基于射流脉冲三通的桁架喷灌机水力性能试验

为了研究安装射流脉冲三通的桁架喷灌机与普通桁架喷灌机水力性能的差异,试验喷灌机搭载4个距地面高度1 m的Nelson D3000型折射式喷头,分别设置100、150、200 kPa 3种进口压力和3.0、3.5、4.0 m 3种喷头组合间距进行全因素组合试验。通过间距500 mm的5列9行雨量筒阵列集水,测试了安装射流脉冲三通喷灌机的定喷、行喷水量分布和安装普通三通的行喷水量分布。结果表明:定喷试验时,在100、150、200 kPa进口压力下,4 m喷头组合间距的克里斯琴森均匀系数Cu与分布均匀性系数Du均最高,分别大于90%和84%;行喷试验时,在100、150、200 kPa进口压力下,脉冲组的水深峰值比对照组分别降低了27.1%、27.9%、28.6%,克里斯琴森均匀系数Cu分别提升了17.1%、12.6%、3%,分布均匀性系数Du分别提升了24.2%、11.2%、9.5%。射流脉冲三通提供的脉冲流能够有效降低桁架喷灌机的峰值喷灌强度并提高水量分布均匀性。

射流振荡三通与滴灌毛管脉冲初步试验研究

基于射流附壁与换向原理设计出一种能够在两个出口产生振荡水流的射流振荡三通，射流振荡三通的两个出口后面分别连接毛管后，能够使水流在两条毛管内按照一定频率间歇性流动，在毛管内产生脉冲水流，可以构建新型的脉冲滴灌系统。在分析射流振荡三通工作原理的基础上，确定了两组射流振荡三通的参数：喷嘴宽度W=5mm和W=4mm，并加工成试验样件，进行了射流振荡三通与毛管脉冲的初步试验研究。试验结果表明：在进口压力为50~120kPa条件下，水流经过射流振荡三通后，每组射流振荡三通都能够产生振荡水流；在每组射流振荡三通两个出口后面各连接一条60m长的毛管，可明显观测到毛管内产生的脉冲水流，在进口压力50～120kPa条件下，W=5mm与W=4mm的毛管进口压力脉冲幅度均在30kPa以上，脉冲频率都为3．6～4．0Hz。通过对比可知，喷嘴宽度越大，脉冲振幅就越大，脉冲频率就越小。

基于射流脉冲三通的滴灌带试验研究

基于射流脉冲原理，设计并加工了一种结构简单的射流脉冲三通，能够利用射流反馈振荡技术在滴灌带内形成脉冲水流，有益于提高滴灌系统的灌水均匀度，降低流量偏差率。在分析射流脉冲三通工作原理的基础上，通过水力性能试验，分析射流脉冲三通进口压力与振幅及出口流量的关系，研究滴灌带对射流脉冲三通振荡水流的响应特性，并对滴灌带脉冲频率、振幅与灌水均匀度及流量偏差率进行了试验研究，与相同条件下的普通三通作了试验对比。结果表明，射流脉冲三通2个出口能够产生强烈的振荡水流，并可在滴灌带内形成具有一定脉冲频率与振幅的脉冲水流，在20-80 kPa工作压力下，与普通三通相比，灌水均匀度提高0．75％-1．99％，流量偏差率降低3．73％-10．76％。

滴灌毛管首部射流脉冲三通水力特性试验研究

该文研究毛管射流脉冲三通水力特性并提出毛管脉冲三通水力设计方法。在脉冲三通2个出口端,安装6组不同长度的毛管(30、40、50、60、70、80 m),在5种压力条件下(5、6、8、10、12 m水头),分别测试6组不同长度毛管的脉冲水力特性,建立描述射流脉冲三通的脉冲水力特性和水头损失的非线性方程,以及脉冲特性和灌水均匀系数的非线性方程,经验证,拟合公式计算值与试验值相对误差不大于1.5%,表明得到的非线性方程可反映脉冲三通的水力特性与水头损失及灌水均匀系数的变化规律。以此为基础,提出设计情况下脉冲三通进口压力计算步骤,通过设计实例表明,基于水头振幅和脉冲频率获得的灌水均匀系数分别为98.13%和98%,绝对误差仅0.13%,可以简便快速地确定不同需水作物条件下毛管脉冲三通的进口压力,预测毛管的灌水均匀系数。该研究结果为射流脉冲三通滴灌系统水力设计提供计算方法。

