[发明专利]文丘里施肥器的结构优化方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种节水灌溉设备的结构优化方法，特别是关于一种文丘里施肥器的结构优化方法。

背景技术

微灌的灌溉水利用系数可达90％以上，因此“九五”以来微灌技术在我国得到了普及推广，截止2009年全国微灌面积已达1800万亩，为落实2011年中央一号文件和中央水利工作会议精神，全国规划发展节水灌溉工程面积约1.95亿亩，其中微灌4816万亩，在全国范围内大力发展节水灌溉的新一轮热潮已经兴起。现代微灌技术可实现灌溉与施肥的一体化作业，因此需要在灌溉系统的压力管道内注入肥料，常用的注肥装置有压差式施肥罐、文丘里施肥器和水动注肥泵等。文丘里施肥器因结构简单、无运动部件、操作方便等特点，在日光温室、拱形温室等小规模微灌系统中得到广泛应用。但文丘里施肥器吸肥过程中存在过流水头损失大、临界工作压差高、吸肥流量易随工作压力而波动等缺点，导致文丘里施肥器的吸肥性能较低。文丘里施肥器利用文丘里管原理，随着收缩段管径的逐渐变小，其工作流体的速度逐渐增加、而压力逐渐减少，直至在最小断面即喉部附近出现负压，在压力差作用下，通过与喉部连接的吸肥软管将提前配好的肥液吸入，并与工作流体混合后进入扩散段以及下游压力管道。可见，文丘里施肥器的主要结构是文丘里管形状，但影响吸肥性能的主要因素是文丘里施肥器的结构参数，包括收缩段收缩角、最小收缩管径、扩散段扩散角、最小扩散管径、喉部直径、喉部长度、工作水进口段直径、吸肥液进口段直径、混合液出口段直径等。

文丘里施肥器的传统设计方法是基于一维流体力学连续性方程、能量方程，建立了工作水临界流量(刚开始吸肥时工况)、最大流量(喉部出现空化工况)时的解析计算公式，但忽略了水头损失，计算值明显偏大于实测值；或对于某种特定结构型号的文丘里施肥器，建立了工作水和吸肥流量与进出口压力或压力差之间的回归模型。传统设计方法或建立的公式计算精度较低或适用性较差。因此文丘里施肥器设计时结构参数的确定较随意，缺乏科学、准确的计算模型来指导，其结果必定是：对于某种吸肥性能要求的文丘里施肥器可能有很多个不同的设计方案，对于不同的设计者尤其是初始设计者，要确定一个最佳方案是很困难的，往往必须做大量的模型对比试验，对各种设计方案进行筛选，导致产品开发周期长，成本高，而产品工作性能不一定保证能达到优化。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的是提供一种能够缩短开发周期，减少研发经费，并且在确保文丘里施肥器具备吸肥能力的基础上，显著提高吸肥性能的文丘里施肥器结构优化方法。

为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：一种文丘里施肥器的结构优化方法，其包括以下步骤：1)选择作为模型施肥器的文丘里施肥器，根据该文丘里施肥器的十个结构参数：工作水进口直径D₁、吸肥液进口直径D₀、混合液出口直径D₂、收缩段最小直径D_t1、扩散段最小直径D_t2、收缩段长度L₁、扩散段长度L₂、收缩段角度α、扩散段角度β和喉部长度L₀，对该文丘里施肥器运用计算流体动力学技术进行数值模拟建模仿真；2)工作水进口直径D₁、吸肥液进口直径D₀和混合液出口直径D₂由与该文丘里施肥器连接的管口直径确定；因此，需要优化的结构参数为：收缩段最小直径D_t1、扩散段最小直径D_t2、收缩段长度L₁、扩散段长度L₂、收缩段角度α、扩散段角度β和喉部长度L₀；根据传统的文丘里施肥器结构优化方法确定上述七个结构参数的范围为：D_t1/D₁＝0.16～0.4，D_t2/D₂＝0.18～0.4，D_t2/D_t1＝1.0～1.4，α＝10°～16°，β＝4°～8°，L₀/D_t1＝0.6～1.4，D₀/L₀＝1～3；3)以文丘里施肥器的最大吸肥效率作为考核该文丘里施肥器吸肥性能的评价指标；文丘里施肥器吸肥效率η的表达式为：

η＝M×N×100％                    (1)