趙新凱，莫彥，夏輝，龔貽螣，王建東，張彥群，龔時宏，李巧靈

毛管末端自動沖洗閥水力性能試驗(yàn)研究

趙新凱1,2，莫彥2，夏輝1*，龔貽螣3，王建東4，張彥群2，龔時宏2，李巧靈2

（1.河北農(nóng)業(yè)大學(xué) 城鄉(xiāng)建設(shè)學(xué)院，河北 保定 071001；2.中國水利水電科學(xué)研究院水利研究所，北京 100048；3.中資海外咨詢有限公司，北京 100048；4.中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院 農(nóng)業(yè)環(huán)境與可持續(xù)發(fā)展研究所，北京 100081）

探究毛管末端自動沖洗閥的關(guān)鍵結(jié)構(gòu)參數(shù)對其水力性能的影響及原因，為毛管末端自動沖洗閥的研發(fā)提供科學(xué)依據(jù)。選取流道齒長、流道齒寬和閥蓋高度共3個結(jié)構(gòu)參數(shù)，通過單因素試驗(yàn)，利用3D打印技術(shù)加工7種規(guī)格試樣，測試了不同沖洗閥進(jìn)口壓力2下的沖洗時長、沖洗水量和沖洗流速的響應(yīng)規(guī)律。當(dāng)2為0.038～0.096 MPa，7種沖洗閥的為7.5～32.1 s，為2 220～5 725 mL，為0.87～1.53 m/s。其中，當(dāng)2≤0.058 MPa，和與2負(fù)相關(guān)；當(dāng)2＞0.058 MPa，與2負(fù)相關(guān)，與2不相關(guān)且變化幅度較小。和均與、和呈正相關(guān)關(guān)系，改變和可影響迷宮流道最小過流面積；改變可影響進(jìn)入沖洗閥上腔體的水量，進(jìn)而影響和。在本試驗(yàn)所取因素水平范圍內(nèi)，3個參數(shù)對和影響的主次順序?yàn)椋荆?。受結(jié)構(gòu)參數(shù)影響較小，與2呈正相關(guān)關(guān)系。沖洗時長和沖洗水量與進(jìn)入沖洗閥上腔體的流量及彈性體到出水口的間距關(guān)系密切，上腔體內(nèi)的空氣是阻礙沖洗時長和沖洗水量增大的關(guān)鍵因素，沖洗流速主要受沖洗閥進(jìn)口壓力影響。

引黃滴灌；抗堵塞；沖洗時長；沖洗水量；沖洗流速

0 引言

【研究進(jìn)展】毛管沖洗制度主要包括沖洗時長、沖洗流速和沖洗頻率。增加沖洗時長對細(xì)顆粒堵塞物質(zhì)的排出影響顯著[13]。在河套灌區(qū)，當(dāng)沖洗時長為6 min時，灌水器平均相對流量隨沖洗頻率和沖洗流速的增加呈先增加后減少趨勢，毛管最佳沖洗流速為0.4 m/s，最佳沖洗頻率為64 h/次[6]。ASAE推薦的滴灌系統(tǒng)毛管沖洗流速需大于0.3 m/s[14]，當(dāng)水源中泥沙顆粒粒徑較大時，沖洗流速需要增加到0.5～0.6 m/s[15]。Yu等[13]也發(fā)現(xiàn)增加沖洗流速能促進(jìn)粗顆粒沉積物的排出。關(guān)于沖洗頻率，F(xiàn)eng等[16]認(rèn)為灌水器堵塞程度隨沖洗頻率增加而降低，以地下水為水源的滴灌系統(tǒng)運(yùn)行100 d后，當(dāng)沖洗頻率為24、120和240 h/次時，灌水器流量分別降低至額定流量的79.3%、77.1%和72.1%，該學(xué)者在試驗(yàn)過程中采用的沖洗流速為0.53 m/s，沖洗時長大于3 min，直到?jīng)]有明顯雜質(zhì)流出為止。然而，對于再生水滴灌系統(tǒng)，Ravina等[17]建議適宜的沖洗頻率為336h/次。同樣，Li等[18]研究發(fā)現(xiàn)再生水滴灌系統(tǒng)中灌水器內(nèi)部固體顆粒和磷脂脂肪酸的量隨沖洗頻率增加呈先降低后增加趨勢，即灌水器堵塞程度隨沖洗頻率增加而先降低后增加，適宜的沖洗頻率為336h/次。Lamm等[19]認(rèn)為，在每次灌水開始時和結(jié)束后對毛管進(jìn)行沖洗能有效緩解灌水器堵塞問題。目前，國內(nèi)外的滴灌系統(tǒng)沖洗絕大多數(shù)采用手動打開毛管尾部，直到?jīng)]有明顯雜質(zhì)流出后再手動關(guān)閉的方法[16]。對于具備一定規(guī)模的滴灌系統(tǒng)，在煩瑣的沖洗操作流程和巨大的人力消耗下，管理者大多只在整個作物生育期開始或者結(jié)束時進(jìn)行1次毛管沖洗，不能達(dá)到預(yù)期效果[20]。

