低能耗多功能轻小型移动式喷灌机组优化设计与试验研究
发布时间：2024-01-16 18:26
本课题来源于国家高技术研究发展计划(863计划)《精确喷灌技术与产品》(2011AA100506)和江苏省2011年度普通高校研究生科研创新计划《基于能耗及均匀度的多喷软管喷灌系统的建立》(CXZZ110565)。 水资源短缺和能耗问题的加剧使得低能耗成为喷灌发展的主要方向之一。在我国,地形条件及种植作物的多样性、农村经济条件复杂性等因素使得轻小型移动式喷灌机组的多元化配置成为必然。而农村劳动力转移、土地适度规模经营等对喷灌机组的管道布置及组合模式提出了新的要求。因而提高轻小型移动式喷灌机组构成方式的灵活性、降低机组能耗、提高单位机组功率的灌溉面积成为喷灌机组应用推广中亟待解决的问题。本文采用优化模拟、试验验证等方法,开展了低能耗多功能轻小型移动式喷灌机组优化设计与试验研究。 主要研究工作及创新点分为以下几个方面： (1)低能耗多功能轻小型移动式喷灌机组设计 提出一种移动固定多目标喷灌系统,它使机组灵活性提高,且对作物的适应性增强。为了提高机组的便捷性,发明了一种快速连接管件和一种喷灌用喷头及管道固定装置。 提出一种组合式双支管多喷喷灌系统,理论分析结果表明,该系...
【文章页数】：168 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第一章 绪论
1.1 研究背景和目的
1.1.1 研究背景
1.1.2 研究目的
1.2 国内外研究现状
1.2.1 轻小型移动式喷灌机组现有机组型式
1.2.2 轻小型喷灌机组评价指标及评价方法现状
1.2.3 喷灌管道水力计算及优化方法
1.3 主要研究内容
1.4 研究方法和技术路线
第二章 低能耗多功能轻小型移动式喷灌机组设计
2.1 轻小型喷灌机组系列
2.1.1 机组参数
2.1.2 基本配置
2.1.3 存在的不足
2.2 移动固定多目标喷灌系统
2.2.1 系统组合模式
2.2.2 机组关键部件改进
2.3 组合式双支管多喷喷灌系统
2.3.1 系统构成
2.3.2 关键部件设计
2.4 管道配置方式拓展
2.5 本章小结
第三章 轻小型移动式喷灌机组单目标优化
3.1 机组优化数学模型
3.1.1 喷灌机组水力计算方法
3.1.2 约束条件
3.1.3 遗传算法优化
3.2 机组能耗最低为目标
3.2.1 单位能耗计算方法
3.2.2 能耗影响因素分析
3.3 机组成本最低为目标
3.3.1 年造价
3.3.2 年费用
3.3.3 总费用
3.3.4 生命周期成本(LCC)
3.4 喷灌均匀性最高为目标
3.4.1 喷灌均匀性计算公式
3.4.2 喷灌均匀性影响因素分析
3.5 操作时间最少为目标
3.6 本章小结
第四章 综合评价指标体系与方法
4.1 技术性指标
4.1.1 喷灌强度
4.1.2 喷灌均匀性
4.1.3 雾化指标
4.2 经济性指标
4.2.1 生命周期成本LCC
4.2.2 灌水时间
4.3 环境指标
4.3.1 单位能耗
4.3.2 灌水效率
4.4 社会指标
4.4.1 操作时间
4.4.2 可靠性
4.4.3 储存方便性
4.5 灰色关联度评价方法
4.5.1 灰色关联模型
4.5.2 权值确定方法
4.6 实例分析
4.7 本章小结
第五章 轻小型移动式喷灌机组多目标优化配置研究
5.1 轻小型喷灌机组管道水力设计方法
5.1.1 后退法
5.1.2 前进法
5.1.3 后退法与前进法相结合
5.2 优化方法比较
5.2.1 遗传算法
5.2.2 蚁群算法
5.3 多目标优化方法
5.3.1 多目标优化问题的数学模型
5.3.3 求解方法
5.4 本章小结
第六章 轻小型移动式喷灌机组多目标优化配置实例
6.1 单目标多种喷头配置对比
6.1.1 优化指标的选取
6.1.2 机组及喷头的选择
6.1.3 优化结果及讨论
6.2 机组多日标配置优化
6.2.1 子目标拟合公式
6.2.2 目标归一化及权重设置
6.2.3 计算结果与讨论
6.3 不同支管布置方式对比
6.3.1 支管布置选择依据
6.3.2 不同支管布置计算结果对比
6.4 机组规模拓展
6.4.1 项目区概况
6.4.2 机组选择及管道布置
6.4.3 性能计算及评价
6.5 本章小结
第七章 轻小型移动式喷灌机组田间试验研究
