微孔混凝土灌水器形狀及其尺寸對流量的影響

李向明，楊建國

（西北農(nóng)林科技大學水利與建筑工程學院，楊凌 712100）

·農(nóng)業(yè)水土工程·

微孔混凝土灌水器形狀及其尺寸對流量的影響

李向明，楊建國※

（西北農(nóng)林科技大學水利與建筑工程學院，楊凌 712100）

為揭示微孔混凝土灌水器形狀及參數(shù)對流量的影響，提高微孔混凝土灌水器選用的合理性，該文以砂子、水泥、硅溶膠為原料，采用干壓結合霧化加濕法制備開口孔隙率為20.3%～20.5%的微孔混凝土圓片和圓管試樣，然后將2種試樣組裝成灌水器，研究微孔混凝土灌水器的形狀及參數(shù)對流量的影響。結果表明：片狀灌水器的流量隨圓片直徑增加而增大，隨圓片厚度增加而減小，片狀灌水器的單位面積流量只取決于圓片厚度，與圓片直徑無關，當水頭為3 m時，隨著圓片厚度由5 mm增至20 mm，片狀灌水器的單位面積流量由40.5 mL/(h·cm2)降至25.7 mL/(h·cm2)；管狀灌水器流量隨圓管長度和直徑增加逐漸增大，管狀灌水器的單位面積流量隨圓管厚度增加而減小，隨圓管直徑增加逐漸增大。該研究為微孔混凝土灌水器的科學應用提供了理論依據(jù)。

流量；結構；形狀；滲灌；微孔混凝土；灌水器

李向明，楊建國. 微孔混凝土灌水器形狀及其尺寸對流量的影響[J]. 農(nóng)業(yè)工程學報，2017，33(10)：130－136.

doi：10.11975/j.issn.1002-6819.2017.10.017 http://www.tcsae.org

Li Xiangming, Yang Jianguo. Influence of shape and size on flow rate of microporous concrete irrigation emitters[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering (Transactions of the CSAE), 2017, 33(10): 130－136. (in Chinese with English abstract) doi：10.11975/j.issn.1002-6819.2017.10.017 http://www.tcsae.org

0 引 言

滲灌是一種節(jié)水效果顯著的灌溉方法，早在2000多年前中國就有關于微孔陶瓷滲灌的記載[1]。上世紀末，隨著塑料工業(yè)的發(fā)展，眾多學者對滲灌的研究主要集中于塑料灌水器的結構設計、性能優(yōu)化、堵塞機理等方面[2-6]，忽視了對微孔陶瓷滲灌的研究。由于微孔陶瓷內(nèi)部大量相互連通的微孔道具有很好的毛細作用，灌溉水在經(jīng)微孔道消能后可穩(wěn)定入滲到作物根系附近的土壤中供作物吸收[7-13]，因此將微孔陶瓷制成灌水器用于滲灌不僅節(jié)水效果顯著，而且經(jīng)久耐用、造價低廉。直至今日，采用各種陶罐和瓦管進行滲灌的做法在一些干旱和半干旱國家均有使用[14-17]。

隨著微孔陶瓷滲灌的諸多優(yōu)點逐漸被認可，一些學者對微孔陶瓷滲灌的灌溉效果和影響因素進行了研究[18-23]，并提出了一些微孔陶瓷滲灌的可行方案。已有研究表明，微孔陶瓷的滲透系數(shù)和形狀尺寸參數(shù)是影響其滲水速率的2個主要因素[14,24-25]，其中滲透系數(shù)取決于微孔陶瓷的孔徑和開口孔隙率[13,17-19]。截至目前，微孔陶瓷灌水器水力性能的影響因素雖已明確，但由于滲灌用微孔陶瓷的規(guī)范化制備未得到重視，因此微孔陶瓷灌水器的滲透系數(shù)和形狀尺寸參數(shù)對水力性能的影響規(guī)律尚不明確。在微孔陶瓷滲灌的灌溉效果方面，巴基斯坦的Siyal等[21-22]將高溫燒結的微孔陶瓷管首尾相連埋入地下，研究了微孔陶瓷滲灌對土壤含水率的影響。盡管其使用的微孔陶瓷管采用手工拉坯成型，燒結溫度也未嚴格控制，但瑕不掩瑜，該研究充分證明了微孔陶瓷滲灌的優(yōu)點和可行性。近期，筆者開展了微孔陶瓷灌水器和微孔混凝土灌水器的規(guī)范化制備研究，并對 2種灌水器水力性能的影響因素及規(guī)律進行了探索。以黏土、硅藻土、爐渣、硅溶膠為原料，采用燒結法制備的微孔陶瓷灌水器具有優(yōu)異的力學和水力性能[26-28]，通過研究微孔陶瓷灌水器的滲流面積、厚度、開口孔隙率對流量的影響，擬合了微孔陶瓷灌水器的流量與滲流面積、厚度、開口孔隙率的關系函數(shù)[29]。以砂子、水泥、硅溶膠為原料，采用干壓結合霧化加濕法制備了水力性能優(yōu)異的微孔混凝土灌水器，詳細研究了砂子粒徑和水泥含量對灌水器水力性能的影響[30]。綜合對比 2種灌水器，微孔混凝土灌水器的制備原料價格低廉，制備過程無需高溫燒結，因此制造成本遠低于微孔陶瓷灌水器。

