低压灌溉系统文丘里施肥器变量施肥调控方式研究

发布时间：2020-05-27 11:00

【摘要】：文丘里施肥器由于结构简单、成本低、无需外部动力等优点,在微灌系统中得到了广泛的应用。但在实际应用中,施肥浓度固定,难以实现肥液浓度自动调节,制约了装置的应用范围,尤其是难以直接适用于灌溉施肥自动控制系统中。为此,本文首先采用CFD(Computational Fluid Dynamics)数值模拟与试验相结合的方法,对文丘里施肥器的结构进行优化设计并得出其最佳结构参数,然后试制出其实物样品,分别在文丘里施肥器的入口、出口和吸肥管3个位置安装阀门进行施肥浓度调控,通过试验测试与分析3种调控方式的调控性能,以获得文丘里施肥器进行变量施肥的最佳调控方式,从而可为将文丘里施肥器应用于灌溉施肥自动控制系统中进行变量调节施肥浓度提供理论基础。本文的主要研究工作和结论如下:(1)基于CFD数值模拟分析方法,利用软件Fluent 16.2.0、Solidworks2015和Gambit2.4,在0~0.3 MPa范围内的一系列入口水压下,对收缩角α、扩散角β、进口直径a、出口直径b、吸肥口直径A、进口直管段长度B、出口直管段长度C、喉管直径比λ、喉管长径比θ、吸肥口角度γ等10个不同结构参数组合的文丘里施肥器进行优化分析,并从吸肥浓度、吸肥效率等方面,综合分析得出文丘里施肥器的最佳结构参数组合:a=b=25 mm,A=6.25 mm,B=C=20 mm,λ=0.25,α=25°,β=7°,γ=135°,θ=1.5;然后采用3D打印技术试制出其样品,并通过试验验证了其吸肥性能。(2)将文丘里施肥器样品置于管道系统中,分别在文丘里施肥器的入口、出口和吸肥口3个位置安装球阀,并利用压力计、流量计等仪器,搭建了一个文丘里施肥器施肥浓度调控性能测试平台,通过调节各个球阀的阀门开度进行施肥浓度的调控;分别在0~0.2MPa入口水压下,测试3种调控方式的调控性能,而且对于每一种调控方式,阀门开度均在0~90°范围内以5°为步进选取。其中,入口水压的调节通过改变水箱的高度来实现,阀门开度的确定通过安装在球阀上的自制刻度盘进行衡量。(3)在入口处,调节球阀开度0~70°时可连续调控肥液浓度。入口压力减小时肥液浓度减少10.976%~0%。在压力高时,球阀门开度为0°产生了振动,影响了肥液浓度;在出口处,调节球阀开度0~60°可连续调控肥液浓度。入口压力减小时肥液浓度减少10.946%~0%。在压力高时,球阀门开度为0°产生了振动,当球阀开度为65~90°时,水倒灌到肥液桶,从而影响了肥液浓度;在吸肥口处,调节球阀开度0~75°可连续调控肥液浓度。球阀开度0~20°肥液浓度增加了,且当球阀开度为20°时肥液浓度最高,为11.731%。入口压力减小肥液浓度液减少11.731%~0.139%。在吸肥口处产生的振动幅度小于入口和出口处产生的振动幅度。(4)从吸肥浓度、吸肥效率和文丘里施肥器工作性能等方面,综合比较3种调控方式可以得出,在吸肥口处进行变量施肥调控具有最佳性能,从而可将自动调控装置安装于在文丘里施肥器的吸肥口处进行变量施肥的自动调控。
【学位授予单位】：昆明理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：S224.2

【参考文献】