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Fluent智能水肥一体机结构设计研究
摘要:以水肥一体机为争论对象，对水肥一体机浇灌过程及系统结构进行分析，确定了水肥一体机系统方案。利用Fluent软件对水肥一体机中肥液混合管道以及管道中肥液的流速和湍流强度等特性进行分2
Fluent智能水肥一体机结构设计研究
摘要:以水肥一体机为争论对象，对水肥一体机浇灌过程及系统结构进行分析，确定了水肥一体机系统方案。利用Fluent软件对水肥一体机中肥液混合管道以及管道中肥液的流速和湍流强度等特性进行分析，确定所选用管道形式为一种4次折弯的主管道，可达到水肥在管道中自动混合均匀的目的。仿真分析及试验结果表明:随着浇灌点距水源位置的增加，肥液湍流强度基本不变，肥液流速慢慢降低，导致远端浇灌位置的集水量相对较低。
关键词:水肥一体机;Fluent;水肥耦合液;湍流强度
0引言
在农田浇灌过程中，浇灌过程与施肥过程独立进行，造成水肥不同步现象，肥料利用率低。另外，肥料在土壤中大量囤积，导致土壤中有机物质分解、土壤板结变硬、存水性能降低，使作物生长过程中消逝脱肥早衰［1］。水肥一体机能够有效解决传统浇灌过程中消逝的各种问题，节省大量的水资源，且安装使用便利，可在大面积农田中使用［2］。水肥一体机通常由水源、加压系统、配水管网和喷灌装置组成。笔者针对大面积农田浇灌过程中使用的水肥一体机进行相关结构设计及理论分析，利用Fluent模块对水肥一体机浇灌系统中的管道和浇灌口处的水流特性进行分析，为水肥一体机浇灌系统的设计及使用过程供应理论依据。
1水肥一体机总体方案设计
水肥一体机通过对管道内的流体特性进行把握，实现供水和供肥，同时接受流体混合方式，对水肥进行混合把握，并依据作物生长过程特性进行水肥浇灌把握。水肥一体机主要包含水泵、肥泵、过滤装置、流量计、压力传感器、把握装置和管网［3－5］，如图1所示。浇灌时，浇灌用水经过水泵进行加压，进入浇灌主管道，肥液罐中的肥料母液依据使用需求，在肥泵的加压作用下，依据确定的流量进入管道中，与水进行混合，形成水肥混合液;水肥混合液经加压后，在浇灌管网当中进行流淌至浇灌位置［6］，完成浇灌。因受到管网沿程压力损失影响，需依据浇灌流量需求在不同的管网位置加装加压设备［7］。综合考虑农作物生长环境、水源以及作物生长实际需求，确定水肥一体机浇灌系统的工作技术参数，如表1所示。
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2关键零部件设计
进行水肥一体机关键零部件设计选型时，应综合考虑一体机设计工作参数及作物生长实际需求。灌水量是指单次浇灌的水量，与作物持水量、土壤特性以及浇灌面积等特性有关。假设当前土壤容量=1．45g/cm2，浇灌潮湿深度h=40mm，方案潮湿比p=1，作物生长田间持水率上限1=0．9，作物生长田间持水率下限2=0．6，浇灌水利用系数=0．9，水容重=1g/cm2，则灌水量为m=10hp1－2()经计算可得，每667m2灌水量为36m3，依据浇灌面积计算，选取水泵流量为60m3/h。依据水泵流量，初步设计选取直径100mm的水管为水肥一体机浇灌主管道。主管道沿程水头损失为h主=84000Q1．75主L主F主D4．75主其中，Q主为主管道流量;D主为主管道内径;L主在光滑管道中，水肥混合液雷诺数下限为2100，雷诺数上限