CN107297286B

CN107297286B - 多孔等流灌水管

Info

Publication number: CN107297286B
Application number: CN201710616991.XA
Authority: CN
Inventors: 缴锡云; 郭维华; 张营; 刘凯华
Original assignee: Hohai University HHU
Current assignee: Hohai University HHU
Priority date: 2017-07-26
Filing date: 2017-07-26
Publication date: 2020-05-22
Anticipated expiration: 2037-07-26
Also published as: CN107297286A

Abstract

本发明公开了一种多孔等流灌水管，由进水口、管身、出流孔和堵头组成。出流孔沿管道长度方向分布，通过调整装置管身上各出流孔孔径的分布或者各出流孔间孔距的分布，可克服由于压力逐渐降低产生的单位管长上出水流量逐渐降低的问题，达到单位管长上出水量均匀的目的。本发明投资成本小、对水质要求低、节约能源、易操作、实用性强，更易推广应用。

Description

多孔等流灌水管

技术领域

本发明涉及一种多孔等流灌水管，属于农业灌溉技术领域。

背景技术

地面明渠灌溉需占用大量耕地修建田间土渠，浪费了大量的土地资源，同时其可操作性差，灌水均匀度不高；而加压喷灌、滴灌技术投入与运作投资成本高，能耗大，对水质要求高。依据当前国情，在现有的经济技术水平下，我国需大力研发具有灌水均匀度高、简便易操作、低能耗、低投入等优势的新型灌溉设备。

现有的多孔灌溉装置，由于其内部水流压力逐渐降低，存在单位管长上出水流量逐渐降低的问题。

发明内容

发明目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种多孔等流灌水管，满足单位管长上出水流量均等的要求，提高了灌水均匀度。

技术方案：为解决上述技术问题，本发明提供的多孔等流灌水管，是在管身上开设出流孔，管身的两端分别设进水口和堵头，所述出流孔的孔径与孔距满足

式中：r _i为沿水流方向第i处孔口的断面半径； l _i为沿水流方向第i处孔口与上一孔口的间距；μ为孔口流量系数；P ₀为管端进水口处的动水压强；α为动能校正系数；V ₀为管端进水口处的液体流速；D为多孔管内径；f、m、b是管材水头损失计算系数；Q为管内流量； q为单位管长上的出流量q；ξ为小圆形孔口的阻力系数。

式中，所述孔口流量系数μ取0.59～0.62，所述小圆形孔口的阻力系数ξ取0.06。所述动能校正系数α取1.05～1.10，也可以近似取1.0。

使用时，可以将孔距l _i固定，孔径r _i沿水流方向变化。在保证出水流量合理的情况下，计算装置管身上各出流孔孔径沿水流方向由小到大的分布规律。也可以将孔径r _i固定，孔距沿水流方向变化。在保证出水流量合理的情况下，计算装置管身上出流孔间孔距沿水流方向由大到小的分布规律。

在孔径或出水孔密度方面逐渐增大，可克服由于压力逐渐降低产生的单位管长上出水流量逐渐减小的问题，达到单位管长上出水均匀的目的。进水口处可连接水泵提供初始压力和流量，通过管身上各出流孔孔径的分布或者各出流孔间孔距的特定分布，达到单位管长上出水流量均等的效果。

有益效果：本发明通过采用特别设计的出流孔的孔径和孔距，保证在管内水流沿程分流过程中，压力、流量减小的情况下，单位管长上的出水流量一致。这种多孔等流灌水管投资成本小、对水质要求低、节约能源、易操作、实用性强，更易推广应用。

除以上所述的本发明解决的技术问题、构成技术方案的技术特征以及由这些技术方案的技术特征所带来的优点外，为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明所能解决的其他技术问题、技术方案中包含的其他技术特征以及这些技术特征带来的优点做更为清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在其基础上未经创造性劳动所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

附图说明

图1是本发明实施例的结构示意图；

图2是图1的水力计算示意图；

图3是多孔管道孔径分布设计曲线；

图4为多孔管道压力沿程分布设计曲线；

图5为多孔管道出水孔孔口流量设计值。

具体实施方式

如图1所示，本实施例的装置由进水口1、管身2、出流孔3、堵头4等组成。进水口1处可连接水泵提供初始压力和流量，管身2长度可随地块进行调整，沿程坡降为0。装置通过管身2上各出流孔3孔径r沿水流方向由小到大的分布调整单位管长上的出水流量均等；装置通过出流孔3间孔距l沿水流方向由大到小的分布调整单位管长上的出水流量均等。

如图2所示，根据实际液体恒定总流能量方程：

(1-1)

式中： ρ为液体密度；α为动能校正系数一般取1.05～1.10，有时近似取1.0；Z ₀为管端进水口的位置水头；P ₀为管端进水口处的动水压强；V ₀为管端进水口处的液体流速；Z _i为第i处孔口出水口处的位置水头；P _i为第i处孔口出水口处的动水压强；v _i为第i处出流孔收缩断面的出水流速；h _w为管端进水口到第i个孔口出水口处的水头损失。

上式中水头损失包括沿程水头损失和局部水头损失。其中沿程水头损失计算采用下式计算：

(1-2)

