CN111366200A - 文丘里加气装置的工作参数计算方法及灌溉匹配方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种文丘里加气装置的工作参数计算方法及灌溉匹配方法，其中工作参数计算方法包括选取数据集中未遍历的进口压力，并采集进口压力下文丘里加气装置不吸气时，测试平台对应的出口压力、工作流量和多个气体流量；判断数据集中的进口压力是否都已遍历，若是，进入下一步，否则返回上一步；根据出口压力，构建文丘里加气装置的压力回归曲线，基于压力回归曲线和滴灌带工作压力确定文丘里加气装置的工作压力；根据工作流量，构建文丘里加气装置的流量回归曲线，并基于流量回归曲线和文丘里加气装置工作压力确定文丘里加气装置的工作流量；根据所有进口压力下的气体流量，采用加权平均得到文丘里加气装置在每个进口压力下的平均吸气量。

Description

文丘里加气装置的工作参数计算方法及灌溉匹配方法

技术领域

本发明涉及灌溉领域，具体涉及一种文丘里加气装置的工作参数计算方法及灌溉匹配方法。

背景技术

为了满足作物的正常生长，土壤中需保证有充足的氧气来满足作物根部的呼吸作用，保证植物根部矿物质的运移、养分和水分的吸收所需的能量；通过提高植物根系层土壤灌溉水中的氧气含量，可以使作物生长效果显著、增产明显；并且还减少了作物病虫害的发生，提高作物的产量和品质。

为了提高土壤中的含氧量，实用新型专利(201120493654.4)提供了一种地下滴灌灌溉微纳米气装置，其用于灌溉时可以提高溶氧量与加气效果，但是由于该装置需要外加动力、价格昂贵，使得目前未能得到推广，存在很大局限性。

基于文丘里原理，研究发现文丘里管除了可以实现输送液体、粉尘颗粒外，其也可以在无需动力情况下向滴灌带中输入气体；但由于目前文丘里管主要作为液体输送或粉尘颗粒输送部件，对其标注的一些工作参数也是基于液体而言的。

当文丘里管作为输入液体时的加气装置时，其传输的不再是单一介质，其需要将液体和气体进行混合，若是基于目前文丘里管输送液体时的工作参数进行文丘里的选择，其及有可能不能与水压、滴灌系统的工作压力进行匹配，使得其在滴灌带作为加气装置应用时不仅达不到混气效果，反而会影响液体的正常输送，压力不匹配，还可能影响滴灌带的使用寿命，甚至出现爆管的可能。

发明内容

针对现有技术中的上述不足，本发明提供的文丘里加气装置的工作参数计算方法及灌溉匹配方法确定的文丘里加气装置的工作参数，可以辅助生产者快速选取出匹配其滴灌系统使用的文丘里加气装置。

为了达到上述发明目的，本发明采用的技术方案为：

第一方面，提供一种文丘里加气装置的工作参数计算方法，其包括：

S1、将文丘里加气装置安装至测试平台，并获取存储有文丘里加气装置的多个进口压力的数据集；

S2、选取数据集中未遍历的进口压力，并采集当前进口压力下文丘里加气装置不吸气时，测试平台对应的出口压力、工作流量和多个气体流量；

S3、判断数据集中的进口压力是否都已遍历，若是，进入步骤S4，否则返回步骤S2；

S4、根据采集的所有出口压力，构建文丘里加气装置的压力回归曲线，并将位于滴灌带工作压力范围的曲线段对应的压力范围作为文丘里加气装置的工作压力；

S5、根据所有进口压力对应的工作流量，构建文丘里加气装置的流量回归曲线，并将位于文丘里加气装置工作压力范围的曲线段对应的流量范围作为文丘里加气装置的工作流量；

S6、根据所有进口压力下的气体流量，采用加权平均得到文丘里加气装置在每个进口压力下的平均吸气量。

第二方面，提供一种文丘里加气装置应用于滴灌系统的匹配方法，其包括：

采用文丘里加气装置的工作参数计算方法计算多种型号的文丘里加气装置的工作流量及多个进口压力下的平均吸气量；

根据灌溉系统中灌溉支管的工作压力，在所有型号文丘里加气装置中选取出在进口压力等于支管工作压力时，平均吸气量最大的文丘里加气装置；

根据选取的文丘里加气装置的工作流量Q和单条滴灌带的流量q₁，计算每个文丘里加气装置控制的滴灌带数量m＝Q/q₁；

根据灌溉系统的滴灌带总条数M和每个文丘里加气装置控制的滴灌带数量m，确定灌溉系统中需要文丘里加气装置的数量n＝M/m。

本发明的有益效果为：本方案提供的工作参数计算方法通过测试平台模拟滴灌带，使文丘里加气装置在不同进口压力下均能正常吸气的情况下，再结合滴灌支管的工作压力得到文丘里加气装置的工作流量及不同进口压力时的平均吸气量。

