專利名稱：一種滴灌灌水器的制作方法
技術(shù)領域：
本發(fā)明涉及一種用在各種滴頭、滴灌管上的灌水器，屬灌溉設備領域。
滴頭的水力特性用下式進行描述Q＝Khfx(1)式中hf-滴頭的壓力水頭；K-頭的流量系數(shù)；Q-水器流量；x-滴頭的流量指數(shù)。
x是反映滴頭流量對壓力變化的敏感程度的參數(shù)，灌溉系統(tǒng)中的壓力變化是難免的，灌溉系統(tǒng)要達到高的均勻度，就必須要具備較小的流量指數(shù)。理想的滴灌灌水器應該具有以下特點流態(tài)指數(shù)小，結(jié)構(gòu)簡單，生產(chǎn)、使用方便，而且，具有不同的流量，以滿足不同作物的灌溉需要。目前，滴灌系統(tǒng)所使用的灌水器按照是否具有壓力調(diào)節(jié)功能分為壓力調(diào)節(jié)灌水器和非壓力調(diào)節(jié)灌水器。理論上壓力調(diào)節(jié)灌水器的流態(tài)指數(shù)小(可以小到0)，灌水器流量對壓力不敏感，在滴灌系統(tǒng)中使用這種灌水器能夠達到比較高的灌水均勻度。然而，這種灌水器結(jié)構(gòu)復雜，不但造價高而且生產(chǎn)工藝很難控制，制造偏差大，所以這種灌水器的使用情況并不理想。國內(nèi)外有關(guān)專家、學者研究、開發(fā)灌水器的宗旨都是在減小流態(tài)指數(shù)的前提下簡化灌水器的結(jié)構(gòu)，提高灌水性能。迷宮式流道是目前使用的灌水器中眾多流道形式中性能最優(yōu)越的流道形式。常見的迷宮式流道灌水器的滴頭有管上式滴頭、管間式滴頭和內(nèi)鑲式滴頭。迷宮流道嵌在滴頭中間的圓片上或者環(huán)繞在滴頭周圍，迷宮流道主要是通過復雜的流道邊界使其中的水流紊亂以達到消能的目的，從而減小流態(tài)指數(shù)，即降低流量對壓力的敏感性。但是，這些流道是由直線段和圓弧組成的，這種方法所得到的流道邊界的復雜程度總是有限的，因為，構(gòu)造的流道邊界是基于歐氏幾何理論得到的，流道邊界總是分段連續(xù)可導的，所以導致水流紊亂的程度也是有限的。迷宮滴頭的流態(tài)指數(shù)在0.45以上。
為了達到本發(fā)明的目的，所采取的技術(shù)方案包括殼體、設在殼體內(nèi)的流道、與流道兩端口相通的入口和出口，其特征在于，流道的邊界線或中心線是分形曲線或含有分形曲線；流道的邊界線或中心線也可以有幾段相同或不同的分形曲線；上述的滴灌灌水器，其特征在于，所述流道的邊界線或中心線是Koch曲線或含有Koch曲線，其中，Koch曲線也可以有幾段；上述的滴灌灌水器，其特征在于，所述流道的邊界線或中心線是Minkowski曲線或含有Minkowski曲線，其中Minkowski曲線也可以有幾段；上述的滴灌灌水器，其特征在于，所述流道的邊界線或中心線含有Koch曲線和Minkowski曲線；
上述的滴灌灌水器，其特征在于，所述流道的邊界線或中心線的迭代次數(shù)為1-5，初始生成長度為10-100mm，流道寬度為0.5-2.0mm，流道深度為0.5-2.0mm。
本發(fā)明主要以分形幾何理論為指導，用非線性的方法來獲得復雜的流道形式，降低流態(tài)指數(shù)。本滴灌灌水器流道邊界(或中心線)為分形曲線，具有“處處連續(xù)不可導”的性質(zhì)，因而本滴灌灌水器的流道比常規(guī)的迷宮式流道具有更強的消能效果，其流態(tài)指數(shù)可以小到0.33(常規(guī)的迷宮流道滴頭流態(tài)指數(shù)通常都在0.45以上)，分形流道具有降低滴頭的壓力敏感的能力。本灌水器的流道比常規(guī)的迷宮式流道的寬度要大，挾沙能力強，具有很強的抗堵塞能力。


圖1、圖2、圖3和圖4表示的是目前使用的幾種典型迷宮流道形式。
如圖7所示為本發(fā)明的兩個例子的主視圖，這兩個例子是以Koch曲線為流道邊界線或中心線的灌水器(簡稱分形K灌水器)和以Minkowski曲線為流道邊界線或中心線的灌水器(簡稱分形M灌水器)。圖中，1為灌水器的外殼，2為灌水器的入口，3為出口，4為流道。圖8為本發(fā)明的俯視圖。
本發(fā)明以分形幾何理論為基礎，由簡單的直線段生成Koch曲線，作為灌水器流道的邊界或者中心線。具體做法以圖5為例，取定一條歐氏長度為L0(生成線段)的直線段，將它三等份之后，保留兩端的兩段，將中間的一段改成夾角為60°的兩個長為L0/3的等長直線段，如圖5中n＝1(n為迭代次數(shù))的操作；將邊長為L0/3的四段直線段分別進行三等份，并將它們中間一段改成夾角為60°的兩個長度為L0/9的等長直線段，得到如圖5中n＝2的操作；重復上述操作直至無窮，得到一條具有相似結(jié)構(gòu)的曲線，在實際中不可能進行無窮次迭代，所得到的曲線在一定的標度范圍內(nèi)是自相似的(圖形是由把原圖縮小為1/a的相似的b個圖形所組成)，具有分形特性。以生成的折線為邊或者為中心線，向兩邊或一邊擴展不同距離，就能夠形成不同寬度的縫隙作為灌水器的流道，如圖9中的流道4，
