当前位置:主页 > 硕博论文 > 农业博士论文 >

微咸水滴灌系统灌水器化学堵塞机理及控制方法研究

发布时间:2018-11-01 18:38
【摘要】:微咸水用于农业灌溉是缓解全球性水资源紧缺问题的重要途径之一,同时滴灌被认为是利用微咸水灌溉最为有效和可靠的方式。但微咸水中含有大量的盐分离子,易于诱发灌水器化学堵塞,严重制约了微咸水滴灌的大规模发展。本文研究了微咸水滴灌条件下灌水器化学堵塞发生行为及其动态响应机制,综合利用电化学、精细电子显微等现代分析技术定量定性的分析了灌水器流道内堵塞物质组成,建立了灌水器化学堵塞物质生长的水动力学模型。并基于裸地加速抗堵塞试验、大田试验及CFD方法,从运行方式、水质控制与灌水器自身结构多方面提出了面向化学堵塞的控制方法。主要结论如下:(1)对微咸水滴灌系统灌水器化学堵塞特性进行了研究,结果表明随着运行时间的增加,灌水器相对流量Dra和均匀度CU逐渐降低,其中圆柱型灌水器降呈现平缓降低规律,片式灌水器呈先平缓-后剧烈的降低形式,大流量的圆柱式灌水器表现出较强的抗堵塞性能。(2)探寻了微咸水滴灌系统灌水器化学堵塞物质组成及关键因素。堵塞物质单位面积分布密度与灌水器Dra和CU度呈显著线性负相关(R20.81),微咸水滴灌系统灌水器内堵塞物质为钙镁碳酸盐(CaCO3、CaMgCO3和CaMg(CO3)2)、硅酸盐(Mg5Al(Si3Al)O10(OH)8和NaAlSi3O8)、石英(SiO2)、氯化钠(Nacl),其中诱发灌水器化学堵塞的主要物质为钙镁碳酸盐类沉淀,含量在88.31%以上。(3)构建了微咸水滴灌条件下灌水器化学堵塞物质生长动力学模型,发现堵塞物质生长过程为渐进型,包括快速增长-渐进增长两个阶段。基于灌水器堵塞物质沉积与剥蚀过程,以Kern-Seaton污垢预测模型为原型,综合考虑灌水器结构类型、流道几何参数和水源特征等因素,建立的灌水器化学堵塞物质生长动力学模型可以很好的描述灌水器内附生堵塞物质及其特征组分的生长过程。(4)建立了面向灌水器化学堵塞的控制方法。从运行模式来看,采用淡水与微咸水进行交替滴灌可以缓解化学堵塞的发生;对于全咸水灌溉来说,采用1d/次的高频滴灌下灌水器能保持相对较高的流量;从水质控制来看,微咸水电导率与灌水器堵塞参数间存在线性负相关关系,微咸水电导率会在一定程度上影响灌水器化学堵塞的发生过程与堵塞分布特征,建议河套灌区地下微咸水滴灌系统适宜电导率应低于4.0 dS/m;从灌水器自身结构来看,采用CFD数值模拟方法,综合考虑流道内流场分布及其水力性能与抗堵塞性能,建议分形流道灌水器适宜的几何参数为宽度1.0 mm左右,流道长度不宜超过224 mm,并可以借助缩减流道深度来控制灌水器出流量,研究结果可为实际流道设计与开发提供理论参考。
[Abstract]:The application of brackish water to agricultural irrigation is one of the most important ways to alleviate the global shortage of water resources, and drip irrigation is considered to be the most effective and reliable way to use brackish water. However, there are a lot of salt ions in brackish water, which is easy to induce chemical clogging of irrigator, which seriously restricts the large-scale development of drip irrigation of brackish water. In this paper, the chemical clogging behavior and its dynamic response mechanism of the emitter under the condition of brackish drip irrigation were studied. The composition of the plugging material in the irrigation channel was analyzed quantitatively and qualitatively by using modern analytical techniques such as electrochemistry, fine electron microscopy and so on. A hydrodynamic model for the growth of chemically blocked substances in an emitter was established. Based on the accelerated anti-clogging test, field test and CFD method, the chemical clogging control method is put forward from the aspects of operation mode, water quality control and the structure of the emitter itself. The main conclusions are as follows: (1) the characteristics of chemical plugging of the emitters in brackish drip irrigation system are studied. The results show that the relative flow rate Dra and the uniformity CU of the emitters decrease gradually with the increase of the running time. Among them, the drop of cylindrical water emitters shows the rule of gentle decrease, and the slice type emitters show the form of first level-then violent reduction. The cylindrical emitters with large flow rate have strong resistance to blockage. (2) the