通过本方案的方法，生产者可以快速地测得其生产的不同型号的文丘里管作为混气的加气装置时的工作参数(工作压力、工作流量和平均吸气量)，在生产时其可以对文丘里管作为输液部件及加气装置时的工作参数进行同时标注，以便于其生产的文丘里管作为加气装置的推广。

基于文丘里加气装置的工作参数，使用者根据其使用的滴灌系统的工作压力能够快速地确定可以应用于其滴灌时具有最好溶氧量的文丘里加气装置，以此保证气体养分通过管道高效地运输到作物根部，提高作物产量和品质。

使用者基于工作参数中的工作流量、单条滴灌带的流量和滴灌带总条数而快速确定其滴灌系统需要购买多少个文丘里加气装置，从而减少文丘里加气装置成本费及安装成本，同时可有效降低灌溉加气工程投资高且难以推广的难题。

附图说明

图1为文丘里加气装置的工作参数计算方法的流程图。

图2为安装有文丘里加气装置的测试平台。

图3为文丘里加气装置的工作压力确定示意图。

图4为文丘里加气装置的工作流量确定示意图。

图5为文丘里加气装置应用于滴灌系统的匹配方法的流程图。

图6为滴灌系统的结构简图。

具体实施方式

下面对本发明的具体实施方式进行描述，以便于本技术领域的技术人员理解本发明，但应该清楚，本发明不限于具体实施方式的范围，对本技术领域的普通技术人员来讲，只要各种变化在所附的权利要求限定和确定的本发明的精神和范围内，这些变化是显而易见的，一切利用本发明构思的发明创造均在保护之列。

参考图1，图1示出的文丘里加气装置的工作参数计算方法的流程图；如图1所示，该方法包括步骤S1至步骤S6。

在步骤S1中，将文丘里加气装置安装至测试平台，并获取存储有文丘里加气装置的多个进口压力的数据集；优选数据集中存储有0.10、0.15、0.20、0.25、0.30MPa 5个进口压力。

如图2所示，本方案的测试平台包括水箱1和离心泵2；离心泵2的进口端与水箱1连接，其出口端连接有将液体送回至水箱1的输水管；输水管上依次安装有进水阀4、液体流量计5、进水压力表6、文丘里加气装置8、出水压力表9和出水阀10；

文丘里加气装置8的加气管31上安装有气体流量计7，离心泵2的出口端与进水阀4之间的输水管上连接有将液体送回水箱1的回水管，回水管上安装有回水阀3；出口压力、工作流量和气体流量分别由出水压力表9、液体流量计5和气体流量计7采集。

其中的液体流量计7采用涡轮流量计，离心泵2为多级离心泵；将文丘里加气装置8安装于上述测试平台上后，回水管上安装有回水阀3配合进水阀4可以实现对文丘里加气装置8的进口压力的调整，在进口压力稳定的情况下，通过出水阀10可以对文丘里加气装置8的出口压力进行调整。

另外本方案回水管和输水管能够将液体输送回水箱1，这样在反复测试时，水箱1中的水能够循环使用，从而降低了文丘里加气装置8工作参数获取过程的测试成本。

在步骤S2中，选取数据集中未遍历的进口压力，并采集当前进口压力下文丘里加气装置不吸气时，测试平台对应的出口压力、工作流量和多个气体流量；

在本发明的一个实施例中，步骤S2进一步包括：

S21、选取数据集中未遍历的进口压力，调节文丘里加气装置前端的进水阀，并使文丘里加气装置前端的进口压力等于选取的进口压力；

S22、在进口压力保持恒定时，按照设定梯度调节文丘里加气装置后端的出水阀，直至文丘里加气装置不再吸气，并记录当前的出口压力；

在步骤S21中的进口压力的调整，主要是通过回水阀3和进水阀4的相互配合实现；步骤S22中出口压力是在进口压力稳定后，通过调节出水阀10实现。

S23、控制测试平台在文丘里加气装置不吸气工况下工作设定时间，之后再记录工作流量及设定时长内的气体流量。

其中设定时间为2min，设定时长为1min，该设定时间可以保证测试平台经过一段时间工作后，其处于平稳状态，保证后续其他流量测量的准确性；设定时长的设定，可以确保采集足够数量的气体流量，通过多个气体流量可以消除气流不稳定造成计算的平均吸气量不准确。

