滴灌滴头迷宫流道结构参数及其三维特性响应规律的研究

With economical efficiency and good flow index, labyrinth flow path of drip emitter was applied by all kinds of drip irrigations, but the working theory in the micro labyrinth channel is intricate. At present, it is not clear about the relationship between geometrical parameter and flow rate, flow index and anti-clogging performance, especially in the relationship between geometrical parameter and anti-clogging performance. To study the influence on the hydraulic and anti-clogging performance by the geometrical parameters of labyrinth flow path is the objective of this project. This project uses three-dimensional PIV system to observe and analyze the movement of the trajectories, velocities and acceleration of solid particles in labyrinth flow path when some conditions are changed such as geometrical parameters, diameter, density and concentration of solid particles, working pressure, irrigation institution, and uses the numerical simulation of the computational fluid dynamics (CFD) to analyze influence on the flow situation, flow rate, flow index, concentration distribution of solid particles and movement trajectories by the geometrical parameters of labyrinth flow path of drip emitter, and makes sample to test the flow rate, flow index and anti-clogging performance, and study the relationship between the geometrical parameters and the flow rate, flow index and anti-clogging performance, builds and checks the prediction model. To provide the theory evidence of the geometrical design of drip emitter and decreasing cost, shortening studying and making period.

迷宫流道灌水器因其较强的经济性和较好的流态指数而被广泛的应用到各种滴灌工程。但其流道尺寸小，影响因素多，工作原理复杂，目前就结构参数与流量、流态指数和抗堵塞性能之间的关系尤其是抗堵塞性能等问题还缺乏深入的认识和了解。本项目以研究迷宫流道结构参数对水力性能和抗堵塞性能及相互影响为目标，利用三维PIV观测，分析颗粒直径、比重、浓度等粒子属性，工作压力、灌溉制度等外部条件以及结构参数的变化对固体颗粒运动的轨迹线、速度和加速度等的影响；结合计算流体力学理论（CFD），分析结构参数变化对水流流动状态、出流量及流态指数，沙粒浓度分布、运动轨等的影响；结合灌水器样品的流量、流态指数和抗堵塞性能测试结果，探讨灌水器结构参数与流量、流态指数和抗堵塞性能之间的关系，初步建立并验证其定量预测模型。为迷宫流道灌水器结构设计提供理论依据，降低研发成本，缩短研发周期，促进我国节水事业的发展。

迷宫流道灌水器因其较强的经济性和较好的流态指数而被广泛的应用到各种滴灌工程。但目前就结构参数与流量、流态指数和抗堵塞性能之间的关系尤其是抗堵塞性能等问题还缺乏深入的认识和了解。本项目采用PIV和CFD-DEM设备，使用三维手段，分析颗粒直径、比重、浓度等粒子属性，工作压力、灌溉制度等外部条件以及结构参数的变化对固体颗粒运动的轨迹线、速度和加速度等的影响，通过室内试验测试验证,研究迷宫流道结构参数与水力特性及抗堵塞性能，通过分析迷宫流道内水流运动规律、固体颗粒运动规律和分布，观测和总结固体颗粒在迷宫流道中运动、分布规律、通过率以及对灌水器堵塞情况，结合CFD-DEM与PIV研究结果，确定影响灌水器性能的关键参数，建立模型，并提出一种具有优良的水力性能及较强抗堵塞能力的灌水器设计方法，从滴灌系统整体出发，综合解决滴灌滴头前后管理和控制的问题。.本项目期间主要取得以下主要成果：(1)确定结构参数与流量、流态指数以及抗堵塞性能的相关关系，建立模型，揭示结构参数变化对颗粒位置分布、浓度的影响；（2）从颗粒运动规律、典型颗粒运动轨迹及颗粒群统计特性等角度揭示固体颗粒泥沙在迷宫流道滴头内的运动分布，揭示泥沙颗粒堵塞滴头的机理；（3）为提高颗粒通过率，降低流道内存留时间，减少被堵塞机率对流道进行优化，提出滴头新的抗堵塞设计方法。（4）揭示流道内固体颗粒的絮凝原因，探索强化水流紊动，使泥沙颗粒物运动方向发生剧烈变化，破坏原有的涡旋结构的原因，为减缓滴头堵塞，提高滴管系统的均匀度。（5）从滴头堵塞造成的源头出发，通过滴灌专用过滤器的研究，控制水源中大固体颗粒，通过灌前的冲洗建立正确冲洗管理制度，减少滴灌系统堵塞。.受项目支撑，发表论文11篇，其中SCI期刊收录2篇、在审2篇；EI期刊收录9篇，在审2篇。获批国家发明专利5项，农业节水科技奖二等奖1项（本人排名第一）。培养硕士生研究生4名，其中在读2名，已毕业2名。