composition and key factors of chemical blockage in the emitters of brackish water drip irrigation system are explored. There was a significant linear negative correlation between the density of blocking matter per unit area and the degree of Dra and CU of the emitter (R20.81). The plugging material in the emitter of brackish water drip irrigation system was calcium-magnesium carbonate (CaCO3,CaMgCO3 and CaMg (CO3) 2). Silicate (Mg5Al (Si3Al) O10 (OH) 8 and NaAlSi3O8), quartz (SiO2) and sodium chloride (Nacl), are the main substances that induce the chemical clogging of the emitters. (3) the growth kinetics model of chemical clogging substances in the emitters under drip irrigation was established. It was found that the growth process of clogging substances was gradual, including two stages of rapid growth and gradual growth. Based on the process of deposition and denudation of clogged material in the emitter, the Kern-Seaton fouling prediction model is used as the prototype, and the factors such as the type of the emitter structure, the geometric parameters of the runner and the water source characteristics are considered synthetically. The kinetic model of the chemical clogging material growth in the emitter can describe the growth process of the epiphytic plugging material and its characteristic components. (4) the control method for the chemical plugging in the emitter is established. From the view of operation mode, using fresh water and brackish water alternately drip irrigation can alleviate the occurrence of chemical blockage, for all salt water irrigation, the high frequency drip irrigation emitter with 1d/ can keep relatively high flow rate. From the point of view of water quality control, there is a linear negative correlation between the electrical conductivity of brackish water and the plugging parameters of the emitter. To some extent, the electrical conductivity of brackish water will affect the occurrence process and the distribution characteristics of the chemical blockage of the emitter. It is suggested that the suitable electrical conductivity of drip irrigation system for underground brackish water in Hetao irrigation area should be less than 4.0 dS/m;. According to the structure of the emitter itself, the CFD numerical simulation method is used to synthetically consider the flow field distribution in the channel, its hydraulic performance and anti-blocking performance. It is suggested that the suitable geometric parameter of the fractal channel emitter is about 1.0 mm in width. The length of the runner should not exceed 224 mm, and the discharge of the emitter can be controlled by reducing the depth of the channel. The results of the study can provide a theoretical reference for the design and development of the actual runner.
【学位授予单位】:中国农业大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2016
【分类号】:S275.6

