试析卷盘式移动节水喷灌机软管最佳弯曲参数的试验研究

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1、吉林农业大学硕士学位论文卷盘式移动节水喷灌机软管最佳弯曲参数的试验研究姓名：张敏申请学位级别：硕士专业：农业机械化工程指导教师：王和平20050601吉林农业大学硕士学位论文卷盘式移动节水喷灌机软管晟佳弯曲参数的试验研究摘要节水灌溉是农业现代化的重要组成部分，发展节水灌溉、提高水利用率是实现现代化的必由之路。当前我国的情况是：一方面水资源严重不足，另一方面农业灌溉水的利用率很低，浪费十分严重。我国农业灌溉长期沿用原始的灌溉方法，因此节水空问很大。节水灌溉是根据作物需水规律及当地供水条件，为了有效的利

2、用降水和灌溉水，获取农业的最佳经济效益、社会效益、生态环境效益而采取的多种措施的总称。灌溉水从水源到田间要经过几个环节，每个环节都存在水量无益损耗。凡是在这些环节中能够减少水量损失、提高灌溉水使用效率和经济效益的各种措施，均属于节水灌溉的范畴。节水灌溉的措施主要有以下几种：(1)合理地开发和利用水资源．(2)降低渠道水量损失(3)采用节水型灌水方法和技术．(4)农艺节水技术即从农作物本身寻求节水方法．(5)提高用水管理水平．喷灌技术是节水型灌水方法之一，是利用专门的设备把水加压，或利用水的自然落差将

3、有压水送到灌溉地段，通过喷洒器喷射到空中形成水滴，像下雨一样喷洒到作物上和田间的灌水方法。喷灌不仅可以满足园林绿地和运动场草坪的养护需要，而且也为人们的生活环境增添了一道靓丽的景观。这种方法具有省水、增产、省工、省地、保土、保肥、适应性强和可综合利用等优点。喷灌技术中常用的喷灌设备有电动圆形喷灌机，电动平移式喷灌机，滚移式喷灌机，卷盘式喷灌机。本文主要针对卷盘式喷灌机的研制。卷盘式喷灌机是70年代初期在移管式喷灌系统基础上发展起来的，是一种结构紧凑、移动方便、操作人员少和能自动行走进行喷洒作业的喷灌

4、机具。卷盘式喷灌机由喷头车、软管、水力驱动机和卷盘车等部分组成。进行喷灌作业时，软管被拉铺在被灌地面上，利用喷灌压力水驱动卷盘转动缠绕软管，牵引喷头缓慢移向卷盘并进行喷洒作业。其中软管为特制的中密度聚乙烯黑色半软管，具有耐高压、耐拖拉、耐弯曲等特点。这种喷灌机的使用寿命可迭10年以上，操作简便，可自动化运行，只需1．2人管理。可昼夜工作，每天只需移动一两次，安装一次只需20多分钟。每台喷灌机可控制3-50hm2土地。可适应不同地区、作物、土壤和水源。被灌地面不需任何工程设施，也不受田间树木、电杆等障

5、碍的影响，只要有水源，接上压力水就可进行移动喷灌，灌完即可将整机入库保管。基于这些优点，进一步说明研制卷盘式喷灌机的必要性。吉林农业大学硕士学位论文卷盘式移动节水喷灌机软管最佳弯曲参数的试验研究研制卷盘式喷灌机的第一步就是输水系统中巷盘轴径尺寸的选取，尺寸选取主要以缠绕在卷盘上的软管的阻力损失小且变化平稳为依据。通过对流体运动学中流体的分类、管内流动状态等一些基本知识的了解，可知，在本试验给定的参数条件下，软管内的流体即水的流动为粘挫、不可压缩的湍流流动。软管的阻力损失主要是沿程阻力损失和局部阻力损

6、失两种。造成沿程阻力损失的原因主要是沿流动路程上，各流体层之间的内摩擦而产生的流动阻力。而局部阻力损失主要是由于软管弯曲，当水流经过时，流动方向受到约束，在流动路程上，产生涡流及二次流，水流不能充分发展，主流能量损耗造成的。为了确定最佳的软管弯曲曲率半径，有必要对软管的阻力损失进_45-试验研究。本文是采用计算机软件仿真模拟和台架试验相结合的方法达到最终试验目的的。模拟试验中，使用FLUENT流体运动仿真软件对弯曲软管内的水流运动进行模拟分析。FLUENT是用于计算流体和传热问题的程序。该程序由5个

7、部分组成，分别为用于建立几何结构和网格生成的GAMBIT，用于进行流动模拟计算的求解器FLUENT，用于模拟PDF燃烧过程的prePDF，用于从现有的边界网格生成体网格的Tgfid和转换其他程序生成的网格的Filters(Translators)。弯曲软管内的水流流动模拟主要涉及到该程序的前两个部分。由于在GAMBIT申绘制螺旋弯管相当困难，本试验是在AutoCAD中应用特定程序绘制的1／4弯曲软管模型，并导入到GAMBIT中的。一经导入后，便在GAMBIT申对该模型进行网格划分和定义边界类型。为F

8、LUENT5／6输出网格。启动FLUENT求解器，读入网格文件。通过网格检查、建立求解模型、设置标准湍流模型、流体的物理属性、边界条件、求解控制后，进行求解计算。最后得到不同曲率半径l，4弯曲软管的模拟试验数据。在台架试验中，根据试验装置的流程图，将水泵、玻璃转子流量计、阀门、压力表、铁管等试验材料组装成测定软管阻力损失的试验装置，完成实验台的搭建。调解各阀门的开度，将流量计显示的流量值控制在5m3／h，记下压力表读数，更换试验管段。得到曲率半径分别为215mm，31