水肥一體化技術在我國農業(yè)生產中發(fā)揮著重要的作用,也是未來農業(yè)發(fā)展的主要方向之一。目前,水肥一體化施肥設備的應用率還處于較低水平,灌溉施肥仍然采用傳統(tǒng)的大水漫灌或簡易的水肥一體化設備,自動化、智能化程度低,不利于農業(yè)生產全程機械化的發(fā)展。本論文基于Fluent仿真技術設計了一款水肥一體化施肥機,主要對原液制備和首部樞紐部分進行了設計和優(yōu)化,針對現階段施肥機灌溉壓力不可調整的問題對首部樞紐部分進行設計和優(yōu)化,提出通過泄壓回流的方式進行灌溉壓力調節(jié)。利用數值模擬的方法對混肥過程進行仿真分析,揭示了混肥過程中的流體運動學機理;搭建了混肥試驗平臺,通過試驗研究的方法對數值模擬的結果進行試驗驗證。主要研究內容和結論如下:(1)灌溉壓力可調式首部樞紐設計。應用三維建模軟件設計了基于泄壓回流方式的灌溉壓力調節(jié)首部樞紐,并對首部樞紐進行了加工制造。經過調試和優(yōu)化,泄壓回流的方式可以實現灌溉壓力的調節(jié),能夠滿足不同面積的施肥灌溉作業(yè)要求,滴箭的流量均勻性良好。(2)回流混合模式的數值模擬與試驗研究。對回流混合過程進行數值模擬,提取了流體域中壓力、速度矢量和流線等特征。發(fā)現射流回流混合模式和切向回流混合模式下的壓力梯度分布不明顯,軸向截面內的速度矢量值較小;軸向回流混合模式下壓力梯度比較明顯,軸向截面內的速度矢量值有所增加;軸向疊加切向回流混合模式下壓力梯度分布最為明顯,速度矢量充滿整個軸向截面,流線充滿了整個流體域。試驗結果表明,射流回流混合模式和切向回流混合模式下固態(tài)粉末型肥料混合均勻所用時間較長,不適合混肥作業(yè);固態(tài)粉末型肥料在軸向回流混合模式下經過140s后混合均勻,軸向疊加切向混合模式下經過100s混合均勻。軸向疊加切向回流混合模式適合進行液態(tài)型肥料和固態(tài)粉末型肥料的混肥作業(yè)。(3)攪拌疊加回流混合模式的數值模擬與試驗研究。對攪拌疊加回流混合過程進行數值模擬,發(fā)現軸向截面內壓力梯度分布明顯,形成明顯的渦結構。試驗結果表明,在攪拌模式下,固態(tài)粉末型肥料經過65s后混合均勻,固態(tài)顆粒型肥料經過170s后混合均勻。在攪拌疊加回流混合模式下,固態(tài)顆粒型肥料在經過110s后混合均勻,相對于攪拌槳模式節(jié)省了60s。攪拌槳疊加回流混合模式適合進行固態(tài)顆粒型肥料的混肥作業(yè)。(4)樣機制作與性能測試。根據整機三維模型進行了樣機制作,并進行了整機性能測試。測試結果表明,施肥機具有良好的穩(wěn)定性與連續(xù)性,灌溉作業(yè)中不同滴箭流量之間的誤差在5%以內。本論文設計的水肥一體化施肥機的方案是合理可行的,樣機運行穩(wěn)定可靠,可以滿足水肥一體化灌溉要求。
【學位單位】：山東農業(yè)大學
【學位級別】：碩士
【學位年份】：2020
【中圖分類】：S224.2
【部分圖文】：

NutriFit施肥機

FertiKit3G施肥機

設施水肥一體化施肥機的設計與混肥方式研究42006）。定比施肥器的優(yōu)點在于施肥過程的吸肥比例可調，且整個施肥過程中肥液濃度一致；相對于文丘里施肥器而言，不需要增加額外的動力就能滿足吸肥效率要求。此設備雖然輕便且便于控制，但是無法實時監(jiān)測灌溉水肥的混合比例，存在一定的盲目性，導致了水肥的浪費。a.壓差式b.文丘里c.定比施肥器圖1-3簡易施肥設備Fig.1-3Simplefertilizerapplicationequipment精準自動水肥一體化裝備在設施生產過程中的應用還處于起步階段，因需投入一定量的成本，農戶配備此類設備的積極性并不高。目前隨著政府在設施農業(yè)生產實施的一系列舉措，設備使用情況有了較大的改觀。國內現有的自動精準化施肥設備與國外同類
【參考文獻】

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本文編號：2863640