卷盤式移動(dòng)節(jié)水噴灌機(jī)軟管最佳彎曲參數(shù)的試驗(yàn)研究.pdf

1、節(jié)水灌溉是農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化的重要組成部分，發(fā)展節(jié)水灌溉、提高水利用率是實(shí)現(xiàn)現(xiàn)代化的必由之路。當(dāng)前我國(guó)的情況是：一方面水資源嚴(yán)重不足，另一方面農(nóng)業(yè)灌溉水的利用率很低，浪費(fèi)十分嚴(yán)重。我國(guó)農(nóng)業(yè)灌溉長(zhǎng)期沿用原始的灌溉方法，因此節(jié)水空間很大。 節(jié)水灌溉是根據(jù)作物需水規(guī)律及當(dāng)?shù)毓┧畻l件，為了有效的利用降水和灌溉水，獲取農(nóng)業(yè)的最佳經(jīng)濟(jì)效益、社會(huì)效益、生態(tài)環(huán)境效益而采取的多種措施的總稱。灌溉水從水源到田間要經(jīng)過幾個(gè)環(huán)節(jié)，每個(gè)環(huán)節(jié)都存在水量無(wú)益損耗。凡

2、是在這些環(huán)節(jié)中能夠減少水量損失、提高灌溉水使用效率和經(jīng)濟(jì)效益的各種措施，均屬于節(jié)水灌溉的范疇。 節(jié)水灌溉的措施主要有以下幾種：(1)合理地開發(fā)和利用水資源.(2)降低渠道水量損失.(3)采用節(jié)水型灌水方法和技術(shù).(4)農(nóng)藝節(jié)水技術(shù)即從農(nóng)作物本身尋求節(jié)水方法.(5)提高用水管理水平.噴灌技術(shù)是節(jié)水型灌水方法之一，是利用專門的設(shè)備把水加壓，或利用水的自然落差將有壓水送到灌溉地段，通過噴灑器噴射到空中形成水滴，像下雨一樣噴灑到作物上和

3、田間的灌水方法。噴灌不僅可以滿足園林綠地和運(yùn)動(dòng)場(chǎng)草坪的養(yǎng)護(hù)需要，而且也為人們的生活環(huán)境增添了一道靚麗的景觀。這種方法具有省水、增產(chǎn)、省工、省地、保土、保肥、適應(yīng)性強(qiáng)和可綜合利用等優(yōu)點(diǎn)。 噴灌技術(shù)中常用的噴灌設(shè)備有電動(dòng)圓形噴灌機(jī)，電動(dòng)平移式噴灌機(jī)，滾移式噴灌機(jī)，卷盤式噴灌機(jī)。本文主要針對(duì)卷盤式噴灌機(jī)的研制。 卷盤式噴灌機(jī)是70年代初期在移管式噴灌系統(tǒng)基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，是一種結(jié)構(gòu)緊湊、移動(dòng)方便、操作人員少和能自動(dòng)行走進(jìn)行噴灑

4、作業(yè)的噴灌機(jī)具。卷盤式噴灌機(jī)由噴頭車、軟管、水力驅(qū)動(dòng)機(jī)和卷盤車等部分組成。進(jìn)行噴灌作業(yè)時(shí)，軟管被拉鋪在被灌地面上，利用噴灌壓力水驅(qū)動(dòng)卷盤轉(zhuǎn)動(dòng)纏繞軟管，牽引噴頭緩慢移向卷盤并進(jìn)行噴灑作業(yè)。其中軟管為特制的中密度聚乙烯黑色半軟管，具有耐高壓、耐拖拉、耐彎曲等特點(diǎn)。這種噴灌機(jī)的使用壽命可達(dá)10年以上，操作簡(jiǎn)便，可自動(dòng)化運(yùn)行，只需1-2人管理?？蓵円构ぷ鳎刻熘恍枰苿?dòng)一兩次，安裝一次只需20多分鐘。每臺(tái)噴灌機(jī)可控制3-50hm2土地?？蛇m應(yīng)不同