【切入點(diǎn)】綜上所述，適宜頻率下的毛管沖洗能有效緩解灌水器堵塞問題，適宜的沖洗時長為3～6min，根據(jù)沖洗流速和毛管直徑計(jì)算出對應(yīng)的沖洗水量為19～29 L。目前，市場上售賣的毛管末端自動沖洗閥僅有2種，生產(chǎn)廠家分別為以色列的NaanDanJain公司和Natefim公司，每種沖洗閥只有1種規(guī)格。經(jīng)過水力性能測試，當(dāng)沖洗閥進(jìn)口壓力為0.028～0.088MPa時，2種沖洗閥的沖洗時長和沖洗水量分別為6～15s和1～2L，與我國引黃滴灌所需的沖洗時長和水量相差較大。此外，關(guān)于毛管末端自動沖洗閥的設(shè)計(jì)機(jī)理和結(jié)構(gòu)參數(shù)選配與優(yōu)化，國外由于技術(shù)保密和專利保護(hù)，沒有公開資料可尋，國內(nèi)更是缺乏相關(guān)研究?！緮M解決關(guān)鍵問題】本文基于單因素水力性能測試試驗(yàn)，研究毛管末端自動沖洗閥的關(guān)鍵結(jié)構(gòu)參數(shù)對沖洗時長、沖洗水量和沖洗流速的影響，以期為毛管末端自動沖洗閥的研發(fā)提供依據(jù)。

1 影響自動沖洗閥水力性能的參數(shù)分析

1.1 沖洗閥結(jié)構(gòu)及工作原理

沖洗閥物理模型采用UG NX10.0三維制圖軟件（Siemens PLM Software公司，德國）構(gòu)建，沖洗閥試件利用3D打印快速成型方法進(jìn)行加工，加工材料為DSM IMAGE8000光敏樹脂（皇家帝斯曼集團(tuán)，荷蘭），加工精度為0.1 mm。毛管末端自動沖洗閥（圖1）主要由閥體（1）、彈性體（2）、閥蓋（3）和螺紋卡環(huán)（4）4部分組成。

在系統(tǒng)安裝時，沖洗閥進(jìn)水口（5）與毛管末端相連接，水流從進(jìn)水口（5）進(jìn)入沖洗閥內(nèi)，按照2個路徑運(yùn)動：一是通過進(jìn)水管道（6）流到?jīng)_洗閥出水口（7），水流攜帶毛管內(nèi)的絮凝物或固體顆粒等堵塞物質(zhì)通過泄水孔（10）排出閥外；二是通過進(jìn)水管道（6）運(yùn)動到升水柱（8），接著通過升水孔（11）進(jìn)入環(huán)形迷宮流道（12），在若干流道齒（13）的消能作用下，水流逆時針緩慢運(yùn)動1圈后到達(dá)導(dǎo)水柱（14），并通過導(dǎo)水柱（14）進(jìn)入彈性體（2）與閥蓋（3）之間形成的上腔體（9）內(nèi)。隨著進(jìn)入上腔體內(nèi)的水量逐漸增加，彈性體在上腔體的水壓力上和出水口水壓力下的共同作用下，發(fā)生形變并逐漸向下運(yùn)動，當(dāng)彈性體與沖洗閥出水口（7）緊密接觸時，毛管沖洗結(jié)束（圖1（b））。

1-閥體；2-彈性體；3-閥蓋；4-螺紋卡環(huán)；5-進(jìn)水口；6-進(jìn)水管道；7-出水口；8-升水柱；9-上腔體；10-泄水孔；11-升水孔；12-環(huán)形迷宮流道；13-流道齒；14-導(dǎo)水柱。

