压力补偿灌水器结构复杂,工作机理不明确,进一步的研发受到阻碍,对压力补偿腔的数值模拟及可视化试验研究是揭示其工作原理的重要途径。采用流固耦合数值方法模拟不同压力下压力补偿灌水器的工作状况,并制作等比例有机玻璃透明试验件进...压力补偿灌水器结构复杂,工作机理不明确,进一步的研发受到阻碍,对压力补偿腔的数值模拟及可视化试验研究是揭示其工作原理的重要途径。采用流固耦合数值方法模拟不同压力下压力补偿灌水器的工作状况,并制作等比例有机玻璃透明试验件进行可视化试验,测量膜片变形和压力补偿腔内部速度分布,对计算结果进行验证。结果表明,流固耦合数值模拟结果与试验结果吻合较好,并发现在流量稳定阶段,随压力增大,弹性膜片的变形增长率越来越小,在75 k Pa以后膜片出现振动,并在195 k Pa之后完全贴于压力补偿腔顶部,压力补偿灌水器通过弹性膜片的微小变形变化调节出水断面来保持流量稳定,因此弹性膜片的硬度、压力补偿腔出水口和小槽尺寸是决定压力补偿灌水器稳定工作阶段流量以及流态指数的主要因素。该方法为压力补偿灌水器的设计和开发提供了有效途径。展开更多
为减少大型喷灌机的喷灌水分蒸发漂移损失,将低压喷头改装成按适当间距布置的大流量压力补偿滴灌管,使大型喷灌机自走时拖拽滴灌管,实现边移动边滴灌。该移动滴灌系统融合了大型喷灌机与滴灌的技术优势,具有较高的节水潜力,研究其土壤...为减少大型喷灌机的喷灌水分蒸发漂移损失,将低压喷头改装成按适当间距布置的大流量压力补偿滴灌管,使大型喷灌机自走时拖拽滴灌管,实现边移动边滴灌。该移动滴灌系统融合了大型喷灌机与滴灌的技术优势,具有较高的节水潜力,研究其土壤水分入渗规律对于设计节水高效的灌溉系统具有重要意义。为确定移动滴灌管灌水后的土壤湿润体形状及土壤水分分布情况,该研究搭建了移动滴灌试验装置,设置30、40与50 mm 3种灌水深度进行移动滴灌土箱试验,同时利用HYDRUS-2D建立移动滴灌条件下的土壤水分运动数值模型。模拟与实测结果对比表明,所构建模型能较准确地反映移动滴灌的土壤水分运动规律,土壤剖面中的水分运动均遵循面源入渗模式,灌水后48 h土壤剖面含水率模拟值的标准均方根误差低于20%,各测点处含水率变化过程模拟的标准均方根误差值总体低于25%。利用所建模型分析了砂壤土、壤土与粉壤土3种不同的土壤质地,20、30与40mm3种不同的灌水深度以及0.050、0.075、0.100、0.125与0.150 cm3/cm35种不同的土壤初始含水率对移动滴灌条件下土壤水分入渗规律的影响。结果表明土壤质地对湿润峰运移距离与湿润体形状的影响较大,土壤砂性越强,湿润体横截面积越大,可以适应更大的滴灌管安装间距;对于供试砂壤土而言,增大灌水深度与土壤初始含水率,均可以提高湿润峰运移距离和灌水均匀性,但会加大深层渗漏风险。该研究结果对于大型喷灌机的移动滴灌系统设计运行具有重要参考价值。展开更多
In order to improve the design and research and development (R & D) efficiency of the pressure- compensating drip irrigation emitter,a step-by-step computational fluid dynamics (CFD) design method was proposed bas...In order to improve the design and research and development (R & D) efficiency of the pressure- compensating drip irrigation emitter,a step-by-step computational fluid dynamics (CFD) design method was proposed based on CFD theory combined with the finite element method. By analyzing its hydraulic performance through the step-by-step CFD method,the prediction pressure-flow curve(p-Q curve) of the pressure-compensating emitter was obtained. Then the test samples were fabricated using rapid prototype and manufacturing(RP & M) technology. The emitters' hydraulic performance experiment was carried out and the experimental p-Q curve was obtained. The step-by-step CFD design method was verified by comparing the experimental p-Q curve with the prediction values,which showed that the prediction values met the experimental results well within the normal range of the emitter's working pressure. On this basis,the effect of the emitter structure on its pressure-compensating performance was studied,which showed that the height of the pressure-compensating region had significant effects on the emitter's pressure-compensating performance. Series products of the pressure-compensating emitter could be designed by changing the region's height.展开更多
为了研究弹性膜片参数对管上式压力补偿灌水器水力性能的影响和内部补偿腔压力补偿原理,以Supertif-03120-0003型号的压力补偿灌水器为原型件,通过3D打印技术制作管上式灌水器试验件,测试入口压力为0~350 k Pa时的压力-流量曲线,分析弹...为了研究弹性膜片参数对管上式压力补偿灌水器水力性能的影响和内部补偿腔压力补偿原理,以Supertif-03120-0003型号的压力补偿灌水器为原型件,通过3D打印技术制作管上式灌水器试验件,测试入口压力为0~350 k Pa时的压力-流量曲线,分析弹性膜片(天然橡胶材质)的厚度与硬度对其水力性能的影响;借助ADINA软件,采用流固耦合的计算方法,分析了压力补偿灌水器内部补偿原理及水力性能.结果表明:弹性膜片厚度一定,随着硬度增加,灌水器的出流量和起调压力均呈现增大的趋势;弹性膜片硬度一定,随着厚度增加,灌水器的出流量和起调压力均呈现增大的趋势,在起调压力点之后,灌水器出流量的增长速率减慢,最终压力-流量曲线趋于平缓.在此灌水器内部结构下,膜片参数存在最优选择,即厚度为1.4 mm,硬度为50HA;压力-流量关系的数值模拟值与实测值比较接近,两者最大偏差小于5%,说明采用ADINA软件模拟得出的压力-流量关系与实测值具有较好的一致性.该方法为压力补偿灌水器的进一步研发提供了可视化途径.展开更多
