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水肥一体化对侧翼迷宫滴灌带抗堵塞性能的影响

更新时间:2009-03-28

0 引 言

滴灌施肥可以适时适量地向作物根系供应水分和养分,精确高效、省时省力。侧翼迷宫滴灌带制造工艺简单,材料单一可回收再利用,大幅降低了微灌系统投资,在新疆和甘肃应用推广面积迅速增加。目前田间大量应用的回收再利用生产出的滴灌带,其堵塞问题随着应用面积的增加而越来越突出,尤其在水肥一体化时容易发生滴灌带堵塞的问题。由于田间使用的各种滴灌带水力性能与抗堵塞性能不尽相同,已影响到滴灌系统的田间设计、运行及灌溉施肥均匀性,急需对目前大面积使用的侧翼迷宫滴灌带的水力性能及抗堵塞性能进行研究,分析影响因素,为微灌系统推广应用提供参考。

相同因素的不同级别对建设开发的影响程度同样存在差异,如质量等级高的耕地对建设开发的限制性强于质量等级低的耕地,突发地质灾害高易发区对建设开发的影响高于中低易发区,地形坡度25度以上区域的建设施工工程量、开发成本大于坡度25度以下区域。鉴于此,结合福州市实际情况,参考《国土资源环境承载力评价技术要求(试行)》因子分级标准,对7个建设开发适宜性评价因子进行分级(见表2)。

目前对迷宫滴灌带的水力性能、抗堵塞性能的研究已有许多成果:马晓鹏[1]在低压条件下进行了侧翼滴灌带铺设长度、压力水头、地形坡度3个因素对滴灌带灌水均匀系数影响规律的试验研究,得出了随着滴灌带长度的增加,影响滴灌带灌水均匀系数的主要原因从制造偏差变为滴灌带流量大小;杜立鹏[2]对不同规格的侧翼迷宫滴灌带进行清水和加肥灌水试验,发现加肥灌水时滴头流量及灌水均匀系数较清水减小。马宁和祁新萍[3]通过农户调查,发现利用再生料制造的侧翼滴灌带主要的问题是拉伸性能、流量均匀度及施肥后期出现的堵塞问题。本文针对国内市场上普遍应用的不同流道的侧翼迷宫滴灌带,通过水力性能和抗堵塞性能测试,结合数值模拟的结果,分析滴灌带结构参数对性能的影响,为推广应用侧翼迷宫流道滴灌带提供参考。

设计意图: 通过构建模型实现抽象概念的具体化、直观化和形象化,加深学生对细胞分裂过程中染色体行为变化的理解。让学生通过分组合作进行染色体模型构建,调动学生的学习积极性,培养学生的动手实践能力和合作学习能力。

1 试验内容及方法

1.1 试验材料与装置

试验装置主要由蓄水箱、电动机、变速机、搅拌叶片、排水管、水泵、精密压力表、干管、支管、侧翼滴灌带等设备构成。其中,水箱为半径0.39 m,高0.8 m的圆柱形箱体,箱体底部设有排水阀以便试验结束后清洗水箱;水泵额定扬程为35 m;精密压力表的精度等级为 0.25级,量程为0~0.25 MPa;滴灌带固定在水平试验台架上,每条滴灌带长度为7.5 m。试验采用了3种滴灌带,均为陕西杨凌丰源农业科技工程有限公司生产,分别是两种“几”字形迷宫流道和一种新型欧姆链式迷宫流道结构的侧翼滴灌带,滴灌带流道结构参数如表1所示,流道结构图见图1。

 

表1 三种滴灌带流道技术参数Tab.1 Technical parameters of 3 kinds of channels of drip-tape

  

编号参数工作压力/MPa管外径/mm流道总长/mm流道宽w/mm齿高h/mm齿底距l/mma1号几字形迷宫式0.081620134b2号几字形迷宫式0.0816301.51.54c欧姆链式迷宫式0.08161511.56

  

图1 三种侧翼迷宫流道结构图Fig.1 3 kinds of structure plans of drip-tape with labyrinth channel

不同滴灌带的滴头间距不同,每种滴灌带上的滴头个数分别为:1号几字形迷宫流道滴灌带37个滴头,2号几字形迷宫流道滴灌带25个滴头,欧姆链式迷宫滴灌带50个滴头。整个试验过程的水温维持在25 ℃左右。试验用水为水质良好且经过完善过滤之后的自来水,而根据前期试验发现尿素和钾肥对滴灌带基本不造成滴灌带堵塞,本次试验选取大田常用的磷肥磷酸二胺(含P2O544%)。