根據(jù)筆者研究已知，微孔混凝土灌水器的開口孔隙率對流量具有顯著的影響，通過改變微孔混凝土的開口孔隙率可有效調(diào)節(jié)灌水器的流量，滿足不同作物的需水量[30]。筆者近期研究發(fā)現(xiàn)，根據(jù)微孔混凝土灌水器在不同土壤中的滲水情況，以及不同作物對灌溉水的吸收特點，選用具有合適形狀和尺寸的微孔混凝土灌水器，將有助于作物對灌溉水的吸收，進一步提高微孔混凝土灌水器的節(jié)水效果。本文以片狀和管狀 2種微孔混凝土灌水器為研究對象，通過改變水力性能測試平臺的水頭、微孔混凝土圓片的直徑和厚度、微孔混凝土圓管的長度、直徑和厚度，研究微孔混凝土灌水器的結構形狀及參數(shù)對流量的影響規(guī)律，以期為微孔混凝土灌水器的應用提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料制備過程

試驗使用的原料有砂子、水泥和硅溶膠。標準砂購自廈門艾思歐標準砂有限公司，水泥（強度等級P.O52.5，水泥28 d抗壓強度＞52.5 kPa）購自浙江三獅集團特種水泥有限公司，硅溶膠（SiO2質(zhì)量分數(shù)為 25%，SiO2平均粒徑為10～20 nm，Na2O質(zhì)量分數(shù)≤0.1%）購自山東百特新材料有限公司。

向硅溶膠中添加去離子水并攪拌，得到SiO2質(zhì)量分數(shù)為 10%的稀釋硅溶膠。將標準砂過篩選出粒徑范圍為1.0～1.7 mm的砂子。將水泥和砂子按18:82的質(zhì)量比混合，倒入水泥膠砂攪拌機（JJ-5型，華錫，中國無錫）中，邊攪拌邊噴灑硅溶膠，每100 g水泥噴灑30 g硅溶膠。利用模具將攪拌好的粉料壓制成圓柱和圓管試件。將圓柱和圓管試件放入密閉的有機玻璃箱中，每天采用霧化加濕法養(yǎng)護6 h，養(yǎng)護28 d后取出[30]。將養(yǎng)護好的試件進行切割得到不同尺寸的圓片和圓管試樣，如圖 1所示。圓片試樣的厚度分別為5、10、15、20 mm，直徑分別為30、40、50、60 mm；圓管試樣的長度分別為 40、60、80、100 mm，直徑分別為60、80、100、120 mm，厚度分別為5、10、15、20 mm。

圖1 微孔混凝土圓片和圓管試樣的照片F(xiàn)ig.1 Photos of microporous concrete disk and tube specimens

利用超聲波清洗器將試樣清洗干凈，然后分別安裝于相應的塑料外殼中組裝成灌水器。圖 2給出了片狀和管狀2種灌水器的示意圖。如圖2a所示，片狀灌水器由上外殼、下外殼、圓片試樣和橡膠密封圈組成，灌水器上方設有進水口，下方敞開。圓片位于上、下外殼中間，圓片四周采用橡膠圈進行密封。在對灌水器進行流量測試時，進入灌水器的水經(jīng)由圓片向下滲流，然后在灌水器下方滴落。如圖2b所示，管狀灌水器由上外殼、下外殼、圓管試樣和橡膠墊片組成，灌水器上方設有進水口，下方封閉。圓管位于上、下外殼中間，圓管與外殼采用橡膠墊片密封。在對灌水器進行流量測試時，進入灌水器的水經(jīng)由圓管向外滲流，然后沿圓管外壁匯流而下。