7.1 试验材料
7.1.1 研究对象
7.1.2 试验场地
7.1.3 试验设备
7.2 机组配置优化及能耗试验研究
7.2.1 试验目的
7.2.2 试验方案
7.2.3 测量结果与分析
7.3 喷灌均匀性影响因素研究
7.3.1 喷头工作压力的影响
7.3.2 喷头间距、管道布置、工作压力的综合影响
7.4 机组配置方式优选
7.5 本章小结
第八章 总结与展望
8.1 结论
8.2 展望
参考文献
攻读学位期间参加的研究项目和取得的科研成果
致谢
本文编号：3878967
【文章页数】：168 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第一章 绪论
1.1 研究背景和目的
1.1.1 研究背景
1.1.2 研究目的
1.2 国内外研究现状
1.2.1 轻小型移动式喷灌机组现有机组型式
1.2.2 轻小型喷灌机组评价指标及评价方法现状
1.2.3 喷灌管道水力计算及优化方法
1.3 主要研究内容
1.4 研究方法和技术路线
第二章 低能耗多功能轻小型移动式喷灌机组设计
2.1 轻小型喷灌机组系列
2.1.1 机组参数
2.1.2 基本配置
2.1.3 存在的不足
2.2 移动固定多目标喷灌系统
2.2.1 系统组合模式
2.2.2 机组关键部件改进
2.3 组合式双支管多喷喷灌系统
2.3.1 系统构成
2.3.2 关键部件设计
2.4 管道配置方式拓展
2.5 本章小结
第三章 轻小型移动式喷灌机组单目标优化
3.1 机组优化数学模型
3.1.1 喷灌机组水力计算方法
3.1.2 约束条件
3.1.3 遗传算法优化
3.2 机组能耗最低为目标
3.2.1 单位能耗计算方法
3.2.2 能耗影响因素分析
3.3 机组成本最低为目标
3.3.1 年造价
3.3.2 年费用
3.3.3 总费用
3.3.4 生命周期成本(LCC)
3.4 喷灌均匀性最高为目标
3.4.1 喷灌均匀性计算公式
3.4.2 喷灌均匀性影响因素分析
3.5 操作时间最少为目标
3.6 本章小结
第四章 综合评价指标体系与方法
4.1 技术性指标
4.1.1 喷灌强度
4.1.2 喷灌均匀性
4.1.3 雾化指标
4.2 经济性指标
4.2.1 生命周期成本LCC
4.2.2 灌水时间
4.3 环境指标
4.3.1 单位能耗
4.3.2 灌水效率
4.4 社会指标
4.4.1 操作时间
4.4.2 可靠性
4.4.3 储存方便性
4.5 灰色关联度评价方法
4.5.1 灰色关联模型
4.5.2 权值确定方法
4.6 实例分析
4.7 本章小结
第五章 轻小型移动式喷灌机组多目标优化配置研究
5.1 轻小型喷灌机组管道水力设计方法
5.1.1 后退法
5.1.2 前进法
5.1.3 后退法与前进法相结合
5.2 优化方法比较
5.2.1 遗传算法
5.2.2 蚁群算法
5.3 多目标优化方法
5.3.1 多目标优化问题的数学模型
5.3.3 求解方法
5.4 本章小结
第六章 轻小型移动式喷灌机组多目标优化配置实例
6.1 单目标多种喷头配置对比
6.1.1 优化指标的选取
6.1.2 机组及喷头的选择
6.1.3 优化结果及讨论
6.2 机组多日标配置优化
6.2.1 子目标拟合公式
6.2.2 目标归一化及权重设置
6.2.3 计算结果与讨论
6.3 不同支管布置方式对比
6.3.1 支管布置选择依据
6.3.2 不同支管布置计算结果对比
6.4 机组规模拓展
6.4.1 项目区概况
6.4.2 机组选择及管道布置
6.4.3 性能计算及评价
6.5 本章小结
第七章 轻小型移动式喷灌机组田间试验研究
7.1 试验材料
7.1.1 研究对象
7.1.2 试验场地
7.1.3 试验设备
7.2 机组配置优化及能耗试验研究
7.2.1 试验目的
7.2.2 试验方案
7.2.3 测量结果与分析
7.3 喷灌均匀性影响因素研究
7.3.1 喷头工作压力的影响
7.3.2 喷头间距、管道布置、工作压力的综合影响
7.4 机组配置方式优选
7.5 本章小结
第八章 总结与展望
8.1 结论
8.2 展望
参考文献
攻读学位期间参加的研究项目和取得的科研成果
致谢
本文编号：3878967
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