文丘里施肥器变量施肥调控装置设计与试验

发布时间：2020-05-21 18:52

【摘要】：水肥一体化具有施肥均匀、水肥利用率高以及能有效减轻土壤和环境的污染等优点,是农作物高产、高效和优质的一种重要技术手段。施肥装置是水肥一体化系统的重要组成部分之一,文丘里施肥器由于结构简单、经济实惠以及无需外部动力等优点被作为一种常用灌溉施肥装置在我国广泛应用;但是在实际应用过程中,文丘里施肥器还存在难以实现肥液浓度的自动连续可调以及在调节过程中装置损耗过大等问题。针对以上问题,设计了一种基于文丘里施肥器的变量施肥调控装置,实现肥液浓度的在线连续可调,其主要研究内容如下:(1)运用CFD数值模拟技术对文丘里施肥器的喉部的结构参数进一步的优化,通过对比结构参数对吸肥性能影响,确定了一组能满足低压灌溉系统的结构参数组合,并将其通过3D打印技术试制成样品,通过试验实测的方式对其进行了验证,试验结果表明该文丘里施肥器进口压力在0.05 MPa下,肥液浓度最大可达9.3%,能满足实际灌溉的需求。(2)在上述优化后的文丘里施肥器的基础上,在施肥器吸肥口处设计一种文丘里施肥器变量施肥调控装置,该装置主要是由针型阀、直流电机以及控制主板等组成,其中针型阀安装于吸肥管和吸肥口之间,通过直流电机控制针型阀的开度。通过试验验证了该装置能实现肥液浓度从0到最大的连续调节;为了有效地缩短装置的响应时间,直流电机转速采用变速调节,并通过试验验证了直流电机电压与转速呈现线性关系且R~20.99。(3)在文丘里施肥器变量施肥调控装置的硬件结构基础上,对其控制电路进行了设计,并采用模糊控制的方法实现了肥液浓度的在线调控,通过大量的试验验证了该装置可以实现肥液浓度的连续可调,且稳定后的肥液浓度差值最大为0.2%,装置的响应时间在5.3~8.4 s之间,均可以满足实际灌溉的需求,并对该装置进行了安全性试验验证,结果表明该装置安全性能达到100%。综上所述,通过对文丘里施肥器的结构参数进行优化,并基于优化后的文丘里施肥器上,设计了一种变量施肥调控装置,通过对其整机试验分析,实现肥液浓度的在线快速的连续可调,而且执行机构为直流电机控制针型阀进行开度控制,降低了施肥装置的损耗,在实际灌溉中,文丘里施肥器变量调控装置可以实现根据作物实际的需水需肥规律进行变量施肥,不仅可以补充文丘里施肥器进行变量施肥的理论与方法,有效解决其施肥浓度固定且受主管水压影响的问题,而且还拓宽了文丘施肥器的应用范围,为水肥灌溉精细管理开辟一条新途径,对精准农业和高效施肥具有重要理论价值和现实意义。
【图文】：

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图 1.1 文丘里施肥器实物图Figure 1.1 Physical picture of Venturi injector的 2 种重要影响因素，目前我国农业生入，造成水肥浪费，而且还会对农业水技术，按农作物的实际生理需求供给水质量。常见的灌溉施肥装置，其在我国的应用术问题：特定型号的施肥器其施肥浓度主管上的施肥节制阀手动调节，但施肥定结构的文丘里施肥器的施肥浓度与其器的进出口压差是其实现变量施肥的一

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口角度与喉管长径比 2 个参数，在一系列不同进口压力下，采用 CFD 数2 个参数对文丘里施肥器吸肥性能的影响，同时通过双因素分析法分析 2确定其结构参数，并将其试制样品，为变量调控装置的设计做基础。丘里施肥器文丘里施肥器的工作原理知，其喉部结构对吸肥性能有较大的影响。喉部管和吸肥口 2 部分，吸肥口角度（吸肥口轴心线与施肥器出口轴心线之间径比是其 2 个主要结构参数。为分析这 2 个喉部结构参数对文丘里施肥，综合前人研究基础，，采用图 2.2 所示的文丘里施肥器作为试验对象：管长度的中点相交，A= a1=6 mm，B=C=10 mm，a=b=25 mm，λ=0.25，α=25度 γ 分别取值 75°、90°、105°、120°和 135°，喉管长径比 θ 分别取值 1. γ 与 θ 共有 15 种结构参数组合方案。其中，无量纲 λ 表示喉管直径 a1与，无量纲 θ 表示喉管长度 D 与喉管直径 a1的比值，α 为收缩段的收缩角散角，b 为出口直径，B、C 分别为进口直管段与出口直管段长度。
【学位授予单位】：昆明理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：S224.2

【参考文献】