可以为滴头水力性能的进一步研究提供有效的研究手段。

流道结构形式对滴头水力性能影响的试验研究

对滴灌系统的滴头进行试验研究表明,影响流态指数的主要因素是流道结构形式,包括流道齿形、齿角、齿距、齿高和流道的深度,流态指数基本不随滴头流道长度而变化。通过比较不同滴头流道的流态指数、流道长度及流道断面积,分析了其抗堵塞性能,并建立了描述滴头流量与流道长度及工作压力关系的回归模型。