1.2 试验方案及方法

在进行滴灌带抗堵塞试验之前,首先进行了3种滴灌带的压力流量关系试验,由于试验使用滴灌带管壁薄,压力超过0.1 MPa时,部分滴头出现喷水或出口破裂的情况,所以管首压力设置为0.02~0.1 MPa范围内,每0.01 MPa为一种工况,共9种首部压力条件。每次试验时待压力稳定后每10 min测定一次滴头流量,每个滴头出流量由量杯接取5 min出流量并用精度为0.01 g的电子秤称量,试验持续2 h。

(4)通过数值模拟,欧姆链形流道内最大流速明显大于几字形流道,并且在普通流道最易堵塞的背水拐角处有明显的旋涡,可以更好的消能和减缓堵塞。

2 结果与分析

2.1 水力特性曲线和灌水均匀度

参考文献

为了能够更好地分析矩形开口谐振环的共振特性,从LC谐振电路的角度进行分析。开口环的基本共振模式可以等效为独立LC共振器的集合响应,共振频率公式[13-17]为:

使用SPSS软件进行方差分析,结果见表4.由表4可以看出,在95%的置信水平下值明显小于0.05,所以应该拒绝原假设,接受备择假设,认为大学生对外卖服务的满意度影响他们对市场未来前景的观点.

1号几字形迷宫式 q= 1.256 9 H0.453 R2=0.998 3

2号几字形迷宫式 q=0.997 9 H0.485 2 R2=0.99

(1)3种流道的流态指数都属于较优范围,灌溉均匀度在压力0.02~0.1 MPa的范围内均维持在94%以上,其中2号几字形滴头流量最大,制紊效果最优,欧姆链式滴灌带灌溉均匀度整体大于其他两种,且随着压力的变化均匀度变化不大;

  

图2 三种滴头的水力特性曲线Fig.2 Hydraulic characteristic curve of 3 kinds of emitters

由上式可以看出,欧姆链式滴头的流态指数x为0.475 9,1号几字形滴头的流态指数x为0.485 2,2号几字形滴头的流态指数x为0.453,2号几字形滴头流量最大,制紊效果最优,欧姆链式和1号几字形流态指数接近,虽略大于2号几字形但是按目前规范标准,均属于较优的流态指数。

涉密计算机信息安全管理体系建设是一项综合性的工程,首先应明确指导思想,理清防护的层次和防护技术路线,参照多种防护技术手段,高效集成,构建一个多层次、多方位的信息安全防护体系。参照国家信息安全管理标准,把信息安全防护体系的内容分为七大部分,根据防护重点各部分之间又采用相应的方式开展设计,形成相互独立的子系统,进而组成一个完整的涉密计算机信息安全防护体系,该体系结构如图1所示。

  

图3 灌水均匀系数与灌水压力关系曲线Fig.3 Change of Cu with irrigation pressure

2.2 抗堵塞性能

因此,快递公司加强对快递网点(不要管他是一级还是二级网点)跨区行为的管理、维护基层网点的合法权益,不仅是维护这些基层网点和员工的利益,更是在为了维护公司的自身和长远利益,那种只顾眼前不图长远的经营理念,不仅是对下属员工的不公平不负责,也是对公司的不负责甚至可以说是对老板自己的不负责任。在呼吁和期望政府提供公平公正市场环境的同时,我们快递公司的老总们也该扪心自问一下:你的公司内部营商环境是否公平公正呢!

根据克里斯琴森(Christiansen)公式:计算3种侧翼滴灌带清水条件下灌水均匀系数与作用压力关系曲线如图3。由图3可知,3种滴灌带灌溉均匀度在压力0.02~0.1 MPa的范围内均维持在94%以上,其中欧姆链式滴灌带灌溉均匀度整体优于其他两种,且随着压力的变化均匀度变化不大。

图4给出了3种滴灌带在13次间歇性肥水灌溉过程中灌水均匀细数的变化过程,由图4可以看出,欧姆链式侧翼滴灌带的灌水均匀系数大于其他两种且一直维持在97%以上,抗堵塞能力最优;1号几字形的灌水均匀系数从第6次灌水开始下降,在第7次暂时稳定于50%,在第9次再次下降,到第10次时降为0,其抗堵塞性能相对较差;2号几字形的灌水均匀系数从第4次灌水开始下降,到第5次突降为0,而第6次出现回升,稳定于50%直到第9次再次下降,同样在第10次灌水时将为0不再回升,抗堵塞性能相较其他两种最差,其中出现的灌水均匀系数回升问题,分析是由于发生堵塞的部分滴头在下一次灌清水时,在冲刷作用下流道恢复畅通,因此灌水均匀系数也随之上升。

