摘要: 本文系国家自然科学基金青年项目“地下滴灌多孔出流特性及均匀度数值模型研究”（编号：51709130）和中国博士后科学基金项目“地下滴灌均匀度计算方法及土壤水氮分布特征研究”（项目编号：2017M621653）的部分研究内容。 滴灌系统水力计算是工程设计... 展开 本文系国家自然科学基金青年项目“地下滴灌多孔出流特性及均匀度数值模型研究”（编号：51709130）和中国博士后科学基金项目“地下滴灌均匀度计算方法及土壤水氮分布特征研究”（项目编号：2017M621653）的部分研究内容。 滴灌系统水力计算是工程设计的基础，而准确计算滴灌带局部水头损失是水力计算的重要依据。本文以工程实践中常用的11种不同类型内镶贴片式滴灌带为研究对象，采取室内灌水试验、地埋静水压力试验结合量纲分析法、有限元法和CFD数值模拟等研究技术探讨了内镶贴片式滴灌带压力水头和壁厚对过水断面形状的影响机制，通过分析压力水头、壁厚、过水断面和滴头结构等因素对滴头局部水头损失的作用机理，查明了内镶贴片式滴灌带局部水头损失的影响因素，进而优化得到了地面滴灌与地下滴灌两种工况下的滴头局部水头损失计算公式，为完善《微灌工程技术规范》和丰富地下滴灌设计理论提供科学依据。主要研究内容有： （1）以市面上常见的6种不同壁厚的内镶贴片式滴灌带为研究对象，通过实测压力水头与滴灌带过水断面形状的关系，确定了内镶贴片式滴灌带具有独特的滴头结构。过水断面随压力的变化而变化，当工作压力大于形变压力阈值时，其过水断面形状可认为是圆形，滴灌带横向内径与纵向内径基本相等，当工作压力小于压力阈值时，过水断面形状为非圆形，毛管横向内径与纵向内径相差较大。滴灌带形变压力阈值与壁厚呈线性相关，滴灌带压力阈值随壁厚的增大而增大。滴灌带当量直径与壁厚和压力有关，当壁厚一定时，滴灌带当量直径随压力的增大而增大；当压力一定时，滴灌带当量直径随壁厚的增加而减小。可通过滴灌带内部工作压力计算滴灌带横向内径与纵向内径，进而得到滴灌带不同压力下的当量直径。 （2）基于前期对内镶贴片式滴灌带几何形变规律的研究，以3种不同壁厚的内镶贴片式滴灌带为研究对象，通过试验分析结合量纲分析法研究了内镶贴片式滴灌带局部水头损失。探明了滴灌带局部水头损失主要与滴头长度、滴头宽度、滴头高度、滴灌带过水断面几何形状、流速、水流运动粘性系数有关，滴头宽度对局部水头损失影响最小。基于量纲分析法得到了滴灌带局部水头损失结构关系式，结合实测数据确定了各因式的系数，并简化了局部水头损失计算模型。通过试验实测数据对模型进行了验证，局部水头损失模型与简化模型计算结果与实测结果均基本吻合，建议使用简化模型计算一般工况下内镶贴片式滴灌带局部水头损失。基于有限元法对局部水头计算模型进行了应用，滴灌带具有特殊的几何结构，在做内镶贴片式滴灌带的地面滴灌管网设计时，必须考虑滴头的几何特性和过水断面形状变化，否则将导致设计结果不准确。 （3）基于前期对地面内镶贴片式滴灌带局部水头损失的深入研究，以3种不同壁厚的内镶贴片式滴灌带为研究对象，通过试验研究确定了地埋滴灌带几何形变规律。地埋滴灌带的形变规律与地上存在差异，在相同压力和壁厚下，地埋滴灌带的过水断面形相比地面滴灌带状更扁平，当量直径更小，地埋滴灌带横向内径与纵向内径的比值与滴灌带壁厚、埋深成反比。可通过地埋滴灌带内部工作压力和埋深确定滴灌带当量直径。 （4）基于地面滴灌带动水压力试验数据，通过CFD数值模拟研究了地埋滴灌带局部水头损失规律，明确了地埋滴灌带局部水头损失的影响因素，除滴头长度、滴头宽度、滴头高度、滴灌带过水断面几何形状、滴灌带流速、水流运动粘性系数外，地埋深度对滴灌带局部水头损失影响也较大。当地埋滴灌带的工作压力和埋深确定时，可直接采用拟合公式计算地埋滴灌带局部水头损失。 收起