-閥蓋高度；b-下腔體高度；a-閥蓋容積，即閥蓋與未變形的彈性體之間的體積；b-變形容積，即彈性體變形前后形成的容積；a和b的數(shù)值可通過UG測量體工具獲??；紅色空心箭頭-水流在閥體內(nèi)的運(yùn)動方向；藍(lán)色空心虛線箭頭-水流泄水方向；藍(lán)色箭頭-彈性體受上腔體內(nèi)水壓力方向；黃色箭頭-彈性體受閥體出水口水壓力方向。

圖1 毛管末端自動沖洗閥結(jié)構(gòu)示意圖

Fig.1 Schematic diagram of the automatic flushing valve

1.2 影響沖洗閥水力性能的參數(shù)分析

沖洗閥水力性能參數(shù)主要包括沖洗時長、沖洗水量和沖洗流速。主要取決于彈性體與沖洗閥出水口緊密接觸所需時間，與水流進(jìn)入沖洗閥上腔體的過程密切相關(guān)。圖2為水流充滿環(huán)形迷宮流道時的三維結(jié)構(gòu)示意圖，本試驗(yàn)設(shè)置流道齒長（圖2（a））、流道齒寬（圖2（a））與閥蓋高度（圖1（a））來探索3個結(jié)構(gòu)參數(shù)對沖洗閥水力性能的影響。水流運(yùn)動時的最小過流斷面面積min=min（1，2），1、2分別為流體沿徑向最小過流面積（圖2（b））和流體沿切向過流面積（圖2（c））。

2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)與方法

2.1 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

為探究沖洗閥結(jié)構(gòu)參數(shù)對其水力性能的影響，進(jìn)行單因素試驗(yàn)，流道齒高1和3保持不變，2隨流道齒寬的增大而增大，流道齒長設(shè)置0.6、1.2、1.8 mm共3個水平，流道齒寬設(shè)置1.2、1.7、2.2 mm共3個水平，閥蓋高度設(shè)置12.4、17.1、22.1 mm共3個水平（表1）。

表1 試驗(yàn)設(shè)計(jì)方案

2.2 試驗(yàn)方法

試驗(yàn)地點(diǎn)位于國家節(jié)水灌溉北京工程技術(shù)研究中心（北京大興區(qū)），沖洗閥水力性能測試平臺由水箱（1）、CDLF4-10離心泵（2）（流量4 m3/h，揚(yáng)程0.81 MPa，南方泵業(yè)，浙江）、分壓管道（3）、回水閘閥（4）、120目網(wǎng)式過濾器（5）、閘閥（6）、壓力表（7）（量程0～0.25 MPa，精度0.4級，陽泉儀表，山西）、球閥（8）、De16 PE軟管（長30 cm）（9）、自動沖洗閥（10）、接水桶（11）（直徑24 cm，高度27 cm，容積10 L）、置物臺（12）組成，沖洗閥安裝在PE軟管末端（圖3）。測試系統(tǒng)采用循環(huán)水，水源為自來水，由離心泵加壓后提供系統(tǒng)壓力1，設(shè)定1為0.05、0.06、0.07、0.08、0.1、0.12、0.14 MPa。

1-水箱；2-離心泵；3-分壓管道；4-回水閘閥；5-網(wǎng)式過濾器；6-閘閥；7-壓力表；8-球閥；9-De16PE軟管；10-沖洗閥；11-接水桶；12-置物臺

試驗(yàn)前，首先關(guān)閉球閥，將接水桶放置于置物臺上，并位于沖洗閥下方。然后，啟動水泵，通過調(diào)節(jié)回水閘閥和閘閥，將壓力表的讀數(shù)設(shè)為預(yù)設(shè)系統(tǒng)壓力1；最后，打開球閥，沖洗閥開始工作，秒表開始計(jì)時，此時壓力表的讀數(shù)為沖洗閥進(jìn)口壓力2，通過試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)1=0.05、0.06、0.07、0.08、0.1、0.12、0.14 MPa對應(yīng)的沖洗閥進(jìn)口壓力2=0.038、0.044、0.052、0.058、0.072、0.088、0.096 MPa（一般工程中，毛管內(nèi)徑為15.6 mm，鋪設(shè)長度為80 m，當(dāng)毛管進(jìn)口壓力為0.1 MPa，毛管沖洗流速為0.3～0.6 m/s時，毛管末端壓力為0.065～0.090 MPa），當(dāng)沖洗閥泄水孔沒有水流流出時計(jì)時停止，此時壓力表的讀數(shù)恢復(fù)至1。