在步骤S3中，判断数据集中的进口压力是否都已遍历，若是，进入步骤S4，否则返回步骤S2；

在步骤S4中，根据采集的所有出口压力，构建文丘里加气装置的压力回归曲线，并将位于滴灌带工作压力范围的曲线段对应的压力范围作为文丘里加气装置的工作压力。

在步骤S5中，根据所有进口压力对应的工作流量，构建文丘里加气装置的流量回归曲线，并将位于文丘里加气装置工作压力范围的曲线段对应的流量范围作为文丘里加气装置的工作流量。

以图3和图4为例，对NF型文丘里加气装置的工作压力和工作流量的获取进行说明，分别在0.10、0.15、0.20、0.25、0.30MPa 5个进口压力下按照步骤S2和步骤S3方式获取出口压力和气体流量；

基于所有出口压力，得到的压力回归方程为P₁＝0.46P₀+0.004，R²＝0.994，绘制的压力回归曲线见图3，根据目前常见滴灌带工作压力范围(下限0.05Mpa～上限0.10MPa)，在图3中作出滴灌带工作压力区间带，将与压力回归线下侧的出口压力区间进行重叠交汇，将交汇区得到进口压力作为文丘里加气装置灌溉的工作压力。

基于所有进口压力对应的工作流量，得到的流量回归曲线为Y＝2.220*P₀+0.384，R²＝0.995，绘制的流量回归曲线见图4，根据图3得到的工作压力范围为0.1～0.2Mpa，将工作压力与流量回归线进行重叠交汇，将交汇区得到工作流量(大概在0.55～0.85m³/h^-1)作为文丘里加气装置灌溉的工作流量。

在步骤S6中，根据所有进口压力下的气体流量，采用加权平均得到文丘里加气装置在每个进口压力下的平均吸气量；其中，平均吸气量的计算公式为：

其中，q为平均吸气流量；n为同一进口压力下采集的气体流量的个数；q_i为同一进口压力下采集的第i个气体流量。

参考图5，图5示出了文丘里加气装置应用于滴灌系统的匹配方法的流程图；如图5所述，该方法包括步骤A1至步骤A4。

在步骤A1中，采用文丘里加气装置的工作参数计算方法计算多种型号的文丘里加气装置的工作流量及多个进口压力下的平均吸气量；

在步骤A2中，根据灌溉系统中灌溉支管的工作压力，在所有型号文丘里加气装置中选取出在进口压力等于支管工作压力时，平均吸气量最大的文丘里加气装置；

在步骤A3中，根据选取的文丘里加气装置的工作流量Q和单条滴灌带的流量q₁，计算每个文丘里加气装置控制的滴灌带数量m＝Q/q₁；

在步骤A4中，根据灌溉系统的滴灌带总条数M和每个文丘里加气装置控制的滴灌带数量m，确定灌溉系统中需要文丘里加气装置的数量n＝M/m。

为了进一步确保滴灌系统能够选取到最为匹配的文丘里加气装置，本方案优选当存在多个平均吸气量最大的文丘里加气装置时，还包括计算每种型号的文丘里加气装置在每个进口压力下的稳定性系数，并选取稳定性系数最小的文丘里加气装置。

实施时，本方案优选稳定性系数的计算公式为：

其中，q为平均吸气流量；n为同一进口压力下采集的气体流量的个数；q_i为同一进口压力下采集的第i个气体流量。

当在滴灌系统中安装上文丘里加气装置3后，滴灌系统的简图可以参考图6，在图6中，灌溉系统包括灌溉支管1，灌溉支管1上连接有多根进口盲管2，每根进口盲管2的输出端安装有一个文丘里加气装置3，文丘里加气装3上的加气管31实现进气，文丘里加气装置3的输出端与出口盲管4连接，每根出口盲管4的末端通过田间盲管5连接有多根滴灌带6。