文摘压力补偿灌水器结构复杂,工作机理不明确,进一步的研发受到阻碍,对压力补偿腔的数值模拟及可视化试验研究是揭示其工作原理的重要途径。采用流固耦合数值方法模拟不同压力下压力补偿灌水器的工作状况,并制作等比例有机玻璃透明试验件进行可视化试验,测量膜片变形和压力补偿腔内部速度分布,对计算结果进行验证。结果表明,流固耦合数值模拟结果与试验结果吻合较好,并发现在流量稳定阶段,随压力增大,弹性膜片的变形增长率越来越小,在75 k Pa以后膜片出现振动,并在195 k Pa之后完全贴于压力补偿腔顶部,压力补偿灌水器通过弹性膜片的微小变形变化调节出水断面来保持流量稳定,因此弹性膜片的硬度、压力补偿腔出水口和小槽尺寸是决定压力补偿灌水器稳定工作阶段流量以及流态指数的主要因素。该方法为压力补偿灌水器的设计和开发提供了有效途径。
文摘为减少大型喷灌机的喷灌水分蒸发漂移损失,将低压喷头改装成按适当间距布置的大流量压力补偿滴灌管,使大型喷灌机自走时拖拽滴灌管,实现边移动边滴灌。该移动滴灌系统融合了大型喷灌机与滴灌的技术优势,具有较高的节水潜力,研究其土壤水分入渗规律对于设计节水高效的灌溉系统具有重要意义。为确定移动滴灌管灌水后的土壤湿润体形状及土壤水分分布情况,该研究搭建了移动滴灌试验装置,设置30、40与50 mm 3种灌水深度进行移动滴灌土箱试验,同时利用HYDRUS-2D建立移动滴灌条件下的土壤水分运动数值模型。模拟与实测结果对比表明,所构建模型能较准确地反映移动滴灌的土壤水分运动规律,土壤剖面中的水分运动均遵循面源入渗模式,灌水后48 h土壤剖面含水率模拟值的标准均方根误差低于20%,各测点处含水率变化过程模拟的标准均方根误差值总体低于25%。利用所建模型分析了砂壤土、壤土与粉壤土3种不同的土壤质地,20、30与40mm3种不同的灌水深度以及0.050、0.075、0.100、0.125与0.150 cm3/cm35种不同的土壤初始含水率对移动滴灌条件下土壤水分入渗规律的影响。结果表明土壤质地对湿润峰运移距离与湿润体形状的影响较大,土壤砂性越强,湿润体横截面积越大,可以适应更大的滴灌管安装间距;对于供试砂壤土而言,增大灌水深度与土壤初始含水率,均可以提高湿润峰运移距离和灌水均匀性,但会加大深层渗漏风险。该研究结果对于大型喷灌机的移动滴灌系统设计运行具有重要参考价值。
基金The National Natural Science Fund(No.50975227)The National High-tech R & D Program("863"Program)(No.2011AA100507-04)
文摘In order to improve the design and research and development (R & D) efficiency of the pressure- compensating drip irrigation emitter,a step-by-step computational fluid dynamics (CFD) design method was proposed based on CFD theory combined with the finite element method. By analyzing its hydraulic performance through the step-by-step CFD method,the prediction pressure-flow curve(p-Q curve) of the pressure-compensating emitter was obtained. Then the test samples were fabricated using rapid prototype and manufacturing(RP & M) technology. The emitters' hydraulic performance experiment was carried out and the experimental p-Q curve was obtained. The step-by-step CFD design method was verified by comparing the experimental p-Q curve with the prediction values,which showed that the prediction values met the experimental results well within the normal range of the emitter's working pressure. On this basis,the effect of the emitter structure on its pressure-compensating performance was studied,which showed that the height of the pressure-compensating region had significant effects on the emitter's pressure-compensating performance. Series products of the pressure-compensating emitter could be designed by changing the region's height.
文摘为了研究弹性膜片参数对管上式压力补偿灌水器水力性能的影响和内部补偿腔压力补偿原理,以Supertif-03120-0003型号的压力补偿灌水器为原型件,通过3D打印技术制作管上式灌水器试验件,测试入口压力为0~350 k Pa时的压力-流量曲线,分析弹性膜片(天然橡胶材质)的厚度与硬度对其水力性能的影响;借助ADINA软件,采用流固耦合的计算方法,分析了压力补偿灌水器内部补偿原理及水力性能.结果表明:弹性膜片厚度一定,随着硬度增加,灌水器的出流量和起调压力均呈现增大的趋势;弹性膜片硬度一定,随着厚度增加,灌水器的出流量和起调压力均呈现增大的趋势,在起调压力点之后,灌水器出流量的增长速率减慢,最终压力-流量曲线趋于平缓.在此灌水器内部结构下,膜片参数存在最优选择,即厚度为1.4 mm,硬度为50HA;压力-流量关系的数值模拟值与实测值比较接近,两者最大偏差小于5%,说明采用ADINA软件模拟得出的压力-流量关系与实测值具有较好的一致性.该方法为压力补偿灌水器的进一步研发提供了可视化途径.