每次試驗(yàn)重復(fù)測試3次。秒表計(jì)時時間為沖洗閥沖洗時長（s）；接水桶中的水量為沖洗水量（mL），用5000 mL量筒測其體積；沖洗流速（m/s）=//，為De16 PE軟管的過流面積，為201 mm2。參考相關(guān)試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)，水箱內(nèi)水溫維持在（23±2）℃[21-22]。

3 結(jié)果與分析

3.1 水流最小過流面積

在表1中，當(dāng)=1.7 mm，0.6 mm≤≤1.2 mm時，min=2=1.19 mm2；當(dāng)由1.2 mm增大到1.8 mm時，min由1.19 mm2減小到0.71 mm2。當(dāng)=1.2 mm，由1.2 mm增大到2.2 mm時，min呈持續(xù)減小趨勢，由1.31 mm2下降到0.68 mm2。

3.2 沖洗時長與沖洗水量

3.2.1 流道齒長

當(dāng)=1.7 mm，=17.1 mm時，3種不同流道齒長的沖洗閥的隨2增加而呈遞減趨勢。當(dāng)2由0.038 MPa增加到0.096 MPa時，3種沖洗閥的平均沖洗時長由26 s降低到12 s（圖4）。當(dāng)0.032 MPa≤2≤0.058 MPa，下降幅度較大，L1W2Z2、L2W2Z2、L3W2Z2沖洗閥的分別由23、25和28 s下降至15、16 s和19 s，平均下降幅度為34%；當(dāng)0.058 MPa≤2≤0.096 MPa，下降幅度較小，平均由16 s下降至12 s，下降幅度為25%。

圖4 不同流道齒長下的沖洗時長隨進(jìn)口壓力變化曲線

當(dāng)2由0.032 MPa增加到0.096 MPa時，3種沖洗閥的平均沖洗水量由4 520 mL降低到3 617 mL（圖5）。當(dāng)0.038 MPa≤2≤0.058 MPa時，L1W2Z2、L2W2Z2、L3W2Z2沖洗閥的變化較大且與2負(fù)相關(guān)，分別降低了924、1 025和957 mL，平均下降幅度為21%；但當(dāng)2增加到0.072 MPa時，L1W2Z2、L2W2Z2、L3W2Z2沖洗閥的較2=0.058 MPa時分別增加了18、140和334 mL；當(dāng)0.072 MPa≤2≤0.096 MPa，3種沖洗閥的變化趨勢不同，且變化幅度較?。篖1W2Z2沖洗閥的持續(xù)下降，L2W2Z2沖洗閥的先增加后減小，L3W2Z2沖洗閥的先減少后增加。

圖5 不同流道齒長下的沖洗水量隨進(jìn)口壓力變化曲線

7種沖洗閥進(jìn)口壓力下的平均沖洗時長和沖洗水量隨流道齒長增加而呈線性遞增關(guān)系（～擬合趨勢線2=0.959 1，～擬合趨勢線2=0.955 9）（圖6）。當(dāng)由0.6 mm增加到1.8 mm時，平均沖洗時長增加了5 s，平均沖洗水量增加了1 081 mL。

圖6 不同流道齒長下沖洗時長與沖洗水量

圖7 不同流道齒寬下的沖洗時長隨進(jìn)口壓力變化曲線

3.2.2 流道齒寬

當(dāng)=1.2 mm，=17.1 mm時，3種不同流道齒寬的沖洗閥的隨2增加呈遞減趨勢（圖7）。當(dāng)2由0.038 MPa增加到0.096 MPa時，3種沖洗閥的平均沖洗時長由25 s降低到11 s。當(dāng)0.038 MPa≤2≤0.058 MPa，下降幅度較大，其中，L2W3Z2沖洗閥的下降幅度最大，由32 s下降至19 s，下降幅度為41%；當(dāng)0.058 MPa≤2≤0.096 MPa時，3種沖洗閥的隨進(jìn)口壓力增加而下降的幅度相差不大，分別由10、16和20 s下降至8、11和15 s，平均下降幅度為26%。

當(dāng)2由0.038 MPa增加到0.096 MPa時，3種沖洗閥的平均沖洗水量由4 441 mL降低到3 430 mL（圖8）。當(dāng)0.038 MPa≤2≤0.058 MPa時，L2W1Z2、L2W2Z2和L2W3Z2沖洗閥的下降幅度較大且與2呈相關(guān)關(guān)系，分別降低了968、1 025和1 472 mL，平均下降幅度為26%；當(dāng)0.058 MPa≤2≤0.096 MPa時，L2W3Z2沖洗閥的呈增加趨勢，L2W2Z2沖洗閥的呈先增加后降低趨勢，但二者沖洗水量隨2的增加變化幅度較小，L2W1Z2沖洗閥的隨2的增加幾乎沒有變化。