圖2 微孔混凝土灌水器的示意圖Fig.2 Schematic diagram of microporous concrete irrigation emitters

1.2 測試指標與方法

利用抗折試驗機（DKZ-500型，昊銳，中國滄州）測試微孔混凝土試塊的抗折強度，試塊的尺寸為150 mm ×150 mm × 550 mm，測試結果取5個試塊的平均值。利用壓汞儀（Poremaster 60型，美國康塔）測試微孔混凝土試樣的孔徑分布，測試結果取 4個樣品的平均值。隨機從不同的圓片和圓管上取下多個小塊樣品，采用阿基米德排水法測試樣品的開口孔隙率，采用式（1）計算每個樣品的開口孔隙率，測試結果取5個樣品的平均值。

式中φ為微孔混凝土的開口孔隙率，%；ms為微孔混凝土在干燥情況下的質(zhì)量，g；mw為充水飽和微孔混凝土在空氣中的質(zhì)量，g；mf為充水飽和微孔混凝土在水中的質(zhì)量，g。

利用自行設計的水力性能測試平臺對微孔混凝土灌水器的流量進行測試。如圖 3所示，水力性能測試平臺由控制電腦、變頻穩(wěn)壓器、水箱、水泵、過濾器、壓力表、回水管、支管、毛管、質(zhì)量傳感器組成。測試時，將灌水器安裝于平臺上，采用稱質(zhì)量法測試灌水器在不同水頭的流量，每次測試時間為5 min。先對每個灌水器的流量測試 3次取平均值，然后對相同類型灌水器的流量取平均值，每種類型灌水器的測試數(shù)量不少于3個。

圖3 水力性能測試平臺Fig.3 Hydraulic performance test platform

2 結果與分析

2.1 微孔混凝土的基本物理性能

微孔混凝土圓片和圓管試樣的形狀不滿足抗折強度的測試要求，故測試標準混凝土試塊的抗折強度，結果為3.2 MPa。表1對比了微孔混凝土圓片和圓管試樣的平均孔徑和開口孔隙率。微孔混凝土圓片試樣的平均孔徑和開口孔隙率分別為2.5μm和20.3%，微孔混凝土圓管試樣的平均孔徑和開口孔隙率分別為2.6μm和20.5%。排除測試誤差的影響，可以認定圓片和圓管試樣的平均孔徑和開口孔隙率較一致，因此本文在研究灌水器的結構形狀及參數(shù)對流量的影響時，無需考慮圓片和圓管試樣的本征物理性能差異對灌水器流量測試結果的影響。

表1 微孔混凝土試樣的平均孔徑和開口孔隙率Table 1 Mean pore size and opening porosity of microporous concrete specimen

2.2 片狀微孔混凝土灌水器的流量影響因素

以圓片厚度為10 mm的片狀灌水器為例，通過改變水力性能測試平臺的水頭，研究水頭變化對片狀灌水器流量的影響。圖4給出了片狀灌水器的流量隨水頭的變化規(guī)律。如圖4所示，隨著水頭由1 m增至9 m，圓片直徑為30 mm的片狀灌水器流量由0.11 L/h緩慢增至0.63 L/h，圓片直徑為60 mm的片狀灌水器流量由0.45 L/h快速增至2.53 L/h?？梢钥闯?，水頭變化和圓片直徑變化對片狀灌水器流量均有顯著影響，隨著水頭增加，片狀灌水器的流量快速增大，而且圓片直徑越大，片狀灌水器的流量增幅越大。這可能是因為在圓片厚度確定之后，圓片的滲水孔道長度隨之確定，圓片上單位面積的滲水孔道對水流的阻力也隨之確定，此時在其他因素不變的情況下，片狀灌水器的流量隨水頭的增加而增大。隨著圓片直徑的增大，圓片中的滲水通道增加，圓片直徑較大的片狀灌水器在水頭增加時的流量增幅較大。由于片狀灌水器的流量隨水頭的增加而增大，后續(xù)在研究片狀灌水器的流量時，不再考慮水頭的影響，將水頭固定為3 m。