射流三通对灌水器抗堵塞特性的影响

为探明射流三通应用射流附壁与切换技术形成的脉冲水流对滴灌灌水器抗堵塞能力的影响和原因,采用筛分法,分选出6种小于0. 1 mm的泥沙粒径段,配置成3种泥沙级配组合和0. 5、1. 0、1. 5 g/L含沙量浑水,总进口压力为0. 1 MPa,分析射流三通和普通三通条件下滴灌测试系统的抗堵塞特性。结果表明:射流三通产生脉冲振幅为27 k Pa和振荡频率为236次/min左右的脉冲水流,对粒径为0. 03～0. 05 mm和0～0. 03 mm的泥沙抗堵塞能力较为显著,对粒径为0. 05～0. 10 mm的泥沙颗粒随着含沙量的增大抗堵塞能力呈减弱趋势;射流三通测试系统发生堵塞的灌水次数平均比普通三通测试系统多3～8次;不同含沙量下射流三通测试系统相对平均流量和灌水均匀性都高于普通三通,射流三通产生的高频脉冲水流是灌水器抗堵塞能力强于普通三通的主要因素。

高频脉冲条件下灌水器水沙两相流数值模拟

为提高灌水器的抗堵塞性能,在与射流三通产生波形相同参数(周期、振幅)的高频脉冲波(正弦波、三角波、梯形波、矩形波)的条件下,以迷宫流道灌水器为研究对象,应用CFD两相流含沙量数值分析,采用k-ε湍流模型及多相流Eulerian模型,模拟高频脉冲条件下流量与压力水头关系、含沙量的瞬时分布,分析高频脉冲条件对颗粒物沉积区含沙量变化的影响。结果表明,高频脉冲波对灌水器平均流量和抗堵塞性能影响较大,高频脉冲波的波动性和连续性对提高灌水器抗堵塞能力起主要作用;抗堵塞能力由大到小的高频脉冲波形顺序为正弦波、三角波、梯形波、矩形波;入流含沙量增加会导致旋涡区泥沙的沉积,高频脉冲波可以增强旋涡区的冲刷以提高抗堵塞性能;灌水器内各处含沙量均随颗粒粒径的增大而升高,不同粒径下含沙量分布和变化略有不同。射流三通产生的脉冲波有利于提高灌水器的抗堵塞能力。

射流三通产生的脉冲波对灌水器水力与抗堵塞特性的影响

该文应用CFD两相流模拟与水力试验相结合的方法,研究射流三通产生的脉冲水流对灌水器流道水力性能和抗堵塞性能的影响。进行射流三通水力性能试验,获取其脉冲参数(振幅、周期),用以生成波动压力,为数值模拟提供参考;对比射流三通、普通三通下定制灌水器出口流量的模拟值与实测值,验证模拟方法的可行性;数值模拟研究不同时刻脉冲条件下含沙量在流道的分布情况和不同密度、不同粒径颗粒的运动路径及速度变化。结果表明,射流三通产生的波形与同参数正弦波波形类似,可由正弦波代替射流三通波进行模拟。射流三通波形压力和恒压下的流量的实测值与模拟值之间的相对误差在7%以内;脉冲条件下灌水器流道的主流区和漩涡区都具有脉冲性能。脉冲条件下流道最大含沙量低于恒压条件下的22%。同一密度不同粒径条件下,恒压条件高于脉冲水流下颗粒路径的1.21%~26.9%,同一粒径不同密度条件下,恒压高于脉冲水流条件颗粒路径的3.25%~9.6%。综上,射流三通产生的脉冲波能够提高水流的挟沙能力和抗堵塞性能。