  

图4 滴灌带灌水均匀系数变化过程Fig.4 The process of Cu

图5给出了3种滴灌带沿程不同位置处滴头相对流量随灌水次数变化曲线,由图5可以看出,按照75%额定流量判断堵塞情况,在施肥浓度为2%下,欧姆链式滴灌带整个施肥过程中滴头流量没有明显变化,抗堵塞能力最优;1号几字形滴灌带中后段(3号、4号采样点)堵塞情况比较严重,分别在第6次灌水、第9次灌水开始堵塞;2号几字形滴灌带1号采样点在第4次灌水开始出现堵塞后,于第6次灌水时冲开部分堵塞物,相对流量增大至90%又于第10次灌水时再次堵塞,而4号采样点于第4次灌水时已开始堵塞,其后流量并未再增大。

当滴头流量小于75%时,认为已发生堵塞,滴头流量小于50%为完全堵塞,图6给出了滴灌带随灌水次数完全堵塞滴头分布图。从完全堵塞滴头的数量考虑,欧姆链式流道结构的滴灌带没有完全堵塞的滴头,两种几字形的完全堵塞滴头情况见图6。由图可以看出,1号几字形滴灌带完全堵塞滴头数量相较2号更多,堵塞滴头基本集中在滴灌带后部,2号几字形滴灌带则集中在中部和后部;两种滴灌带都从第4次灌水开始出现堵塞,随灌水次数的增加1号几字形滴灌带从最开始堵塞的后段逐渐向上游延伸,而2号滴灌带堵塞滴头则是由前段和后端向中游延伸,其中有部分滴头在堵塞后再次被冲开。分析欧姆链式流道抗堵塞性能最优是由于其流道的独特转角方式,使得每次在大转角可以达到更好的消能效果,从而其灌水均匀系数相对较高,同时水流对容易造成沉积物的部分进行冲刷,进而降低其堵塞率;而2号几字形堵塞情况相对1号较轻,是因为1号的流道宽度是1mm,而2号的流道宽度是1.5 mm,后者流道宽度大于前者,因此沉积物不易堵塞流道;在滴灌带与PVC支管相连接的部分容易造成带体折叠,从而可能会发生流道入口被挤压、流道变形,而2号滴灌带由于流道较长,造成的水头损失要更大,因此出现了前段先发生堵塞的情况。

 
  

图5 3种滴灌带滴头相对流量随灌水次数变化曲线Fig.5 Changes curve of relative flow rate of 3 kinds of drip-tape with different irrigation times

  

图6 滴灌带随灌水次数完全堵塞滴头分布图Fig.6 The distribution plans of entirely clogged emitter with different irrigation times

3 滴头流道内流场分布数值模拟

由于迷宫尺寸微小且流道弯曲,流道内部流场、压力分布等规律很难直接进行观测,利用FLUENT软件进行滴灌带迷宫流道内流场数值模拟,可以深入了解流道内部流场分布状况和流体的运动规律[7-9],分析流道结构与抗堵塞性能的关系。本文对三种迷宫流道运用CFD方法进行了模拟,通过内流场分布分析3种滴灌带抗堵塞性能不同的原因。欧姆型流道长15 cm,1号几字形流道长20 cm,2号几字形流道长30 cm。网格大小为0.15 mm,网格单元总量约为100 万个。流道进水口设为压力进口,根据试验工况设为0.08 MPa,出口为压力出口,设为大气压。其他为壁面条件。

图7为3种流道单元速度矢量局部放大图。可以看出,3种流道水流流动可分为流速较大的主流区与分布在流道拐角处和边壁处的旋涡区[10];主流区位于流道的中心部分,此区域流速较大不易发生堵塞,3种流道水流在迎水面的拐角处均达到最大值,其中1号几字形为2.26 m/s略高于2号几字形2.11 m/s,欧姆链型最大为3.26 m/s明显高于前两者,并且欧姆链型的最高流速产生在流道最窄处,因此可以有效避免此处的堵塞;而沿水流方向上迷宫单元的背水面拐角处,流速都很小,因此此处最易发生不溶物沉积而导致堵塞物积累,使流道随灌水次数的增加而越来越窄,造成灌水均匀度的下降和滴头堵塞,而欧姆链型流道背水拐角处出现很明显的旋涡和二次流动区,旋涡的运动可以持续冲刷拐角壁面,可以有效地减缓堵塞,而主流区和二次流动的水流汇合也可以很好的消能;因此。综上,欧姆链形流道抗堵塞效果最佳。