圖 5a給出了片狀灌水器的流量隨圓片直徑的變化規(guī)律。如圖5a所示，隨著圓片直徑由30 mm增至60 mm，圓片厚度為 5 mm的片狀灌水器流量由 0.29 L/h增至1.15 L/h，圓片厚度為20 mm的片狀灌水器流量由0.18 L/h增至0.73 L/h?？梢钥闯觯S著圓片直徑的增加，片狀灌水器的流量逐漸增大，而且流量增幅逐漸變大。將圖 5a中片狀灌水器的流量除以對應圓片的滲水面積，得到片狀灌水器的單位面積流量。圖5b給出了片狀灌水器的單位面積流量隨圓片直徑的變化規(guī)律。如圖5b所示，隨著圓片直徑由30 mm增至60 mm，圓片厚度分別為5、10、15、20 mm的片狀灌水器的單位面積流量分別保持在40.5、35.4、30.6、25.7 mL/(h·cm2)基本不變。

圖5 片狀灌水器的流量和單位面積流量隨圓片直徑和厚度的變化規(guī)律Fig.5 Flow rate and that per unit area of disk-type irrigation emitters as function of diameter and thickness of disk

對比圖5a和5b的結果可以看出，在圓片厚度不變的情況下，片狀灌水器的單位面積流量保持不變，與圓片的直徑無關；圓片直徑的增加會增大片狀灌水器的滲水面積，從而使得片狀灌水器的流量增大。由于片狀灌水器的流量等于其單位面積流量與圓片滲水面積的乘積，故準確得出片狀灌水器的流量與圓片直徑的關系函數(shù)如下：

式中Q為片狀灌水器的流量，mL/h；q為片狀灌水器的單位面積流量，mL/(h·cm2)；S為圓片的滲水面積，cm2；d為圓片的直徑，cm。由式（2）可以看出，片狀灌水器的流量隨圓片面積的增加呈線性增大，也可以理解為隨圓片直徑增加呈冪函數(shù)（R2=0.998，P<0.05）增大。

根據(jù)圖5b的結果，每組圓片厚度相同但直徑不同的4個片狀灌水器具有相同的單位面積流量，對這4個灌水器的單位面積流量取平均值，圖5c給出了片狀灌水器的單位面積流量隨圓片厚度的變化規(guī)律。如圖5c所示，隨著圓片厚度由5 mm增至20 mm，片狀灌水器的單位面積流量由 40.5 mL/(h·cm2)呈線性的緩慢降至 25.7 mL/(h·cm2)。通過分析，隨著圓片厚度增加，圓片中滲水孔道的長度增加，滲水孔道對水流的消能作用隨之增強，因此在其他因素不變的情況下，片狀灌水器的單位面積流量必然隨圓片厚度的增加逐漸減小。

2.3 管狀微孔混凝土灌水器的流量影響因素

以圓管厚度為10 mm、長度為40 mm的管狀灌水器為例，圖6給出了管狀灌水器的流量隨水頭的變化規(guī)律。如圖6所示，隨著水頭由1 m增至9 m，圓管直徑為60 mm的管狀灌水器流量由0.39 L/h緩慢增至3.13 L/h，而圓管直徑為120 mm的管狀灌水器流量由0.86 L/h快速增至7.30 L/h。可以看出，水頭變化和圓管直徑變化對管狀灌水器的流量均有影響，管狀灌水器的流量隨水頭增加而增大，而且圓管直徑越大，管狀灌水器的流量增幅越大。通過分析，在圓管厚度確定之后，圓管中滲水孔道對水流的阻力隨之確定，在其他因素不變的情況下，管狀灌水器的流量必然隨水頭的增加而增大，而且由于直徑較大的圓管內(nèi)部滲水孔道較多，其對應的管狀灌水器流量增幅自然更大。由于管狀灌水器的流量隨水頭的增加線性增大，后續(xù)在研究管狀灌水器的流量時，同樣不再考慮水頭的影響，將水頭固定為3 m。

圖6 管狀灌水器的流量隨水頭的變化規(guī)律Fig.6 Flow rate of tube-type irrigation emitters as function of water head

