水稻射流式施肥器结构设计与试验研究

发布时间：2017-06-07 00:00

  本文关键词：水稻射流式施肥器结构设计与试验研究，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：我国水稻种植面积约3000万hm2,占全国谷物种植面积的30%左右,占世界水稻种植面积的20%左右。稻田施肥是提高水稻单产、稳定水稻总产、增加稻作效益,确保粮食安全的必然选择,也是实现农业增产和农民增收的有效途径。国内外长期肥效试验结果表明,持续、合理、有效地施肥对土壤肥力会产生积极的影响,单产呈不断递增的趋势。不同的施肥方式是影响肥料利用率的一个重要原因,对水稻根系养分的供应位置影响其根系的生长和对养分的吸收。传统的水稻施肥方式主要以表面撒施为主,这种施肥方式肥料流失量大、养分利用率低、肥效较差,水稻根系不能充分吸收利用养分;采用机械方式施肥,肥料施放均匀、施肥深度较为统一,有利于水稻生长。因此,在水稻生产中,科学合理的施用肥料并研究相关施肥技术与装备对提高水稻产量和品质方面都有着不可替代的作用。。目前,肥料中的养分距离水稻根系所在土体较远是稻田肥料利用率低的主要原因之一,养分移动距离远、效率低,严重影响了水稻根系吸收和利用养分的效率,目前现有的施肥器很难将肥料施放到水稻根系附近。此外,传统水稻开沟施肥器容易使固体肥料粘附于输肥管道上,导致管道堵塞,还存在结构复杂、维修困难、施肥均匀性差等缺点。因此,本研究结合水稻根系在土壤吸收养分的特点,利用水射流技术,提出无需开沟器开沟的近根区施肥方法,设计出水稻射流式液肥施肥器,并对其腔道结构进行仿真分析,实现优化设计,通过土槽试验确定施肥器满足水稻不同生长期施肥要求的不同工作参数组合,其具体研究内容和结论如下:(1)利用水射流技术对射流施肥方式进行研究。在高压水射流切割及破碎技术和低压水刀切割动物软组织技术研究的基础上,利用数控水切割平台做低压高速水流切割土壤的初步试验研究,探索了水射流射入土壤一定深度时的工作参数,同时进行了水稻秧苗根系分布状态测试,确定了水射流技术在水稻施肥领域应用的可行性,在以上理论和基础试验研究的基础上明确了水稻射流式施肥器的工作原理。(2)低压试验平台搭建和施肥器总体结构设计。分析了射流结构,通过数学关系的解析得出射流速度、流量计算公式,得到低压试验平台部件需要满足的工作参数。借鉴高压水射流系统结构搭建低压射流施肥器试验平台,主要由供水系统、过滤系统、增压系统三个部分组成,参考高压水刀头结构初步设计施肥器总体结构,其主要部件包括:固定杆、宝石头、混肥腔、吸肥管、喷肥管等部件。(3)采用fluent流体仿真技术,对设计的施肥器内腔道结构进行仿真分析,优化结构参数。射流式施肥器工作时水和液体肥料之间存在剧烈的能量交换与紊流扩散,涉及到许多学科间的复杂问题,用传统解析法计算水和液体肥料之间的流动特性和施肥器内腔结构参数有一定困难,故采用fluent仿真技术分析不同因素对速度损失率影响的规律,施肥器内腔道轴向单因素仿真分析结果表明:系统压力越大,速度损失率越小;喷肥管长度越短,速度损失率越小;混肥腔长度越短,速度损失率越小。径向各因素正交仿真分析表明:速度损失率随系统压力的增大而增大,随入口直径的增大而减小,随出口直径的增大而减小,随吸肥口直径的增大而增大;影响速度损失率的主次因素为:入口直径出口直径系统压力吸肥口直径。(4)探究水稻射流式施肥器满足水稻不同生长期施肥要求的工作参数。采用有重复的正交试验分别在水田拖拉机低、中、高速度档位进行单个射流式施肥器侧条施液态氮肥土槽试验,以系统水压、入口直径、出口直径和吸肥口直径为试验因素,以施肥器射流入土深度和每亩纯氮的施放量为试验指标,根据水稻不同生长时期氮肥施肥深度及纯氮需求量选择适合的施肥器参数组合。试验结果表明:当水田拖拉机以0.25m/s速度行驶时,试验组2系统水压5mpa、入口直径0.26mm、出口直径0.5mm、吸口直径0.6mm时适用于两个射流施肥器与插秧机同步施水稻基肥;试验组3系统水压5mpa、入口直径0.33mm、出口直径0.6mm、吸口直径0.8mm,试验组4系统水压10mpa、入口直径0.18mm、出口直径0.5mm、吸口直径0.8mm;试验组7系统水压15mpa、入口直径0.18mm、出口直径0.6mm、吸口直径0.6mm时适用于单个射流施肥器与插秧机同步施水稻基肥;试验组5系统水压10mpa、入口直径0.26mm、出口直径0.6mm、吸口直径0.4mm,试验组8系统水压15mpa、入口直径0.26mm、出口直径0.4mm、吸口直径0.8mm,试验组9系统水压15mpa、入口直径0.33mm、出口直径0.5mm、吸口直径0.4mm时适用于单个射流施肥器施水稻分蘖肥。当水田拖拉机以0.4m/s的速度行驶时,试验组7系统水压15mpa、入口直径0.18mm、出口直径0.6mm、吸口直径0.6mm时采用两个射流施肥器可随插秧机施水稻基肥;试验组5系统水压10mpa、入口直径0.26mm、出口直径0.6mm、吸口直径0.4mm时满足单个射流施肥器施水稻分蘖肥要求;试验组9系统水压15mpa、入口直径0.33mm、出口直径0.5mm、吸口直径0.4mm时采用两个施肥器同时施肥可以满足水稻分蘖肥施肥量;其他试验组不能满足水稻基肥或蘖肥施肥要求。当水田拖拉机以0.5m/s的速度行驶时,单个施肥器施肥能力较弱,若采用两个施肥器同时施肥,试验组7系统水压15Mpa、入口直径0.18mm、出口直径0.6mm、吸口直径0.6mm时可以适用于随插秧机同步的水稻基肥施肥;试验组5系统水压10Mpa、入口直径0.26mm、出口直径0.6mm、吸口直径0.4mm,试验组9系统水压15Mpa、入口直径0.33mm、出口直径0.5mm、吸口直径0.4mm时可以满足分蘖肥量的要求;其他试验组不能满足水稻基肥或蘖肥施肥要求。
【关键词】：水稻 施肥机械 施肥器 液肥 水射流 Fluent仿真
【学位授予单位】：华南农业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：S224.2
【目录】：