5、地區(qū)、作物、土壤和水源。被灌地面不需任何工程設(shè)施，也不受田間樹木、電桿等障礙的影響，只要有水源，接上壓力水就可進(jìn)行移動(dòng)噴灌，灌完即可將整機(jī)入庫(kù)保管。基于這些優(yōu)點(diǎn)，進(jìn)一步說明研制卷盤式噴灌機(jī)的必要性。 研制卷盤式噴灌機(jī)的第一步就是輸水系統(tǒng)中卷盤軸徑尺寸的選取，尺寸選取主要以纏繞在卷盤上的軟管的阻力損失小且變化平穩(wěn)為依據(jù)。通過對(duì)流體運(yùn)動(dòng)學(xué)中流體的分類、管內(nèi)流動(dòng)狀態(tài)等一些基本知識(shí)的了解，可知，在本試驗(yàn)給定的參數(shù)條件下，軟管內(nèi)的流體即水

6、的流動(dòng)為粘性、不可壓縮的湍流流動(dòng)。軟管的阻力損失主要是沿程阻力損失和局部阻力損失兩種。造成沿程阻力損失的原因主要是沿流動(dòng)路程上，各流體層之間的內(nèi)摩擦而產(chǎn)生的流動(dòng)阻力。而局部阻力損失主要是由于軟管彎曲，當(dāng)水流經(jīng)過時(shí)，流動(dòng)方向受到約束，在流動(dòng)路程上，產(chǎn)生渦流及二次流，水流不能充分發(fā)展，主流能量損耗造成的。 為了確定最佳的軟管彎曲曲率半徑，有必要對(duì)軟管的阻力損失進(jìn)行試驗(yàn)研究。本文是采用計(jì)算機(jī)軟件仿真模擬和臺(tái)架試驗(yàn)相結(jié)合的方法達(dá)到最終試

7、驗(yàn)?zāi)康牡摹?模擬試驗(yàn)中，使用FLUENT流體運(yùn)動(dòng)仿真軟件對(duì)彎曲軟管內(nèi)的水流運(yùn)動(dòng)進(jìn)行模擬分析。FLUENT是用于計(jì)算流體和傳熱問題的程序。該程序由5個(gè)部分組成，分別為用于建立幾何結(jié)構(gòu)和網(wǎng)格生成的GAMBIT，用于進(jìn)行流動(dòng)模擬計(jì)算的求解器FLUENT，用于模擬PDF燃燒過程的prePDF，用于從現(xiàn)有的邊界網(wǎng)格生成體網(wǎng)格的Tgrid和轉(zhuǎn)換其他程序生成的網(wǎng)格的Filters(Translators)。彎曲軟管內(nèi)的水流流動(dòng)模擬主要涉及到該

8、程序的前兩個(gè)部分。由于在GAMBIT中繪制螺旋彎管相當(dāng)困難，本試驗(yàn)是在AutoCAD中應(yīng)用特定程序繪制的1/4彎曲軟管模型，并導(dǎo)入到GAMBIT中的。一經(jīng)導(dǎo)入后，便在GAMBIT中對(duì)該模型進(jìn)行網(wǎng)格劃分和定義邊界類型。為FLUENT5/6輸出網(wǎng)格。啟動(dòng)FLUENT求解器，讀入網(wǎng)格文件。通過網(wǎng)格檢查、建立求解模型、設(shè)置標(biāo)準(zhǔn)湍流模型、流體的物理屬性、邊界條件、求解控制后，進(jìn)行求解計(jì)算。最后得到不同曲率半徑1/4彎曲軟管的模擬試驗(yàn)數(shù)據(jù)。

9、 在臺(tái)架試驗(yàn)中，根據(jù)試驗(yàn)裝置的流程圖，將水泵、玻璃轉(zhuǎn)子流量計(jì)、閥門、壓力表、鐵管等試驗(yàn)材料組裝成測(cè)定軟管阻力損失的試驗(yàn)裝置，完成實(shí)驗(yàn)臺(tái)的搭建。調(diào)解各閥門的開度，將流量計(jì)顯示的流量值控制在5m3/h，記下壓力表讀數(shù)，更換試驗(yàn)管段。得到曲率半徑分別為215mm，315mm，415mm，515mm的纏繞一周的彎曲軟管的阻力損失數(shù)值。 模擬試驗(yàn)數(shù)據(jù)和臺(tái)架試驗(yàn)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)對(duì)比分析后，兩種試驗(yàn)方法的數(shù)據(jù)基本上吻合，誤差均在2％以下，可用模擬試驗(yàn)