4 结 语

欧姆链式迷宫式 q=0.788 1 H0.475 9 R2=0.995 9

(2)欧姆链式流道侧翼迷宫滴灌带在整个施肥过程中滴头流量没有明显变化,带灌溉均匀度大于其他两种且一直维持在97%以上,抗堵塞能力最优;

(3)随灌水次数的增加,1号几字形滴灌带从最开始堵塞的后段逐渐向上游延伸,而2号滴灌带堵塞滴

  

图7 三种迷宫流道内速度矢量局部放大图Fig.7 The vectorgraph of amplify part of the three kinds of labyrinth channels

头则是由前段和后端向中游延伸;

滴灌带抗堵塞试验中,为使试验更接近实际田间灌溉模式,采用清水与肥水交替施加13次。随水施肥前,先将磷酸二胺充分溶解后静置,溶液底部仍存在大量绿色粉末状沉淀,搅拌后溶液浑浊,进口压力设置为工作压力0.08 MPa,在滴灌带前、中、后段选取 4 个采样点(分别记为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ,距滴灌带入口距离分别为 0.6、2.7、4.8、6.9 m,相对总管长为8%、36%、64%、92%位置处),根据番茄推荐施肥量,全生育期共需施肥240 kg/hm2 P2O5[4],按每行滴灌管控制一行作物,铺设间距为1 m、铺设长度7.5 m计算,单根滴灌管单次随水施肥量应为13.84 g P2O5/次,计算单次施肥量为磷酸二胺31.46 g,每次施肥浓度为0.2%,施肥时间1 h,待压力稳定后测定4个采样点出流量,计算流量并确定相对流量,并在施肥过程中观测滴头堵塞情况。

根据对3种侧翼迷宫滴灌带滴头进行的水力特性试验结果,分析在一定压力范围内滴头流量-压力关系,绘制滴灌带水力特性曲线如图2,通过回归分析可得三种滴灌带压力流量关系式为:

灌溉均匀度是评价滴灌系统设计及灌水质量的一项重要指标,采用灌溉均匀系数Cu;对于单个滴头,每次灌水结束后得滴头平均流量同等压力下的施肥溶液流量qi与清水流量qw的比值,即相对流量qr=qi/qw,认为qr小于75%时滴头发生严重堵塞[6]

[1] 马晓鹏, 龚时宏, 王建东,等.低压条件下滴灌带灌水均匀系数试验研究[J].灌溉排水学报, 2010,29(4):6-10.

[2] 杜立鹏, 张新燕.低压下加肥对迷宫滴头流量及灌水均匀度的影响[J].干旱地区农业研究, 2015,33(1):142-145.

在“互联网+教育”的新生态环境下,教学资源作为教学内容的载体,其内涵和外延都发生了很大的变化,网络化、开放性、多层次、实时性等特点逐渐呈现。学生获取知识的渠道不再局限于课堂和书本,建设符合新时代特征的教学资源是教学取得成功的助力器,也是混合式教学取得成功的重要保障。教学资源的建设主要包括:课程信息资源建设、教材建设、实践资源建设3个方面。

[3] 马 宁, 祁新萍. 新疆地区单翼迷宫式滴灌带产品质量状况浅析[J].广州化工,2015,43(13):52-54.

(1)速度提升。根据胜利石油管理局提速提效考核细则的总体要求以及各个区块的考核指标,各个区块基本上达到了10%的提速目标,大北、桩23等区块提速效果超过30%。

[4] 王心阳,王文娥,胡笑涛.滴灌施肥对滴头抗堵塞性能及系统均匀度影响试验研究[J].中国农村水利水电, 2015,397(11):1-5,10.

[5] 水利部国际合作与科技司.水利技术标准汇编2灌溉排水卷(节水设备与材料)[M].北京:中国水利水电出社,2002.

[6] Drakts of ISO/TC 23/SC 18/WG5. Micro-irrigation emitter-Clogging procedure[S].2009.

 
吴婉莹,王文娥,胡笑涛,王睿,吴锡凯
《节水灌溉》 2018年第04期
《节水灌溉》2018年第04期文献

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