圖8 不同流道齒寬下的沖洗水量隨進(jìn)口壓力變化曲線

7種沖洗閥進(jìn)口壓力下的平均沖洗時長和沖洗水量隨流道齒寬的增加而線性遞增（～擬合趨勢線2=0.994，～擬合趨勢線2=0.994 8）（圖9）。當(dāng)由1.2 mm增加到2.2 mm時，沖洗時長和沖洗水量的平均值分別增加了10 s和2 221 mL。

圖9 不同流道齒寬下沖洗時長與沖洗水量

3.2.3 閥蓋高度

當(dāng)=1.2 mm，=1.7 mm，3種不同閥蓋高度沖洗閥的和隨2的變化曲線見圖10和圖11。當(dāng)2由0.038 MPa增加到0.096 MPa時，3種沖洗閥的平均沖洗時長由25 s降低到12 s，平均沖洗水量由4 368 mL降低到3 544 mL。當(dāng)2≤0.058 MPa時，隨2增加呈遞減關(guān)系；當(dāng)2≥0.058 MPa時，L2W2Z3沖洗閥的逐漸增大，L2W2Z1和L2W2Z2沖洗閥的先增大后降低。

和隨的增加呈線性遞增趨勢（～擬合趨勢線2=0.999 4，～擬合趨勢線2=0.998 5）（圖12）。當(dāng)由12.4 mm增加到22.1 mm時，沖洗時長和沖洗水量的平均值分別增加了6 s和1 359 mL。

圖10 不同閥蓋高度下的沖洗時長隨進(jìn)口壓力變化曲線

圖11 不同閥蓋高度下的沖洗水量隨進(jìn)口壓力變化曲線

圖12 不同閥蓋高度下沖洗時長與沖洗水量

3.3 沖洗流速

當(dāng)2為0.038、0.044、0.052、0.058、0.072、0.088和0.096 MPa時，7種沖洗閥的變化幅度較小，變化范圍分別為0.87～0.89、0.93～0.95、1.00～1.01、1.07～1.09、1.22～1.23、1.35～1.37和1.50～1.53 m/s，差值范圍為0.01～0.03 m/s（表2）。7種沖洗閥的平均沖洗流速與2呈線性遞增關(guān)系（2=0.996 1），當(dāng)2由0.038 MPa增加到0.096 MPa時，平均沖洗流速增大0.63 m/s（圖13）。

表2 沖洗流速

圖13 沖洗流速隨沖洗閥進(jìn)口壓力增加的變化曲線

4 討論

對于本研究中的7種毛管末端自動沖洗閥，當(dāng)2為0.038～0.096 MPa時，為7.5～32.1 s，為2 220～5 725 mL，為0.87～1.53 m/s。當(dāng)2增大時，環(huán)形迷宮流道出口流量增加，上腔體內(nèi)形成水壓力上（圖1（b））的速度增大，彈性體與沖洗閥出水口緊密接觸所需時間減小，故與2負(fù)相關(guān)。然而，沖洗閥出水口泄水流量（即單位時間內(nèi)沖洗水量）與2正相關(guān)，當(dāng)2＞0.058 MPa時，由2和共同作用的隨2的變化幅度很小。

水流在沖洗閥環(huán)形流道中的運(yùn)動過程與灌水器類似，灌水器出水流量與流道截面積為正相關(guān)關(guān)系[23-24]，在本研究中，環(huán)形流道中水流最小過流面積min受的增量響應(yīng)更明顯，故相較于，對和的影響程度更大。擬合趨勢線的斜率越大，因變量對自變量增量響應(yīng)的靈敏度越大，由～、～、～和～、～、～關(guān)系的擬合趨勢線的斜率可進(jìn)一步證明，沖洗閥3個結(jié)構(gòu)參數(shù)對和的影響程度排序?yàn)椋荆尽?/p>