支毛管安装射流三通的滴灌系统水力性能研究

为分析脉冲水流对滴灌系统水力性能的影响规律,该文基于射流附壁和切换原理设计了一种支管射流三通,并与毛管射流三通开展组合试验。在毛管铺设长度为60 m,4种支管三通进口水头(9.5、12、14、15.5 m)条件下,研究支毛管安装射流三通或普通三通时灌水小区的灌水均匀度、脉冲频率与水头损失变化规律,并建立描述支管射流三通出口流量和压力的拟合关系式。结果表明,当支毛管三通均采用射流三通时,支毛管中均为间歇性脉冲水流,脉冲频率随支管进口水头增加而递增;毛管滴头流量在1.2～2.2L/h之间,沿程水头损失在0.9～1.6m之间;灌水均匀性系数在95.88%～98.56%之间,流量偏差率在8.35%～15.14%之间,灌水均匀度最高。根据研究结果,确定了灌水小区中支毛管三通的最优组合方式,可为射流技术在脉冲滴灌系统的研究、开发与应用提供理论依据。

基于喷嘴宽度对射流三通水力性能试验与模拟

为提高毛管脉冲三通的水力性能,应用计算流体动力学单向流模拟方法分析射流三通6种进口宽度对其脉冲频率、振幅及水力性能影响,通过水力试验进行验证,制造模型进口宽度为3,4,5 mm的射流三通,以长度70 m滴灌带确定灌水均匀度、脉冲频率、流量偏差率及出口流量的关系,与同等条件下普通三通做了试验对比.结果表明:模拟喷嘴宽度4 mm的射流三通脉冲振幅大、频率高、相比其他喷嘴稳定性好;试验中宽度为4 mm的射流三通灌水均匀性好,均匀系数均值为94.88%,比普通三通提高了0.65%;随着压力水头的增大,灌水均匀性减小,但与普通三通之间的差值和幅度也在增大.研究结果为射流三通结构及滴管抗堵塞系统提供了理论基础.

射流脉冲三通毛管灌水均匀性试验研究

为了提高低压滴灌系统灌水均匀性,基于附壁与切换原理发明了射流脉冲三通发生器,试验研究了不同压力工况下脉冲频率、脉冲振幅2种因素对灌水均匀系数、流量偏差率的影响,并分析了脉冲条件下毛管铺设长度和进口压力对灌水均匀性的影响.结果表明:在毛管铺设长度相同时,不同低压下射流脉冲三通灌水均匀系数的平均值比普通三通提高了0.65%,流量偏差率明显低于普通三通,平均降幅为3.62%;低压条件下产生脉冲频率高于200次/min,脉冲振幅高于2.5 m;相同压力条件下,灌水均匀系数随毛管铺设长度的增大而降低,流量偏差率随毛管铺设长度的增大而显著增大;毛管铺设长度相同时,灌水器流量随进口压力增大而增大,进口流量也会随之增大.

射流三通组合的水力性能试验研究

【目的】探究支管射流三通与毛管射流三通组合下灌水系统的水力性能。【方法】根据3种支管射流三通进口压力水头(10、12、14 m)和3种滴灌带单侧铺设长度(60、70、80 m)设置9组试验,建立了射流三通水头振幅、脉冲频率、进口流量与水头损失的非线性拟合关系式,并分析了不同射流三通组合对灌水系统灌水均匀度的影响。【结果】水头振幅与水头损失、脉冲频率与水头损失均呈对数函数关系,流量与水头损失呈线性函数关系,且相对误差均小于1%;当支管毛管均采用射流三通时,灌水系统的灌水均匀系数提高了0.43%~0.92%,流量偏差率降低了5.32%~6.68%。【结论】可选择能够提高灌水均匀度的支管射流三通与毛管射流三通的最佳组合,并精确地预测3个模型下灌水系统水头损失的变化规律。

