课程论文研 究 生 课 程 考 试 卷学号、姓名： 刘桑 年级、专业： 水土保持与荒漠化防治 培养层次： 硕士 课程名称： 硕士专业外语 授课学时学分： 考试成绩： 授课或主讲教师签字： 评语： 评阅人： 年 月 日1课程论文确定滴灌毛管较小的水头损失刘桑1、方法论摘要：滴灌毛管灌水器插的入处较小的水头损失可以由Belanger根据经典公式推导的理论和分析进行预测，经典公式为动能乘以摩擦系数。Belanger建立了一个K的关系式，作为一些灌水器几何特性的一个函数。这些几何特性考虑了由于灌水器的阻碍作用，导致的管道横断面的减小而引起的水流扩张。灌水器插入处的水流收缩通过分析喷头通过孔口分布的收缩来估计。同时研发了一个试验程序来判定在现场、实验室或者在野外的较小损失。提出了一种以K或者灌水器等效长度le为函数计算毛管水头损失、进口水头和流量的方法。毛管的内径和长度、灌水器的间距、灌水器流量方程以及水的粘滞度必须为已知量。开发了研究毛管内水流的的近似解析关系。它们可以用来设计和评估灌溉装置。Juana等人的同类文章里验证了分析和试验方法。关键词：流量测量法；滴灌；水头损失；方法论。前 言：滴灌系统的中毛管的沿程水头损失hfL对灌水器滴头的有效水头有严重影响。因此，当使用传统的无压力补偿灌水器时，流量分布将受到很大的影响。这些损失经常通过连续灌水器间均匀管段的沿程水头损失加上灌水器插入的阻力导致的较小损失估算的。引进休斯摩阻系数f=0.316R-0.25为魏斯巴赫方程提供了求低粗糙度均匀管道内部紊流产生的沿程水头损失的精确估算方法，以及当雷诺数在3000-10000的范围内时的估算。大多数的滴灌毛管都是由光滑的聚乙烯管制成的，它们的流态符合这些条件。R值接近2000，普遍在下游尾端的那些，应该满足层流条件。然而大多数管道内的局部变化都会引起不稳定的趋势。在支管下游的水头损失是可以忽略的。Christiansen把等间隔的排放口均匀分布流量Q的喷灌支管水头损失与那些在支管下游尾部等长、等内径、等分总流量的支管联系起来。应在后者中考虑折减系数来获得前者。然而通过传统的滴管流量q不是一个常数，而是取决于工作水头。水头损失方程为： (1) 公式中c为常量，收缩系数为 (2)这个公式适用于第一个灌水器位于距离毛管首部为L/N处。一般来说，管道灌水器的数量是很多的，假定管道内水流为均匀和连续的。Wu和Gitlin把整个毛管的水头损失hfLC与距离管首距离为x的任意点的水头损失hfxc用下面的公式联系起来： (3) 灌溉毛管上灌水器插入处产生的水头损失必须包括在内，这些小水头损失是由管上式滴头、管间式滴头与组合式滴头的连接而产生的，因为水流有变化。当所谓的等效长度增加后就需要计算，即，同样长度的均匀管道将产生同样的水头损失。假定均匀间隔的灌水器之间的等效程度为不变的值le，hfLC应该表示如下： （4）s=灌水器间隔小水头损失可以用经典的动水头公式乘以k表示如下： （5） v=均匀管段的平均流速g=重力加速度常量一般地，摩阻系数k取决于灌水器插口的几何特征和雷诺数R。事实上，超出R的限定值时粘滞力的影响都被忽略了，由此k应该只取决与灌水器插口的几何特征。这是Bagarello等人做的几种管上式滴头模型实验所得出的结论，给出了下述关系： （6） 阻塞率可由通过量测灌水器插入所占的面积以及管道面积来计算出灌水器位置的横截面积Ar和管道面积A后求得。毛管经常都是由聚氯乙烯制成，相应地，应该预测沿管段的几何变化。这可能会阻碍做出精确的测定，尤其是关系到那些灌水器的连接处。因此,r的估计必须通过统计的方式，取Ar和A的平均值。这些都会受管道内径D上的压力的影响而变化，而且，同时取决于聚氯乙烯的弹性。 使用布拉修斯公式，等效长度le与k的关系如下： （7）Amin研究装有密封灌水器的毛管，提出一些对数图如包括小损失f值的f-R图表。观察了修斯摩阻因数类似的管道，表明常量le值的实际有效性。然而，应该明确f值随着管内的非均匀流的变化而改变。它也随着特殊毛管长度而改变，也随着影响灌水器流出的入水压头而改变。因此，给定一个K值le不是不变的，同时给定一个le值k值也不是不变的。Losada和Matinez等人通过试验过程来确定le。测得传统毛管的入水口和下游尾部的压力，以及每一个灌水器出流量。这些数据用来反复的计算le值。连续灌水器间的均匀管段的沿程水头损失是由修斯公式确定的，然后加到小损失里。为了计算小损失，我们给定一个le的初始值，直到进口处和管段下游末尾处的压力符合观察值为止。