的變化對沖洗閥的和影響最小，當(dāng)由12.4 mm增加到22.1 mm，閥蓋容積a由11.4 mL增加到22.0 mL，a增大了1.9倍，但和均增大了1.4倍，即和不能隨著a的增大而等比例增大。在沖洗閥工作前，閥蓋和彈性體構(gòu)成的上腔體內(nèi)充滿了空氣，即空氣體積氣1=a，當(dāng)水流進(jìn)入上腔體時，上腔體內(nèi)的空氣體積被壓縮，假定沖洗閥自動關(guān)閉后上腔體內(nèi)氣體體積為氣2，那么，充滿上腔體的水量水=a+b-氣2（b為變形容積，即彈性體變形前后形成的容積，見圖1（a））。在一定的溫度和壓強(qiáng)條件下，氣體壓縮系數(shù)不變[25]，氣2隨a增加而增大，因此，和不能隨著a的增加而等比例增大。故，增大對和影響不大，反而會造成設(shè)備造價的增加。

沖洗閥的主要受2影響，且呈線性遞增關(guān)系，可通過調(diào)節(jié)滴灌系統(tǒng)供水壓力來實(shí)現(xiàn)不同的沖洗流速，本研究中的沖洗流速均超過已有研究中的沖洗流速0.3～0.6 m/s[15]。在引黃滴灌毛管沖洗制度研究中，當(dāng)沖洗頻率為64 h/次，毛管沖洗所需時長為360 s[6]。對于安裝了本研究自動沖洗閥的滴灌系統(tǒng)，每次滴灌系統(tǒng)剛開始運(yùn)行時進(jìn)行1次沖洗作業(yè)，按照水泵日工作20 h為例進(jìn)行計(jì)算，自動沖洗閥的沖洗頻率為20 h/次，將文獻(xiàn)結(jié)果[6]簡單換算得到每次所需沖洗時長為360 s/64 h×20 h=112.5 s，高于本研究中7種規(guī)格沖洗閥的沖洗時長。當(dāng)然，毛管末端自動沖洗閥適宜的沖洗時長和沖洗水量仍然需要通過不同泥沙含量的渾水條件下，沖洗閥本身以及毛管的抗堵塞性能對不同沖洗閥規(guī)格的響應(yīng)試驗(yàn)來深入研究。

5 結(jié)論

1）當(dāng)沖洗閥進(jìn)口壓力2為0.038～0.096 MPa時，7種沖洗閥的、和分別為7.5～32.1 s、2 220～5 725 mL、0.87～1.53 m/s。其中，當(dāng)0.038≤2≤0.058 MPa時，、與2負(fù)相關(guān)。

2）增加和減少了水流最小過流面積，降低水流進(jìn)入上腔體的流量，進(jìn)而增加沖洗閥的和；增加能增加進(jìn)入上腔體的水量，從而提高和，但受限于上腔體內(nèi)原有的空氣體積，3個結(jié)構(gòu)參數(shù)中，對和影響程度最小，排序?yàn)?>。

3）沖洗閥的受沖洗閥結(jié)構(gòu)參數(shù)影響較小，主要與2有關(guān)，二者定量關(guān)系式為=10.812+0.457 9。

[1] 葛令行, 魏正英, 曹蒙, 等. 微小迷宮流道中的沙粒沉積規(guī)律[J]. 農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào), 2010, 26(3): 20-24.

GE Lingxing, WEI Zhengying, CAO Meng, et al. Sand deposition law in tiny labyrinth channel[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering, 2010, 26(3): 20-24.

[2] 馮吉. 引黃滴灌系統(tǒng)泥沙逐級調(diào)控機(jī)制及方法研究[D]. 北京: 中國農(nóng)業(yè)大學(xué), 2017.

FENG Ji. Study on the mechanism and method of gradual sediment regulation in the drip irrigation system from the Yellow River[D]. Beijing: China Agricultural University, 2017.

[3] 王偉楠, 徐飛鵬, 周博, 等. 引黃滴灌水源中泥沙表面附生生物膜的分形特征[J]. 排灌機(jī)械工程學(xué)報(bào), 2014, 32(10): 914-920.

WANG Weinan, XU Feipeng, ZHOU Bo, et al. Fractal characteristics of epiphytic biofilm on sediment surface in drip irrigation water source from the Yellow River[J]. Journal of Drainage and Irrigation Machinery Engin, 2014, 32(10): 914-920.

[4] 李云開, 宋鵬, 周博. 再生水滴灌系統(tǒng)灌水器堵塞的微生物學(xué)機(jī)理及控制方法研究[J]. 農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào), 2013, 29(15): 98-107.

LI Yunkai, SONG Peng, ZHOU Bo. Study on the microbiological mechanism and control method of the clogging of the regenerative drip irrigation system[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering, 2013, 29(15): 98-107.

