水源含沙量对喷头磨损和喷灌系统灌水质量的影响研究

我国中西部地区喷灌水源含沙量大，容易造成喷灌设备磨损，并引起喷灌系统灌水质量的下降。因此水源含沙量是决定喷灌工程投资和灌水质量的关键因素之一。项目以喷灌系统的常用喷头为对象，进行不同水源含沙量条件下的喷头磨损试验，揭示含沙量大小和磨损时间对不同类型、规格与材质喷头磨损量的影响规律，分析喷头磨损后的水力性能和喷灌系统灌水质量的变化特点，建立在一定含沙量条件下喷头水力性能和工作寿命预估模型、喷灌系统灌水质量和运行能耗的预测模型以及考虑喷头流量变化时管网水力设计改进模型。在对喷灌设备更新费用和含沙水处理费用的比较调查基础上，通过技术经济分析，提出满足费用最少条件下的喷灌水源含沙量允许值，为科学指导喷灌工程规划设计、制定与完善喷灌工程技术规范提供技术依据。

我国中西部地区喷灌水源含沙量大，容易造成喷灌设备磨损，并引起喷灌系统灌水质量的下降。因此水源含沙量是决定喷灌工程投资和灌水质量的关键因素之一。 本项目主要研究有三大方面：（一）典型喷头的磨损试验与水力性能试验：选择9718型、PY120sh型、5035-1型和8034D四种摇臂式喷头进行了磨损试验和水力性能试验，并选择8034D型喷头进行了的主喷嘴磨损试验和水力性能试验，试验发现，同种喷头在相同工作压力下，其喷嘴直径增加量与喷头磨损试验时间和水源含沙量成正比，喷头流量随着喷头磨损时间的延长而具有增加的趋势。同种喷头在相应工作压力下，喷头流量与磨损时间和水源含沙量成正比，建立喷头流量变化率与时间关系的回归模型，得到喷头流量变化预测模型和不同水源含沙量下的喷头工作寿命预测值。另外，还重点对8034D喷头开展了喷嘴磨损试验。发现喷嘴质量和磨损率均随着磨损时间的增加而呈减小趋势。（二）喷头磨损数值模拟：采用Fluent软件对PY120sh摇臂式喷头全流道内部表面的冲蚀磨损进行数值模拟，发现喷头磨损主要集中在主喷嘴部分，而副喷嘴的磨损较小，磨损呈条带状分布。同时本项目还开发了基于磨损侵蚀的网格重构计算程序，并数值模拟了8034D主喷嘴的冲蚀磨损，发现喷嘴质量损失、壁面边界点平均位移与磨损时间呈现较好线性关系。（三）喷灌系统灌水质量模拟技术研究：基于水滴运动蒸发模型，重点考虑有效考虑风速风向和空气温湿度等环境参数的影响，研究开发了一套在不同风速风向、空气温湿度等环境条件下的喷灌水量分布模拟软件，并进行了单喷头水量分布和田间多喷头组合喷灌水量分布的试验验证，表明模拟预测精度较高。本研究结果可为科学指导喷灌工程规划设计、制定与完善喷灌工程技术规范提供技术依据。