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滴灌梯形迷宫滴头流道水力性能的响应曲面法优化
第 27 卷 第 2 期 农 业 工 程 学 报 Vol.27 No.2
46 2011 年 2 月 Transactions of the CSAE Feb. 2011
滴灌梯形迷宫滴头流道水力性能的响应曲面法优化
刘春景 1,2,唐敦兵 1※,郑加强 3,周宏平 3
(1.南京航空航天大学机电学院,南京 210016; 2.蚌埠学院机电系,蚌埠 233030;
3.南京林业大学机电学院,南京 210037)
摘 要:滴灌滴头水力性能优化是滴灌技术不断发展的需要。采用响应曲面法研究了梯形迷宫滴头流道的流道宽度、长
度、深度、转角和流道单元数等 5 个关键参数对滴头水力性能(流态指数和流量系数)的影响与最佳水平。试验结果表
明,所测试梯形迷宫滴头最优流道宽度、长度、深度、转角和流道单元数分别为 1.55 mm、2.33 mm、1.55 mm、46.32°
和 20,优化后滴头的流态指数为 0.4993、流量系数为 0.4441,较优化前流态指数提高了 5.624%,滴头水力性能得到了
改善。
关键词:灌溉,水力学,优化,响应曲面法
doi:10.3969/j.issn.1002-6819.2011.02.008
中图分类号:S275.6 文献标志码:A 文章编号:1002-6819(2011)-02-0046-06
刘春景,唐敦兵,郑加强,等. 滴灌梯形迷宫滴头流道水力性能的响应曲面法优化[J]. 农业工程学报,2011,27(2):
46-51.
Liu Chunjing, Tang Dunbing, Zheng Jiaqiang, et al. Optimization of hydraulic performance for drip irrigation trapezoidal
labyrinth channel of emitter using response surface methodology[J]. Transactions of the CSAE, 2011, 27(2): 46-51. (in Chinese
with English abstract)
0 引 言?
滴头水力性能的优劣,对滴灌系统灌水的均匀性、
抗堵塞能力、系统寿命等影响很大。为实现滴头水力性
能预测进而控制水力性能的目的,王瑞环等[1]对梯形流道
滴头进行了试验研究,得出了流道宽度和单元数对水力
性能的影响;魏正英等[2]分析了梯形流道滴头流道宽度和
流道单元数对水力性能的影响,并建立了流量与两因素
的关系模型;PALAU 等[3]进行了滴头流量与压力之间的
关系预测分析;张俊等[4]采用正交试验的方法建立了三角
形流道的关键参数与流量之间的关系;张俊等[5]采用均匀
试验的方法建立了梯形流道的关键参数与流量之间的关
系;李云开[6]研究了分形流道几何参数对滴头水力性能的
影响;喻黎明等[7]采用计算流体动力学(computational
fluid dynamics,简称 CFD)方法研究了迷宫流道转角对
滴头水力性能的影响;李光永[8]分析了迷宫流道几何参数
对滴头水力性能及抗堵塞性能的影响。但以上对滴头的
水力性能研究主要是定性分析或者少因素的定量分析,
没有对滴头水力性能的优化做研究。
本文拟利用 Box-Benhnken 设计法安排滴头水力性能
收稿日期:2010-04-07 修订日期:2010-10-18
基金项目:国家自然科学基金资助项目;安徽省高等学校优秀
青年基金资助项目(2010SQRL117)
作者简介:刘春景(1975-),男,博士,副教授,南京航空航天大学博士
后,主要从事现代机械设计理论与方法研究。蚌埠 蚌埠学院机电系,
233030。Email:liusun7575@163.com
※通信作者:唐敦兵(1972-),男,博士,教授,博士生导师,主要从事
产品创新设计理论与方法、复杂系统建模与优化研究。南京 南京航空航天
大学机电学院,210016。Email:d.tang@
试验,基于响应曲面法对滴头水力性能进行优化,响应
曲面法与其他数据统计方法相比,不仅考虑了自变量之
间的交互作用,提高了拟合精度,而且还可以运用图形
技术将二者之间的函数关系显示出来,使结果更加直观。
为滴头最优化设计提供新的方法。
1 滴灌滴头压力流量试验设计
图 1 为本文研究的梯形迷宫流道结构图,从滴头工
作机理和过程可知道,影响水力性能的因素很多,其中
最重要的因素是流道的宽度 W、长度 L、深度 D、转角 θ
和流道单元数 N,由于流道通常都处在弧面上,其上下边
界的深度有所不同,本文将其分别设为定值 0.6 mm 和
1.0 mm。由于影响因素与水力性能之间存在一种复杂的
非线性映射关系,很难通过分析
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