[5] 周博, 李云開, 宋鵬, 等. 引黃滴灌系統(tǒng)灌水器堵塞的動態(tài)變化特征及誘發(fā)機(jī)制研究[J]. 灌溉排水學(xué)報(bào), 2014, 33(Z1): 123-128.

ZHOU Bo, LI Yunkai, SONG Peng, et al. Study on the dynamic change characteristics and inducing mechanism of irrigator clogging in the Yellow River diversion irrigation system[J]. Journal of Irrigation and Drainage, 2014, 33(Z1): 123-128.

[6] HAN S Q, LI Y K, XU F P, et al. Effect of lateral flushing on emitter clogging under drip irrigation with yellow river water and a suitable method[J]. Irrigation and Drainage, 2018, 67(2): 199-209.

[7] 徐路全, 李援農(nóng), 房云杰, 等. 組合滴灌管抗堵塞性能研究[J]. 灌溉排水學(xué)報(bào), 2019, 38(1): 79-84,91.

XU Luquan, LI Yuannong, FANG Yunjie, et al. Research on anti-clogging performance of combined drip irrigation pipe[J]. Journal of Irrigation and Drainage, 2019, 38(1): 79-84，91.

[8] 張文倩, 牛文全, 李學(xué)凱, 等. 減緩滴頭堵塞風(fēng)險的毛管首次沖洗時間及周期的確定[J]. 農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào), 2019, 35(7): 78-85.

ZHANG Wenqian, NIU Wenquan, LI Xuekai, et al. Determination of the first flushing time and cycle of capillary to reduce the risk of dripper clogging[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering, 2019, 35(7): 78-85.

[9] TAYEL M Y, PIBARS S K, MANSOUR A G. Effect of drip irrigation method, nitrogen source and flushing schedule on emitter clogging[J]. Agricultural Systems, 2013, 4(3):131-137.

[10] ZHOU B, LI Y K, LIU Y Z, et al. Effect of drip irrigation frequency on emitter clogging using reclaimed water[J]. Irrigation Science, 2015, 33(3): 221-234.

[11] 宋鵬, 李云開, 李久生, 等. 加氯及毛管沖洗控制再生水滴灌系統(tǒng)灌水器堵塞[J]. 農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào), 2017, 33(2): 80-86.

SONG Peng, LI Yunkai, LI Jiusheng, et al. Chlorination and capillary flushing to control regenerative drip irrigation system emitter blockage[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering, 2017, 33(2): 80-86.

[12] ADIN A, SACKS M. Dripper clogging factor in wastewater irrigation [J]. Journal of Irrigation and Drainage Engineering, 1991, 117(6): 813-826.

[13] YU L M, LI N, LIU X G, et al. Influence of flushing pressure, flushing frequency and flushing time on the service life of a labyrinth-channel emitter[J]. Biosystems Engineering, 2018, 72: 154-164.

[14] ASAE Standards. 2003. EP405.1: Design and installation of micro-irrigation systems[S]. St. Joseph, Mich: ASAE.

[15] HILLS D J, BRENES M J. Microirrigation of wastewater effluent using drip tape[J]. Applied Engineering in Agriculture, 2001, 17(3): 303-308.

[16] FENG D, KANG Y H, WAN S Q, et al. Lateral flushing regime for managing emitter clogging under drip irrigation with saline groundwater[J]. Irrigation Science, 2017, 35(3): 217-225.

[17] RAVINA E, SOFER Z, MARCU A, et al. Control of clogging in drip irrigation with stored treated municipal sewage effluent[J]. Agricultural Water Management, 1997, 33(2): 127-137.

[18] LI Y K, SONG P, YANG P L, et al. Effects of lateral flushing on emitter clogging and biofilm components in drip irrigation systems with reclaimed water[J]. Irrigation Science, 2015, 33(3): 235-245.

[19] LAMM F R, AYARS J E, NAKAYAMA F S. Microirrigation for crop production: Design, operation, and management[M]. Elsevier Science, 2006.

[20] PUIG-BARGUES J, ARBAT G, ELBANA M, et al. Effect of flushing frequency on emitter clogging in microirrigation with effluents[J]. Agricultural Water Management, 2010, 97(6): 883-891.

[21] 塑料節(jié)水灌溉器材第2部分：壓力補(bǔ)償式滴頭及滴灌管. GB/T 19812.2—2017 [S].

Plastic water-saving irrigation equipment Part 2: Pressure-compensated dripper and drip irrigation pipe. GB/T 19812.2—2017,[S].