仍以厚度為10 mm的管狀灌水器為例，圖7a給出了管狀灌水器的流量隨圓管長度的變化規(guī)律。如圖7a所示，隨著圓管長度由40 mm增至100 mm，直徑為60 mm的管狀灌水器流量由2.09 L/h逐漸增至5.22 L/h，直徑為120 mm的管狀灌水器流量由4.86 L/h快速增至12.16 L/h。將圖7a中灌水器流量除以對應的圓管長度，得到管狀灌水器的單位長度流量。圖7b給出了管狀灌水器的單位長度流量隨圓管長度的變化規(guī)律。如圖7b所示，隨著圓管長度由40 mm增至100 mm，直徑為60 mm的管狀灌水器單位長度流量保持在520 mL/(h·cm)，直徑為120 mm的管狀灌水器單位長度流量保持在1 215 mL/(h·cm)。對圖7a和7b的結果進行分析，在圓管的直徑和厚度均確定的情況下，管狀灌水器的單位長度流量為一定值，隨著圓管長度的增加，管狀灌水器的滲水面積線性增加，因此其流量也隨之線性增大（R2=0.997，P<0.05）。另外，在圓管長度增加相同的情況下，直徑較大的管狀灌水器滲水面積增速更快，故而其流量增速也更快。

圖7 管狀灌水器的流量和單位長度流量隨圓管長度和直徑的變化規(guī)律Fig.7 Flow rate and that per unit length of tube-type irrigation emitters as function of length and diameter of tube

將圖7b中的管狀灌水器單位長度流量除以對應的圓管周長，得到管狀灌水器的單位面積流量。圖7c給出了管狀灌水器的單位面積流量隨圓管直徑的變化規(guī)律。如圖7c所示，隨著圓管直徑由60 mm增至120 mm，厚度為5 mm的管狀灌水器單位面積流量由35.2 mL/(h·cm2)緩慢增至37.9 mL/(h·cm2)，增幅僅為7.7%；而厚度為20 mm的管狀灌水器單位面積流量則由 14.2 mL/(h·cm2)顯著增至20.8 mL/(h·cm2)，增幅高達46.5%。可以看出，在圓管厚度不變的情況下，隨著圓管直徑的增加，管狀灌水器的單位面積流量逐漸增大，而且圓管厚度越大，管狀灌水器的單位面積流量增幅越大。在圓管直徑不變的情況下，隨著圓管厚度由5 mm增至20 mm，直徑為80 mm的管狀灌水器單位面積流量由 36.7 mL/(h·cm2)顯著降至17.9 mL/(h·cm2)（P<0.05），直徑為 100 mm 的管狀灌水器單位面積流量由37.4 mL/(h·cm2)顯著降至19.7 mL/(h·cm2)（P<0.05）。可以看出，在圓管直徑不變的情況下，隨著圓管厚度增加，管狀灌水器的單位面積流量顯著減小。

通過觀察圖7c中各曲線的變化規(guī)律發(fā)現(xiàn)，圓管的直徑越大，圓管直徑變化對管狀灌水器單位面積流量的影響程度越小。以厚度為20 mm的管狀灌水器為例，當圓管直徑由60 mm增至80 mm時，管狀灌水器的單位面積流量由14.2 mL/(h·cm2)快速增至 17.8 mL/(h·cm2)，增幅高達25.4%；當圓管直徑由80 mm增至100 mm時，管狀灌水器的單位面積流量由 17.8 mL/(h·cm2)增至 19.7 mL/(h·cm2)，增幅為10.7%；當圓管直徑由100 mm增至120 mm時，管狀灌水器的單位面積流量由 19.7 mL/(h·cm2)緩慢增至20.8 mL/(h·cm2)，增幅僅為 5.6%。

對比圖7c和圖5b進一步發(fā)現(xiàn)，即便圓管與圓片的厚度相等，管狀灌水器的單位面積流量始終小于片狀灌水器，只是隨著圓管直徑的增加，管狀灌水器的單位面積流量會向片狀灌水器趨近。上述現(xiàn)象是由于圓片和圓管的形狀不同造成的。對于圓片試樣來說，其上、下表面的面積相等，灌溉水在由上向下滲流過程的實時滲水面積始終等于圓片的表面積，因此片狀灌水器的整體滲水面積即為圓片的表面積。對于圓管試樣來說，不論其直徑和厚度如何變化，其結構特點決定了圓管的內(nèi)表面積必然小于外表面積，灌溉水在由內(nèi)向外滲流過程的實時滲水面積逐漸增大，因此管狀灌水器的整體滲水面積是介于圓管內(nèi)、外表面積之間的一個值。根據(jù)筆者已有的研究[29]，一種材料的滲水性能取決于該材料的開口孔隙率、厚度和滲水面積，而以“單位面積流量”來評價材料的滲水性能就意味著排除了滲水面積的影響，因此在材料厚度不變的情況下，材料的滲水性能完全取決于其自身的開口孔隙率。在本文的研究中，由于微孔混凝土圓片和圓管試樣具有相同的開口孔隙率，因此當圓片和圓管的厚度相等時，管狀灌水器的理論單位面積流量等于片狀灌水器的單位面積流量，即圖5b既是片狀灌水器的單位面積流量，又是管狀灌水器的理論單位面積流量。然而根據(jù)前面的分析，管狀灌水器的整體滲水面積小于圓管的外表面積，而圖7c中管狀灌水器的單位面積流量恰恰是利用圓管外表面積計算而來的，因此管狀灌水器的實際單位面積流量（圖7c）必然小于其理論值（圖5b）。