综上所述，通过本方案的文丘里加气装置的工作参数计算方法及灌溉匹配方法，文丘里管生产者能够快速确定多个种文丘里加气装置的工作参数，可以降低文丘里管作为加气装置时的成本投入。

基于得到的工作参数，使用者可以挑选出最好溶氧量的文丘里加气装置应用于其灌溉系统，以保证气体养分通过管道高效地运输到作物根部，提高作物产量和品质；同时还可以减少文丘里加气装置成本费及安装成本，可有效降低灌溉加气工程投资高且难以推广的难题。

Claims (8)

1.文丘里加气装置的工作参数计算方法，其特征在于，包括：

S1、将文丘里加气装置安装至测试平台，并获取存储有文丘里加气装置的多个进口压力的数据集；

S2、选取数据集中未遍历的进口压力，并采集当前进口压力下文丘里加气装置不吸气时，测试平台对应的出口压力、工作流量和多个气体流量；

S3、判断数据集中的进口压力是否都已遍历，若是，进入步骤S4，否则返回步骤S2；

S4、根据采集的所有出口压力，构建文丘里加气装置的压力回归曲线，并将位于滴灌带工作压力范围的曲线段对应的压力范围作为文丘里加气装置的工作压力；

S5、根据所有进口压力对应的工作流量，构建文丘里加气装置的流量回归曲线，并将位于文丘里加气装置工作压力范围的曲线段对应的流量范围作为文丘里加气装置的工作流量；

S6、根据所有进口压力下的气体流量，采用加权平均得到文丘里加气装置在每个进口压力下的平均吸气量。

2.根据权利要求1所述的文丘里加气装置的工作参数计算方法，其特征在于，所述测试平台包括水箱和离心泵；所述离心泵的进口端与水箱连接，其出口端连接有将液体送回至水箱的输水管；所述输水管上依次安装有进水阀、液体流量计、进水压力表、文丘里加气装置、出水压力表和出水阀；

所述文丘里加气装置的加气管上安装有气体流量计，离心泵的出口端与进水阀之间的输水管上连接有将液体送回水箱的回水管，所述回水管上安装有回水阀；所述出口压力、工作流量和气体流量分别由出水压力表、液体流量计和气体流量计采集。

3.根据权利要求1或2所述的文丘里加气装置的工作参数计算方法，其特征在于，所述步骤S2进一步包括：

选取数据集中未遍历的进口压力，调节文丘里加气装置前端的进水阀，并使文丘里加气装置前端的进口压力等于选取的进口压力；

在进口压力保持恒定时，按照设定梯度调节文丘里加气装置后端的出水阀，直至文丘里加气装置不再吸气，并记录当前的出口压力；

控制测试平台在文丘里加气装置不吸气工况下工作设定时间，之后再记录工作流量及设定时长内的气体流量。

4.根据权利要求3所述的文丘里加气装置的工作参数计算方法，其特征在于，所述设定时间为2min，设定时长为1min。

5.根据权利要求3所述的文丘里加气装置的工作参数计算方法，其特征在于，所述平均吸气量的计算公式为：

其中，q为平均吸气流量；n为同一进口压力下采集的气体流量的个数；q_i为同一进口压力下采集的第i个气体流量。

6.文丘里加气装置应用于滴灌系统的匹配方法，其特征在于，包括：

采用权利要求1-5任一所述的方法计算多种型号的文丘里加气装置的工作流量及多个进口压力下的平均吸气量；

根据灌溉系统中灌溉支管的工作压力，在所有型号文丘里加气装置中选取出在进口压力等于支管工作压力时，平均吸气量最大的文丘里加气装置；

根据选取的文丘里加气装置的工作流量Q和单条滴灌带的流量q₁，计算每个文丘里加气装置控制的滴灌带数量m＝Q/q₁；

根据灌溉系统的滴灌带总条数M和每个文丘里加气装置控制的滴灌带数量m，确定灌溉系统中需要文丘里加气装置的数量n＝M/m。

7.根据权利要求6所述的匹配方法，其特征在于，当存在多个平均吸气量最大的文丘里加气装置时，还包括计算每种型号的文丘里加气装置在每个进口压力下的稳定性系数，并选取稳定性系数最小的文丘里加气装置。

8.根据权利要求7所述的匹配方法，其特征在于，所述稳定性系数的计算公式为：

其中，q为平均吸气流量；n为同一进口压力下采集的气体流量的个数；q_i为同一进口压力下采集的第i个气体流量。

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