[发明专利]一种高效松土反梯度湿润交替灌溉渗水装置及其设计方法

权利要求书

1.一种高效松土反梯度湿润交替灌溉渗水装置的设计方法，其特征在于，包括如下步骤：

(1)根据灌溉需求确定渗水装置的核心功能；

(2)以渗水装置的核心功能为设计目标，建立渗水装置的几何模型；

(3)依据渗水装置的几何模型构建渗水装置的流道模型，并对流道模型进行网格划分和边界条件设定；

(4)利用软件模拟渗水装置流道内流体的流动；

(5)分析渗水装置流道内流体的流动模拟结果；

一种高效松土反梯度湿润交替灌溉渗水装置，包括植株坑，干管，三叉水管接头，对称分布在干管两侧的两组支管组件；支管组件放置在植株坑内，三叉水管接头的一个端口与干管连接，三叉水管接头的其余两个端口分别与两组支管组件连接；支管组件包括多条环形软水带、多个渗水头和依次连接在一起的阀门、弯头、支管；阀门的端口与三叉水管接头的一个端口连接，多条环形软水带沿着支管的轴向方向依次固定在支管上，渗水头安置在环形软水带的端部；

步骤(4)中的软件为Comsol Multiphysics软件，根据渗水装置中流道的尺寸和渗水头出水截面面积的大小，利用Comsol Multiphysics软件对渗水装置中整个流道模型进行网格划分；

步骤(3)中边界条件设定：

入口设定：显示假设方程(u＝-U₀n)；法向流入速度(U₀＝0.5m/s)；

出口设定：

显示假设方程抑制回流压力(p₀＝0Pa)；

重力矢量g：x＝0m/s²，y＝0m/s²，z＝-9.8m/s²。

2.根据权利要求1所述的一种高效松土反梯度湿润交替灌溉渗水装置的设计方法，其特征在于，植株坑内设有土壤，支管插入土壤内，环形软水带位于土壤内，植株种植在两组支管组件的环形软水带所围成的区域内。

3.根据权利要求1所述的一种高效松土反梯度湿润交替灌溉渗水装置的设计方法，其特征在于，采用强化研磨加工工艺处理后的支管的外管壁设有喷漆防腐层，支管的外管壁均匀分布有微圆凹坑。

4.根据权利要求1所述的一种高效松土反梯度湿润交替灌溉渗水装置的设计方法，其特征在于，环形软水带的内壁光滑，环形软水带的外表光滑平整无褶皱，环形软水带的两端均设有金属接头，环形软水带的一端通过金属接头与支管连接，环形软水带的另一端通过金属接头与渗水头连接。

5.根据权利要求1所述的一种高效松土反梯度湿润交替灌溉渗水装置的设计方法，其特征在于，步骤(1)中渗水装置的核心功能包括高效松土、反梯度湿润土壤、交替灌溉植株。

6.根据权利要求5所述的一种高效松土反梯度湿润交替灌溉渗水装置的设计方法，其特征在于，步骤(2)中将高效松土、反梯度湿润土壤作为渗水装置的核心功能，建立渗水装置几何模型的过程包括如下步骤：

渗水装置的支管的中心线垂直于地面，渗水装置的支管的长度大于植株坑的深度，支管上设有多条由上往下分布的环形软水带，环形软水带的端部设有渗水头；然后将渗水装置的支管、环形软水带、渗水头均埋在植株坑中，环形软水带水平放置；将植株种植在环形软水带所围的区域内；

植株坑呈圆柱体状，植株坑的底面半径为R₁、深度为H，植株坑的体积V₁，V₁＝πR₁²H；环形软水带的长度为四分之一圆弧长，圆弧对应的圆半径为R₂，环形软水带的内径为d，R₂小于R₁；计算出松土体积V₂及松土体积占植株坑体积的比例τ：

其中：i为环形软水带根数。