基于上述分析，對管狀灌水器單位面積流量的變化規(guī)律進一步分析。當圓管的內(nèi)、外表面積差異較大時，管狀灌水器的整體滲水面積遠小于圓管的外表面積，此時管狀灌水器的單位面積流量（圖 7c）也遠小于其理論值（圖5b）。隨著圓管厚度減小或直徑增大，圓管的內(nèi)、外表面積之差減小，管狀灌水器的整體滲水面積與圓管外表面積之差也隨之減小，此時管狀灌水器的單位面積流量（圖7c）逐漸趨近于理論值（圖5b）。以直徑為60 mm的圓管為例，厚度為5、10、15、20 mm的4種圓管的內(nèi)、外表面積之比分別為 0.69、0.44、0.25、0.11，此時管狀灌水器的單位面積流量與理論值之差分別為5.32、8.25、10.32、11.47 mL/(h·cm2)?？梢钥闯觯瑢τ谕恢睆降膱A管，隨著圓管厚度的增加，圓管內(nèi)、外表面積之差逐漸增大，管狀灌水器的單位面積流量逐漸減小。再以厚度為20 mm的圓管為例，直徑為60、80、100、120 mm的4種圓管的內(nèi)、外表面積之比分別為0.11、0.25、0.36、0.44，此時管狀灌水器單位面積流量與理論值之差分別為11.47、7.81、6.04、4.95 mL/(h·cm2)。由此可見，對于同一厚度的圓管，隨著圓管直徑的增加，圓管內(nèi)、外表面積之差逐漸減小，管狀灌水器的單位面積流量逐漸增大。

3 結論與建議

本文以砂子和水泥為原料，以硅溶膠為模壓黏結劑，采用干壓結合霧化加濕法制備了微孔混凝土圓片和圓管試樣。將 2種試樣分別組裝成灌水器，詳細研究了微孔混凝土灌水器的結構形狀及參數(shù)對流量的影響規(guī)律。結果表明：

1）片狀灌水器的流量隨圓片面積的增加而增大，隨圓片厚度增加而減小。片狀灌水器的單位面積流量完全取決于圓片的厚度，與圓片的直徑變化無關。當水頭為3 m時，隨著圓片厚度由5 mm增至20 mm，片狀灌水器的單位面積流量由 40.5 mL/(h·cm2)逐漸降至 25.7 mL/(h·cm2)。

2）管狀灌水器的流量隨圓管長度和直徑增加逐漸增大，隨圓管厚度增加逐漸減小。圓管直徑和厚度變化對管狀灌水器的單位面積流量均有影響，管狀灌水器的單位面積流量隨圓管厚度增加逐漸減小，隨圓管直徑增加逐漸增大。

本文的研究為微孔混凝土灌水器的科學應用提供了理論依據(jù)。在實際灌溉時，根據(jù)本文的研究結果，選用具有合適結構形狀及參數(shù)的微孔混凝土灌水器，將有助于作物對灌溉水的吸收，進一步提高微孔混凝土灌水器的節(jié)水效果。

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通過調(diào)整燃燒器擺角，改變火焰中心位置，從而影響輻射、對流受熱面吸熱比例及爐膛上部受熱面不同位置吸熱量。燃燒器初始位置向下傾斜15°，將前墻的1#、4#角燃燒器擺角調(diào)整至水平位，2#、3#角擺角不變記工況1；1#、4#角燃燒器擺角至向上傾斜5°記工況2，調(diào)整后汽溫變化情況如表2所示。1#、4#角燃燒器擺角抬高至水平位后，分隔屏、后屏出口汽溫偏差明顯減小，其中分隔屏出口汽溫偏差降低6℃，后屏出口汽溫偏差降低10℃；繼續(xù)調(diào)高燃燒器擺角，偏差有增加趨勢。