• 摘要4-7
• Abstract7-12
• 1 绪论12-21
• 1.1 研究的目的和意义12-13
• 1.2 国内外施肥器研究现状13-19
• 1.2.1 国外施肥器研究现状13-16
• 1.2.2 中国水田施肥器研究现状16-19
• 1.3 水稻施肥器发展趋势及存在问题19
• 1.4 研究主要内容19-21
• 2 射流式施肥器结构总体设计及试验平台搭建21-36
• 2.1 水射流施肥技术探索21-26
• 2.1.1 水射流切割技术研究背景21
• 2.1.2 低压水射流入土初步试验21-22
• 2.1.3 液体肥料22-23
• 2.1.4 水稻秧苗根系分布状态测量23-25
• 2.1.5 施肥器工作原理及工作状态25-26
• 2.2 水射流力学特性分析26-32
• 2.2.1 水射流流动结构及功能26-28
• 2.2.2 射流基本参数28-32
• 2.3 施肥器低压试验平台的搭建32-33
• 2.4 施肥器总体结构设计33-35
• 2.5 本章总结35-36
• 3 施肥器内腔结构仿真分析36-51
• 3.1 Fluent软件介绍36
• 3.2 建模方案36-37
• 3.3 Fluent重要参数设置37-42
• 3.3.1 设置求解器37-38
• 3.3.2 确定计算模型38-39
• 3.3.3 定义材料39-40
• 3.3.4 设置边界条件40-42
• 3.3.5 设置求解控制参数42
• 3.4 施肥器单因素仿真分析42-46
• 3.4.1 系统水压42-44
• 3.4.2 喷肥管长度44-45
• 3.4.3 混肥腔长度45-46
• 3.5 施肥器有重复正交仿真分析46-50
• 3.5.1 直观极差分析48-49
• 3.5.2 方差分析49-50
• 3.6 本章小结50-51
• 4 施肥器性能试验研究51-63
• 4.1 试验目的51
• 4.2 试验材料与方法51-55
• 4.3 吸肥试验55-56
• 4.4 入土试验结果及分析56-62
• 4.4.1 低速档位行驶57-58
• 4.4.2 中速档位行驶58-59
• 4.4.3 高速档位行驶59-60
• 4.4.4 射流式施肥器试验结果与分析60-62
• 4.5 本章小结62-63
• 5 结论与展望63-66
• 5.1 主要结论63-65
• 5.2 下一步展望65-66
• 致谢66-67
• 参考文献67-71
• 攻读硕士学位期间参与的科研工作和取得的成果71-72

【参考文献】

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1 马旭;林超辉;齐龙;江立凯;谭永p

本文编号：427729