引黄滴灌系统泥沙逐级调控机制及方法研究

发布时间：2017-12-22 16:22

本文关键词：引黄滴灌系统泥沙逐级调控机制及方法研究　出处：《中国农业大学》2017年博士论文　论文类型：学位论文

【摘要】：灌水器堵塞问题一直是滴灌研究领域的国际性难题。尤其是在水源泥沙含量高且水质复杂的引黄滴灌系统中,灌水器堵塞问题更为突出。为解决引黄滴灌系统灌水器堵塞问题,本文以控制细颗粒泥沙在系统内的输移过程为靶向目标,建立了基于"灌水器排沙、毛管冲沙、过滤器拦沙"的引黄滴灌系统泥沙逐级调控机制,大幅降低了泥沙处理成本,建立了全新的灌水器设计理论与方法并开发出本身具有高抗堵塞性能的灌水器系列新产品,取得以下主要结论:(1)确定了灌水器内部流动适宜的模拟模型。对比灌水器宏观水力学特性和微观流体运动特征,确定了灌水器流道内流场的最适宜模拟模型为RNGk-ε湍流模型。基于最适宜模拟模型,计算并分析了灌水器内部水流运动特征和颗粒物输移特性;(2)建立了灌水器水力设计方法及控制阈值。提出了以提升湍流强度为目标的流道构型选择方法和多设计寻优的结构单元设计方法,确定了灌水器最优流道构型为分形流道与齿形流道,齿型流道结构单元最优设计为齿高1.3mm、齿角60°、齿距 1.8mm。流道宽 0.8-1.2mm、长 27.5-42.5mm、深 0.4-1.0mm;(3)创建了灌水器抗堵塞设计方法。建立了灌水器流道边界漩涡洗壁优化设计方法,使得非主流区漩涡充分发展,与主航道优化设计方法相比,在保证灌水器水力性能的前提下,近壁面流速提升了 13.1-21.4%,大幅提升了灌水器自清洗能力与抗堵塞能力;(4)研发了高抗堵塞灌水器系列新产品并进行性能测试。研发了高抗堵塞系列灌水器新产品。测试并对比了新产品和国内外代表产品堵塞发生特性。发现灌水器堵塞发生具有随机性、可恢复性和持续性,新产品流道消能效率显著提高,抗堵塞性能优于以色列Netafim公司产品4.8-9.0%,实现了流道水力性能与抗堵塞能力的协同提升,而灌水器长度和重量分别减小约40%;(5)探究了不同类型灌水器对冲洗的适宜性及冲洗对堵塞物质生长动力学过程的影响。基于冲洗与不冲洗条件下不同类型灌水器堵塞发生特性和堵塞物质生长动力学过程,发现冲洗对系统运行各指标的恢复作用在系统运行中期最显著。堵塞物质特征组分随系统累积运行均表现为"快-慢-快"的增长趋势,冲洗可有效减缓与减少流道内部堵塞物质形成;(6)明确了引黄滴灌系统过滤器最优组合及运行模式。基于不同类型过滤器水力性能与泥沙处理能力现场综合测试平台,确定了引黄滴灌系统过滤器最优组合及运行模式为:滤料粒径1.70-2.35mm,过滤流速0.018m/s,反冲洗流速0.022m/s,应根据工程实际情况进行筛网和叠片过滤器种类与目数的选择。
【学位授予单位】：中国农业大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：S277.95

【参考文献】