[22] 農(nóng)業(yè)灌溉設(shè)備滴頭和滴灌管技術(shù)規(guī)范和試驗(yàn)方法. GB/T 17187—2009[S].

Technical specifications and test methods for agricultural irrigation equipment drip and drip irrigation pipe. GB/T 17187—2009[S].

[23] 王建東. 滴頭水力性能與抗堵塞性能試驗(yàn)研究[D]. 北京: 中國農(nóng)業(yè)大學(xué), 2004.

WANG Jiandong. Experimental study on hydraulic performance and anti-clogging performance of dripper[D]. Beijing: China Agricultural University, 2004.

[24] 魏青松, 史玉升, 蘆剛, 等. 內(nèi)鑲式滴灌帶繞流流道水力性能研究[J]. 農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào), 2006, 22(10): 83-87.

WEI Qingsong, SHI Yusheng, LU Gang, et al. Study on hydraulic performance of bypass channel of in-line drip irrigation tape[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering, 2006, 22(10): 83-87.

[25] 趙艷, 梁陸乙. 利用雷德利克-孔方程計(jì)算氣體壓縮系數(shù)[J]. 價值工程, 2015(24): 168-169.

ZHAO Yan, LIANG Luyi. Calculating the gas compressibility using the Ridrich-hole equation[J]. Value Engineering, 2015(24): 168-169.

Hydraulic Performance of Automatic Flushing Valve at the End of Dripline

ZHAO Xinkai1,2, MO Yan2, XIA Hui1*, GONG Yiteng3, WANG Jiandong4, ZHANG Yanqun2, GONG Shihong2, LI Qiaoling2

(1. Institute of Urban and Rural Construction, Agricultural University of Hebei, Baoding 071001, China;2. Department of Irrigation and Drainage, China Institute of Water Resources and Hydropower Research, Beijing 100048, China;3. China Overseas Consulting Co., Ltd., Beijing 100048, China; 4. Institute of Environment and Sustainable Development in Agriculture, Chinese Academy of Agricultural Sciences, Beijing 100081, China)

Emitter clogging is a problem facing drip irrigation and drip-line flushing is an effective anti-clogging technology. The aim of this paper is to study how key structural parameters of automatic flushing valve at the end of drip-line impact its hydraulic performance as well as the underlying mechanisms.Three structural parameters were examined: dentition length () and width (), as well as the height of the bonnet () in the valve. Overall, there were seven flushing valves with different structural parameters, which were made by a 3D printer. For each valve we tested how its hydraulic performance changed with the applied water pressure (2), flushing time (), flushing volumetric rate () and flushing velocity ().When2was in 0.038～0.096 MPa,varied from 7.5 to 32.1 s,from 2 220 to 5 725 mL, andfrom 0.87 to 1.53 m/s, depending on the valves. When2≤0.058 MPa,andwere negatively correlated with2, while when2>0.058 MPa,2only negatively affectedand did not result in a noticeable change to.Bothandwere positively correlated with,and; the minimum flow area in the labyrinth channel depended onand. The amount of water entering the upper cavity of the valve was affected by, and as a result, it impactedandas well. The impact of the three structural parameters onandwas ranked in the order of>>.was affected by2more than by the structural parameters.andare closely related to the velocity, the amount of water flowing into the upper cavity, and the distance between the elastomer and the water outlet. The air in the upper cavity within the valve is a key factor impacting onand;is affected predominantly by2.

drip irrigation; anti-clogging; flushing time; flushing water volume; flushing velocity

S275.6

A

10.13522/j.cnki.ggps.2020491

1672 - 3317（2021）07 - 0105 - 08

趙新凱, 莫彥, 夏輝, 等. 毛管末端自動沖洗閥水力性能試驗(yàn)研究[J]. 灌溉排水學(xué)報(bào), 2021, 40(7): 105-112.

ZHAO Xinkai, MO Yan, XIA Hui, et al. Hydraulic Performance of Automatic Flushing Valve at the End of Dripline[J]. Journal of Irrigation and Drainage, 2021, 40(7): 105-112.

2020-08-31

國家重點(diǎn)研發(fā)專項(xiàng)課題（2019YFC0409203）；國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目（51909276，51979288）

趙新凱（1994-），男。碩士研究生，主要從事節(jié)水灌溉裝備研發(fā)。E-mail: zhaoxk0909@163.com

夏輝（1978-），女。副教授，主要從事農(nóng)業(yè)水土資源與環(huán)境。E-mail: xiahui1106@163.com

責(zé)任編輯：韓 洋