【相似文献】

相关期刊论文 前10条

1 魏正英,修永明,赵万华,卢秉恒;节水滴灌灌水器快速开发平台技术[J];西安理工大学学报;2002年04期

2 韩权利,赵万华,丁玉成;滴灌用灌水器的现状及分析[J];节水灌溉;2003年01期

3 魏青松,史玉升,董文楚,黄树槐;滴灌灌水器流体流动机理及其数字可视化研究[J];中国农村水利水电;2004年03期

4 王永功,范兴科;基于激光成形技术的灌水器结构参数化试验研究[J];节水灌溉;2005年03期

5 李光河;灌水器的选用与维护[J];当代蔬菜;2005年07期

6 郭旭新,赵英;为解决大棚滴灌灌水器故障支招[J];蔬菜;2005年07期

7 郭旭新,赵英;大棚滴灌灌水器故障成因分析与解决办法[J];现代化农业;2005年10期

8 李云开;杨培岭;任树梅;;滴灌灌水器流道设计理论研究若干问题的综述[J];农业机械学报;2006年02期

9 魏青松;史玉升;芦刚;董文楚;黄树槐;;精密滴灌灌水器快速响应开发的方法[J];农业机械学报;2007年02期

10 芦刚;史玉升;魏青松;董文楚;;基于两相流模拟的高抗堵滴灌灌水器开发方法[J];华中科技大学学报(自然科学版);2007年07期

相关会议论文 前5条

1 刘洁;芦刚;魏青松;史玉升;董文楚;;一体式压力补偿灌水器的快速开发[A];2012全国高效节水灌溉先进技术与设备应用专刊[C];2012年

2 李云开;杨培岭;许廷武;刘海生;刘耀泽;孙昊苏;;滴灌灌水器堵塞的微生物学机理及控制模式研究进展[A];现代节水高效农业与生态灌区建设(上)[C];2010年

3 仵峰;李王成;范永申;李金山;冯俊杰;;地下滴灌条件下灌水器出口土壤水能态研究[A];科技、工程与经济社会协调发展——河南省第四届青年学术年会论文集(下册)[C];2004年

4 李久生;张建君;饶敏杰;;滴灌系统运行方式对砂壤土水氮分布影响的试验研究[A];中国水利学会首届青年科技论坛论文集[C];2003年

5 杨培岭;李云开;任树梅;;全紊流滴灌灌水器设计开发的思路与方法——以分形流道设计为例[A];中国水利学会2006学术年会论文集(农村水利与社会主义新农村建设)[C];2006年

相关重要报纸文章 前4条

1 本报记者 滕继濮;蓄流分离:果树灌溉新技术[N];科技日报;2009年

2 记者  柯昌万 姜乃强;西安交大瞄准前沿搭建科研大平台[N];中国教育报;2006年

3 胡仁;城市绿地灌系统的经济性[N];中国花卉报;2005年

4 本报记者 若竹;选择设备要因地制宜[N];中国花卉报;2005年

相关博士学位论文 前6条

1 张钟莉莉;微咸水滴灌系统灌水器化学堵塞机理及控制方法研究[D];中国农业大学;2016年

2 芦刚;工作水压对滴灌灌水器水力性能影响规律的研究[D];华中科技大学;2010年

3 刘洁;滴灌灌水器水力性能与快速制造方法研究[D];华中科技大学;2010年

4 喻黎明;滴灌灌水器水力特性及抗堵塞研究[D];西北农林科技大学;2009年

5 张俊;迷宫流道灌水器水力与抗堵性能评价及结构优化研究[D];西安交通大学;2009年

6 王新坤;微灌管网水力解析及优化设计研究[D];西北农林科技大学;2004年

相关硕士学位论文 前10条

1 聂磊;滴灌灌水器抗物理堵塞能力的数值模拟及试验研究[D];华中科技大学;2007年

2 孙宏;涡流流道灌水器的结构设计与水力试验研究[D];华中科技大学;2007年

3 刘璐;浑水特性及水温对迷宫流道灌水器抗堵塞性能的影响[D];中国科学院研究生院(教育部水土保持与生态环境研究中心);2012年

4 张珍珍;垫片固定式压力补偿灌水器结构设计与水力性能研究[D];西北农林科技大学;2015年

5 金龙;双内齿矩形迷宫流道灌水器水力性能数值模拟分析[D];太原理工大学;2016年

6 马炎超;单齿型矩形流道灌水器水力性能及流场特性数值分析[D];太原理工大学;2016年

7 赵亚楠;供水水头、灌水器及水质对负压灌溉土壤水运移的影响[D];太原理工大学;2011年

8 张琴;滴灌灌水器结构与性能的模拟研究[D];西北农林科技大学;2006年

9 徐文礼;迷宫灌水器内固液两相流数值模拟[D];太原理工大学;2008年

10 陈雪;滴灌灌水器三角形迷宫流道结构抗堵塞性能试验研究[D];西北农林科技大学;2008年



本文编号:2304757

资料下载
论文发表

本文链接:https://www.wllwen.com/shoufeilunwen/nykjbs/2304757.html


Copyright(c)文论论文网All Rights Reserved | 网站地图 |

版权申明:资料由用户c909e***提供,本站仅收录摘要或目录,作者需要删除请E-mail邮箱bigeng88@qq.com