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Influence of shape and size on flow rate of microporous concrete irrigation emitters

Li Xiangming, Yang Jianguo※
(College of Water Resources and Architecture Engineering, Northwest A&F University, Yangling712100,China)

Microporous concrete irrigation emitters possess excellent hydraulic performance. The influence of opening porosity on the flow rate of the microporous concrete irrigation emitters has been studied in detail, while the influence of structural shape and parameters on the flow rate of microporous concrete irrigation emitters remains unclear. The water requirement of different crops could be satisfied by adjusting the opening porosity to change the flow rate of the microporous concrete irrigation emitters. In order to make the further improvement of irrigation effect and make rational use of the microporous concrete irrigation emitters, the study in this paper was focused on revealing the influence of shape and parameters on the flow rate of microporous concrete irrigation emitters. We took sands and cement as raw materials and silica solution as adhesive, and prepared 2 kinds of microporous concrete specimens with mean pore size of 2.5-2.6μm, opening porosity of 20.3%-20.5% and flexural strength of 3.2 MPa by using a combined technique of dry pressing and atomizing humidifying curing, and then 2 types of irrigation emitters were made by assembling the disk and tube specimens respectively in plastic casings. The irrigation emitters were installed on the hydraulic performance test platform, and then the flow rate of the 2 types of irrigation emitters was measured. By changing the water head of the hydraulic performance test platform, the diameter and thickness of the disk, the length, diameter and wall thickness of the tube, the influence of structural shape and parameters on the flow rate of microporous concrete irrigation emitters was studied systematically. For the disk-type irrigation emitters, the flow rate increased with the increase of disk diameter while decreased with the increase of disk thickness, the flow rate per unit area depended completely on the disk thickness but had nothing to do with the disk diameter. When the water head was 3 m, the flow rate per unit area of the disk-type irrigation emitters decreases gradually from 40.5 mL/(h·cm2) to 25.7 mL/(h·cm2) as the disk thickness increased from 5 mm to 20 mm. For the tube-type irrigation emitters, the flow rate increased gradually with the increase of length and diameter of the tube while it decreased gradually with the increase of wall thickness,the flow rate per unit area was great impacted by both diameter and the wall thickness of the tube. Basically, the flow rate per unit area of the tube-type irrigation emitters decreased obviously with the increase of wall thickness but increased gradually with the increase of tube diameter. Though the thickness of disk and tube was the same, the flow rate per unit area of the tube-type irrigation emitters was always lower than that of the disk-type irrigation emitters. As the tube diameter increased, the flow rate per unit area of the tube-type irrigation emitters increased gradually and got closer and closer to the flow rate per unit area of the disk-type irrigation emitters. When the water head was 3 m, as the tube diameter increased from 60 mm to 120 mm,the flow rate per unit area of the tube-type irrigation emitters with wall thickness of 5, 10, 15, 20 mm increased gradually and reached to their respective theoretical value of 40.5, 35.4, 30.6 and 25.7 mL/(h·cm2). The results in this paper provide valuable information for scientific use of microporous concrete irrigation emitters. In the actual process of irrigation, according to the results in this study, selecting and using microporous concrete irrigation emitters with suitable shape and parameters will be conducive to water absorption of crop, and also be helpful to improve water-saving effect of the microporous concrete irrigation emitters.

flow rate; structure; shapes; subirrigation; microporous concrete; irrigation emitters

10.11975/j.issn.1002-6819.2017.10.017

S275.4；TU528

A

1002-6819(2017)-10-0130-07

2016-09-13

2017-03-10

國家自然科學基金項目（51479172）；山東省自然科學基金重點項目（ZR2016JL020）；陜西省水利科技項目（2015slkj-10）

李向明，山東煙臺人，副教授，主要從事節(jié)水灌溉新材料研究。楊凌 西北農(nóng)林科技大學水利與建筑工程學院，712100。

Email：li_xiangming1981@126.com

※通信作者：楊建國，陜西澄城人，副教授，主要從事農(nóng)村供排水與灌溉工程技術研究。楊凌 西北農(nóng)林科技大學水利與建筑工程學院，712100。

Email：yjg632003@nwsuaf.edu.cn