式中：H _f为管道沿程水头损失，m； f、m、b是与管材有关的水头损失计算系数；D为多孔管内径，mm； L为管道长度，m；Q为管内流量，m³/h。

局部水头损失计算采用下式计算：

(1-3)

式中：h _j为局部水头损失，m；ξ为局部阻力系数；v为出流孔出水的流速，m/s；g为重力加速度，9.81m/s²。

联立式1-1、1-2、1-3得如下关系式：

(1-4)

式中：μ为孔口流量系数，一般取0.59～0.62，r ₁为沿水流方向第1处孔口的断面半径。

式1-4为关于r ₁和l ₁的方程，可根据计算得出合理的r ₁和l ₁的关系表达式，根据已有关系式继续递推计算r _i和l _i的关系式，如下：

(1-5)

式中： r _i为沿水流方向第i处孔口的断面半径；ξ为小圆形孔口的阻力系数取为0.06。

当孔距固定的情况下，式1-5根式括号中的值随出流孔距出流端口距离的增加而减小，出流孔孔口断面半径随之增大，或者当圆孔半径固定的情况下，出流孔孔距随之减小。

若多孔管材质、管径、初始压力等设计参数确定的情况下，单位管长上的出流量q可以根据流量需求确定，在孔距一定时，孔径沿水流方向变化的多孔等流灌水管的孔径可由式1-4、式1-5求得，从而可得r _i值，确定多孔等流管孔径大小分布，分布曲线见图3，最终制定孔径r分布合理的灌水器。

在与说明所述设计参数相同的情况下，在孔径一定时，孔距沿水流方向变化的多孔等流管的孔间距同样可由式1-4、式1-5求得，从而可得l _i值，确定多孔等流管的孔距分布，最终制定孔距l分布合理的灌水器。

根据满足流量需求的孔径或孔距分布，确定沿程压力分布曲线、出水孔孔口流量曲线，大体见图4、图5。

在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

以上所述仅为本发明的优选实施方式而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化，在本发明的原理和技术思想的范围内，对这些实施方式进行多种变化、修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种多孔等流灌水管，是在管身上开设出流孔，管身的两端分别设进水口和堵头，其特征在于：所述等流灌水管的孔径和孔距考虑沿程水头损失和局部水头损失的影响进行计算；

实际液体恒定总流能量满足下式：

式中：ρ为液体密度；α为动能校正系数；Z₀为管端进水口的位置水头；P₀为管端进水口处的动水压强；V₀为管端进水口处的液体流速；Z_i为第i处出流孔处的位置水头；P_i为第i处出流孔处的动水压强；v_i为第i处出流孔收缩断面的出水流速；h_w为管端进水口到第i处出流孔处的水头损失，上式中水头损失包括沿程水头损失和局部水头损失；

其中沿程水头损失计算采用下式计算：

式中：H_f为管道沿程水头损失，m；f、m、b是与管材有关的水头损失计算系数；D为多孔管内径，mm；L为管道长度，m；Q为管内流量，m³/h；

局部水头损失计算采用下式计算：

式中：h_j为局部水头损失，m；ξ为局部阻力系数；v为出流孔出水的流速，m/s；g为重力加速度，9.81m/s²；

联立上述等式得出沿水流方向第1处出流孔的孔径r₁与管端进水口和第1处出流孔的孔距l₁的关系：

式中：μ为孔口流量系数；

继续递推计算r_i和l_i的关系式，所述出流孔的孔径与孔距满足

式中：r_i为沿水流方向第i处出流孔的孔径；l_i为孔距，是沿水流方向第i处出流孔与上一出流孔的间距；μ为孔口流量系数；P₀为管端进水口处的动水压强；α为动能校正系数；V₀为管端进水口处的液体流速；D为多孔管内径；f、m、b是管材水头损失计算系数；Q为管内流量；q为单位管长上的出流量；ξ为小圆形孔口的阻力系数；

所述孔距固定，孔径沿水流方向变化，在保证出水流量合理的情况下，计算管身上各出流孔孔径沿水流方向由小到大的分布规律，制定孔径分布合理的灌水器；

或者，所述孔径固定，孔距沿水流方向变化，在保证出水流量合理的情况下，计算管身上出流孔间孔距沿水流方向由大到小的分布规律，制定孔距分布合理的灌水器；

在孔径或出流孔密度方面逐渐增大，可克服由于压力逐渐降低产生的单位管长上出水流量逐渐减小的问题，达到单位管长上出水均匀的目的，进水口处可连接水泵提供初始压力和流量，通过设计出流孔的孔径和孔距，保证在管内水流沿程分流过程中，压力、流量减小的情况下，单位管长上的出水流量一致。

2.根据权利要求1所述的多孔等流灌水管，其特征在于：所述孔口流量系数μ取0.59～0.62。

3.根据权利要求1所述的多孔等流灌水管，其特征在于：所述小圆形孔口的阻力系数ξ取0.06。

4.根据权利要求1所述的多孔等流灌水管，其特征在于：所述动能校正系数α取1.05～1.10。

5.根据权利要求1所述的多孔等流灌水管，其特征在于：所述动能校正系数α近似取1.0。

6.根据权利要求1所述的多孔等流灌水管，其特征在于：所述管身长度随地块进行调整，管身沿程坡降为0，出流孔的孔径或孔距根据流量需求进行调整。