圖10為這種灌水器的剖面圖，即圖8的分形K灌水器B-B剖面圖。
圖6為另外一種具有分形特征的Minkowski曲線的形成方法，以該曲線作為流道邊界或者中心線所形成的流道如
圖11所示，
圖10為這種灌水器的剖面圖，即圖8的分形M灌水器B-B剖面圖。
分形流道的設計思路，是通過不同迭代次數(shù)來控制流道邊界的復雜程度，同時結(jié)合流道初始生成長度、流道寬度和深度三個參數(shù)控制灌水器的流量和對水流流態(tài)的影響程度，得到具有不同流態(tài)指數(shù)和流量系數(shù)的灌水器。在試驗的基礎上對不同的迭代次數(shù)、流道寬度和深度進行統(tǒng)計分析，歸納總結(jié)滴頭的流量壓力與幾何參數(shù)的函數(shù)關(guān)系，從而根據(jù)需要設計滿足不同工作需要的滴頭。通過總結(jié)灌水器流道的水力特性的影響因素以及灌水器的加工方法，確定了分形流道的設計思路，設計了具有不同的迭代次數(shù)、初始生成長度、流道寬度和流道深度的灌水器，用精密電火花數(shù)控線切割儀加工金屬滴頭。下表所示為幾種滴頭的參數(shù)。
試驗樣品的流量壓力關(guān)系

上表中“分形K”表示以Koch曲線為邊界線或中心線的流道，“分形M”表示以Minkowski曲線為邊界線或中心線的流道。
由上表可見，流態(tài)指數(shù)在0.331～0.429之間，設計的分形流道在不同的參數(shù)組合下，能夠得到不同流態(tài)指數(shù)的滴頭，這種性質(zhì)是迷宮式滴頭和以往任何類型的灌水器所不具備的。
需要說明的是，上述實施例僅僅是為說明本發(fā)明而舉出的實驗例，并不包括所有，而且，本發(fā)明形成產(chǎn)品后，流道在灌水器中的設置可以為多種形式，可采用現(xiàn)有技術(shù)中流道的任何一種設置方式，如管上式、管間式、內(nèi)鑲式或薄壁滴灌帶式等，則圖9和
圖11中所表示的就是流道的展開圖；另外，灌水器的出口和入口與殼體也可以做成一體式，如塑料或金屬注模。
權(quán)利要求
1.一種滴灌灌水器包括殼體、設在殼體內(nèi)的流道、與流道兩端口相通的入口和出口，其特征在于，流道的邊界線或中心線是分形曲線或含有分形曲線；流道的邊界線或中心線也可以有幾段相同或不同的分形曲線。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的滴灌灌水器，其特征在于，所述流道的邊界線或中心線是Koch曲線或含有Koch曲線，其中，Koch曲線也可以有幾段。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的滴灌灌水器，其特征在于，所述流道的邊界線或中心線是Minkowski曲線或含有Minkowski曲線，其中Minkowski曲線也可以有幾段。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2或3所述的滴灌灌水器，其特征在于，所述流道的邊界線或中心線含有Koch曲線和Minkowski曲線。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或2或3所述的滴灌灌水器，其特征在于，所述流道的邊界線或中心線的迭代次數(shù)為1-5，初始生成長度為10-100mm，流道寬度為0.5-2.0mm，流道深度為0.5-2.0mm。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的滴灌灌水器，其特征在于，所述流道的邊界線或中心線的迭代次數(shù)為1-5，初始生成長度為10-100mm，流道寬度為0.5-2.0mm，流道深度為0.5-2.0mm。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種用在各種滴頭、滴灌管上的灌水器，屬灌溉設備領域。為了達到本發(fā)明的目的，所采取的技術(shù)方案包括殼體、設在殼體內(nèi)的流道、與流道兩端口相通的入口和出口，其特征在于，流道的邊界線或中心線是分形曲線或含有分形曲線。本滴灌灌水器的流道比常規(guī)的迷宮式流道具有更強的消能效果，流態(tài)指數(shù)小，具有降低滴頭的壓力敏感的能力，且比常規(guī)的迷宮式流道的寬度要大，挾沙能力強，具有很強的抗堵塞能力。
文檔編號A01G25/02GK1454459SQ02117519
公開日2003年11月12日 申請日期2002年4月29日 優(yōu)先權(quán)日2002年4月29日
發(fā)明者楊培嶺, 雷顯龍, 劉洪祿, 任樹梅, 李云開 申請人:中國農(nóng)業(yè)大學