滴灌支管射流三通与灌水小区脉冲水力特性研究

发布时间：2020-07-10 08:31

【摘要】：脉冲滴灌是一种抗堵塞性能强、灌水均匀度高的灌溉技术,受到世界各国的广泛关注与应用。现有的脉冲滴灌一般利用电子脉冲装置、脉冲电磁阀或橡胶、弹簧等形成脉冲水流,造价较高,使用维护较为不便,限制了脉冲滴灌的推广及使用。本文基于射流的附壁和切换原理设计了一种结构简单,造价低,灌水均匀性高的支管射流脉冲三通,确定了其基本结构尺寸,并对支管射流脉冲三通内部流场状态进行了分析。结合前人研究的毛管射流脉冲三通及当前开发的支管射流脉冲三通,搭建的脉冲滴灌灌水小区,同普通滴灌灌水小区进行水力性能对比研究,并分析脉冲滴灌灌水小区的脉冲性能。主要研究内容和结论如下:(1)设计开发了支管射流脉冲三通,确定了其基本结构寸尺,分别是:喷嘴宽度为15mm,侧壁夹角为10°,位差为5.5mm,劈距为113mm,分流劈半径为13mm,控制管长度为340mm,控制管的宽度为9mm,出口流道宽度为18mm。分析了支管射流脉冲三通内部流场变化过程,揭示了主射流在流道内附壁切换过程、控制道能量传递过程、低压涡流区压力的变化过程。提出了支管射流脉冲三通的设计方法,得出结论:出口边界条件一定时,位差太大或太小以及劈距太大,三通都不能产生脉冲水流;当三通尺寸确定后,进口水头太小、出口管道流公式流量系数过大或过小,三通都不能产生脉冲水流。(2)构建了四种灌水小区,分别是Ⅰ号灌水小区(支管和毛管均是脉冲射流三通)、Ⅱ号灌水小区(支管是脉冲射流三通,毛管是普通三通)、Ⅲ号灌水小区(支管是普通三通,毛管是脉冲射流三通)、Ⅳ号灌水小区(支管和毛管均是普通三通),试验研究了灌水小区的脉冲水力特性。结果发现:灌水小区进口压力和毛管铺设长度相同时,Ⅰ号灌水小区监测点平均流量最小,Ⅳ号灌水小区监测点平均流量最大;压力条件一定时,毛管长度增加,灌水小区进口流量也随之增加;毛管铺设长度相同时,灌水小区进口流量随压力增大而增大。四种灌水小区中,进口压力和毛管铺设长度相同时,Ⅰ号灌水小区灌水均匀性最好,Ⅳ号灌水小区灌水均匀性最差,Ⅱ、Ⅲ号灌水小区居于中间。Ⅰ号灌水小区灌水均匀系数平均值比Ⅳ号灌水小区提高了2.56-3.32个百分点,流量偏差率降低了5.06-8.20个百分点。(3)Ⅳ号灌水小区是脉冲滴灌灌水小区,对其进行了脉冲特性分析。得出结论:灌水小区进口压力在9.5-15.5m时,毛管射流脉冲三通水头损失在0.6-1.9m之间,水头振幅在1.5-6.1 m之间,脉冲频率在200-235次/min;支管射流脉冲三通水头损失在0.7-2.0 m之间,水头振幅在2.0-3.8 m之间,脉冲频率在110-140次/min。毛管三通水头振幅大于支管三通,毛管三通脉冲频率大于支管三通。(4)分别拟合了支管和毛管射流脉冲三通进口流量与水头损失、水头振幅与水头损失、脉冲频率与水头损失、进口水头最大值与平均值的关系式,提出了脉冲滴灌灌水小区的脉冲参数设计方法。
【学位授予单位】：江苏大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：S277.95
【图文】：

过程图,技术路线,过程图,三通

滴灌支管射流三通与灌水小区脉冲水力特性研究毛管上用普通三通连接；第三组是支管上用普通三通连接接，第四组是支管和毛管上都用普通三通连接。最后，分构参数对脉冲性能影响；射流三通灌水小区与普通三通灌水均匀系数和灌水流量偏差率的影响。技术路线过程图如

附壁射流,孔口,壁面

速分布随着向下游的发展逐渐发生变化，由于周围流流的断面面积持续扩张，流量沿程增加而流速却不断嘴射出后，利用射流流体产生的流速对周围气体或液予动量，周围流体随之一起运动，这种现象称为卷吸吸现象通常发生在液体或气体运动空间较小的环境中散。根据流速与压强理论，流速与压强成反比，当某时，该处的压强就相应的减小，流体内部压强低于周吸入流体内。在 1935 至 1971 年，Brown 和 Crow 等拟序结构的存在，射流在平面两侧交替产生的涡旋。附壁与切换壁现象在航天航空领域比较常见，射流的附壁效应也。本文支管射流脉冲三通的设计运用了射流的附壁与文中涉及到的相关附壁与切换理论。

示意图,射流,示意图,低压

壁面与射流之间出现低压，进而导致壁面与射流之间产生干存在一个低压涡流区，正是由于这个低压涡流区的存在，使得的压力差，这样射流的附壁流动才能保持稳定。如果射流只贴称为单稳，若射流贴附于两侧壁面稳定流动称为双稳，本文设三通是双稳射流元件。由贴附于一侧壁面流动换向贴附于另一侧壁面，这种现象称为认为附壁射流能够实现交替切换是由压力动能作用的结果[78-卷吸作用，而且射流的流体卷吸会使射流在附壁侧产生一个封果低压涡流区没有贯穿的气压通道处于一个封闭的区域内的现象会一直稳定的存在，这样射流的切换也不会发生。若通流区和外侧的压力差，那么附壁一侧的现象将会发生改变。例差，通过某种方式逐渐减小非附壁侧的压力增大附壁侧的低压变了射流两侧的压力差，那么射流就会换向至另一侧壁面。

【参考文献】