由于考虑了大量的灌水器，le值在统计学上是有效的。在大多数实验里，没有充分的使用Christiansen的折减系数F计算毛管水头损失。因此，energy slope用来计算所有均匀管段。通过传统灌水器的流量不是一个常数，但是取决于压力水头。灌水器流量公式如下： q=khx （8）k和x是系数，假定灌水器为均匀几何体时值为常数。 两个灌水器之间水头压力h的差异是由沿管道的长度引起的水头损失以及他们的地形高差z的不同的引起的。毛管的坡度S0, = S0x,坡度不同，水压差也不同： （9）研究目的 这个研究的主要目的是修正一种半合理的方法，可以提高滴灌毛管灌水器插口处水头损失的计算准确性。通过Belanger的理论推导，我们尝试着改进经验公式方法。它在分析水流突然扩张处的水头损失的潜能，为灌水器插头阻碍后的水头损失形式的估算提供分析支持。实际上，它可以帮助选择减少毛管水头损失的灌水器。同时也研究了一种计算水头损失的实验程序。等效长度le和摩阻系数k在修斯公式中都用来计算均匀管段的沿程水头损失。在滴灌系统设计中，先用分析法来估算小水头损失，然后通过室内或田间试验进行确定。 为了满足早先的目标，灌水器流量计算公式的指数x必须为已知。因此，这是x应该是确定的。最后，为了简化从实验数据里来确定le和k，Christiansen提出了修正折减系数。目标是对研究滴灌毛管水流明确或者不明确的表示方法的改进。方法采用Belanger理论估算小水头损失图1（a)显示了一个典型模式，水流在插入管上式滴头后由断面收缩引起的水流收缩，以及随后的扩张。Belanger由突然扩张引起水头损失hfe可以表示如下： (10)公式中r先前定义了，Cc为收缩系数，系数k能确定，L为沿程水头损失和滴头小水头损失之和。反过来，当L确定后，k能被后面提到的公式确定，对于任意给定的r值，Cc值可由如下公式确定： （11）从上式中得到的Cc值可与理论值和其它研究人员得到的Cc值进行比较。 在实践中，管上式滴头和综合式滴头在滴灌系统中很常见，但是他们的形状不同。对于综合式滴头，接近扩散水流区域的水头损失可忽略不计，但是尾水处水头损失不能忽略。L足够长时，两个扩散面减小：第一个扩散面在滴头插入管道内的L长内，第二个是在滴头的下端，水头损失L确定如下： （12） 因此综合式滴头产生的水头损失相对而言更少或者差不多一样，管上式滴头的水头损失接近Ccr值。管道不同，管道内水流速度也不同。假定是同一管道，指数K对于两种类型的滴头都能用公式（10）和(12)计算。k也可以有布拉修斯公式计算，把灌水器长度l内的水头损失加到公式（12)上。因此k由两部分组成，一部分为单一的水头损失ks，另一部分为纵向水头损失kl。表示如下： K= (10a) 在滴灌实践中，管上式滴头也很常见。因为大多数的水流都适合与图1（b)中的合成滴头相似的模式。拍打式管上灌水器如图1（c)所示更加复杂。图1. 交叉和纵向的图表分别显示灌水器流量的收缩和扩张 图2. 通过节流孔射流的流收缩 假定管道断面A都一样，两种极端的情况可以区分为区分：A=Ar=rA以及A=A。首先水头损失将与那些组合式灌水器的相似。其次，他们应该加倍，因为他们是按两个灌水器计算的。每一个有两次扩张，定位于其他的其中一个的后面观察灌水器 的值在表4中Juana 等.(2002)。膨胀在很短的长度内产生。通常，是把位于略有缩短的锥形区域作为辨别的排放区域。如图5中(Juana 等，2002)中,它难以推广。一个或两个综合排放被认为是与他们的几何形状和等式相匹配的。参见公式（10）、（10a）。可以观察到在入口处管间式及混合式灌水器内的主流并不是与他的边界流相分离的。扩张只是在灌水器出口处发生。表1. 自由射流的收缩系数假设势流在最小的一段上，给定的减少部分收缩系数的估计通常是通过分析或数值方法。不同的排放地区可以根据他们地理的特性和与知名的经过节流孔的排水的相关性（根据比例和角度）来估计（请参见图 2 和表 1）。鉴于发射源的形状和流线的干扰的复杂性角度或某些等效的几何特征很难定义。然而，由于这种影响是相对较小，在实践中，不同的发射源的形式都会产生类似得收缩系数，可以作为函数的发射源来估计，几乎不需要更多系数和水电条件的估计。系数可以通过公式（11）来确定在与所对应的射流形式 （见表 1） 的多个值进行比较。 图3. 滴灌毛管水头损失的比较hL*鉴于灌水源复杂的位置，应用来确定最常见的灌水源插入点 K的位置，否