射流脉冲三通结构参数数值模拟与优化

基于CFX数值模拟技术,对射流脉冲三通的内部结构进行设计.首先通过控制变量法,得到了射流三通的稳定振荡区间,其中各关键结构参数的设计范围分别为分流劈距20～45 mm,位差1.1～2.1 mm,侧壁倾角6°～16°.在该结构范围内进行4因素3水平正交试验设计,4组因素分别为位差比、侧壁倾角、劈距比、喷嘴深宽比,3组水平分别为脉冲频率、水头振幅和流量振幅,得到了各因素对性能指标的影响主次顺序和最优模型设计方案.对比优化模型与普通模型的脉冲效果,模拟结果表明优化模型的脉冲频率提高了0～2.5 Hz,水头振幅提高了0～20 kPa.对普通三通和射流三通的脉冲效果进行水力性能试验,其中射流三通的脉冲频率为2.0～4.0 Hz,比模拟结果偏小,水头振幅为17～53 kPa,比模拟结果偏大.与普通三通相比,不同压力条件下,射流三通的单侧出口流量均较大,说明射流三通能够提供稳定的脉冲水流.

毛管射流三通结构参数优化与试验验证

为了提高毛管射流三通的脉冲特性,采用正交设计方法,选取喷嘴宽度、喷嘴深度、控制管宽度、位差、劈距、侧壁夹角6个因素,每个因素取5个水平参数,设计了共25组不同结构的毛管射流三通模型.采用CFX数值模拟技术,对25组三通模型进行模拟计算.以脉冲频率、水头振幅和压差作为试验评价指标,通过极差法分析了结构参数对脉冲特性的影响规律,确定影响各因素的主次顺序;利用方差法确定影响因素显著特性,确定最优结构尺寸模型.经过试验验证,结果表明在进口压力为50~120 kPa下,与4 mm喷嘴宽度射流三通相比,优化模型射流三通脉冲频率提高了3~10次/min,水头振幅(压力)提高了3.2~11.1 kPa,灌水均匀系数提高了0.53%~1.94%,流量偏差率降低了0.81%~5.33%.优化射流三通模型可提供持续稳定脉冲水流,脉冲特性得到较大提高,可有效改善灌水均匀度.

支管射流三通结构优化与试验

为了提高支管射流三通水力性能,改善滴灌的灌水均匀性,基于CFX数值模拟技术,对进口宽度为15 mm的支管射流三通进行结构优化.选取位差、劈距、劈尖半径和侧壁倾角为影响因素,通过四因素三水平正交设计了9组模型,边界条件设定为进口压力100 kPa.选取支管射流三通出口设计流量为评价标准,支管射流三通最优结构尺寸为位差5.5 mm、劈距113 mm、劈尖半径13 mm、侧壁倾角10°.此结构尺寸参数下的支管射流三通水力性能试验结果表明:在进口水压为100 kPa时,支管射流三通脉冲频率为148次/min,水头压力振幅为37.9 k Pa,水头压力损失为16.7 kPa,出口流量为0.698 L/s;支管射流三通所接滴灌带长度为60 m时,与普通支管三通相比,支管射流三通的灌水均匀系数提高了2.78%,流量偏差率降低了4.72%.该研究可为射流技术在脉冲滴灌系统的研究、开发与应用提供理论依据.

射流三通连接滴灌带的水力性能沿程变化规律

为了探究滴灌带沿程水力性能的变化规律,在射流三通进口流量为0.1~1.2 m3/h的范围内,开展射流三通进口流量与出口水头振幅的水力性能试验,发现射流三通连接脉冲滴灌系统的流量阈值为0.2~0.8 m3/h;在脉冲滴灌系统流量阈值的范围内,开展射流三通连接滴灌带沿程脉冲参数试验,研究射流三通连接60 m滴灌带沿程脉冲性能的变化规律,发现当滴灌带进口水头振幅大于1 m时,沿程水头振幅的衰减速率存在突变点,沿程脉冲频率先增大后减小,射流三通在整条滴灌带上均能产生脉冲水流的进口流量设计范围是0.5~0.8 m3/h.在射流三通进口流量的设计范围内,开展稳压滴灌和脉冲滴灌的同台对比试验,结果表明,射流三通连接滴灌带内的水头损失比普通三通连接滴灌带内的降低62.5%~83.3%,灌水均匀系数提高了0.6%~0.9%,流量偏差率降低了1.2%~4.1%;进口流量为0.7 m3/h时,射流三通连接滴灌带灌水均匀度最高.