基于C#与OpenGL喷头水量分布动态模拟及组合优化

节水中心2012届硕士研究生张洋，在导师韩文霆研究员的指导下，经过三年努力完成基于C#与OpenGL喷头水量分布动态模拟及组合优化。

研究方向：农业电气化与自动化

摘  要

淡水资源贫乏、农业用水效率低，节水灌溉技术已成为世界灌溉技术的发展方向。喷灌以其节水、增产、适应性强、易于推广等优点成为目前世界上广泛采用的节水灌溉技术之一。喷灌水量分布对喷头水力性能的测试和喷灌系统的评价尤为重要。目前已有的模拟喷头水量分布的模型中大部分只考虑一种或两种影响因素，无法实现在复杂工况下对喷头水力性能的测试和喷灌系统的评价分析。为方便喷头水力性能测试和喷灌系统的评价、设计，本文对如何实现喷头在各种压力、风速、坡度、不同竖管高度等复杂工况下的喷灌水量分布动态模拟及复杂工况下喷灌系统组合优化设计进行了研究。主要研究内容及结论如下： （1）借鉴黄修桥对喷洒水滴进行受力分析的方法，在坡地环境下对喷洒水滴进行受力分析并运用牛顿第二定律建立了坡地环境下的水滴运动方程。该方程同时考虑了风和坡度对喷洒水量分布的影响，更具有通用性。特别是在坡度为 时，该方程的形式与黄修桥建立的水滴运动方程的形式一致。 （2）将水滴运动方程与压力-水量分布模型进行链接，实现复杂工况下的单喷头喷灌水量分布的动态模拟。以多个工作压力下试验测得雨量筒数据为基础数据，通过插值、喷洒水滴定位等操作动态模拟复杂工况下的单喷头水量分布数据。 （3）利用上述动态模拟得到的单喷头水量分布数据，结合喷灌系统组合水量分布计算模型计算各种组合方式及组合间距的组合水量分布，以喷灌均匀度为评价指标，评价各种组合方式及组合间距下的喷灌质量。 （4）根据以上模型，在Visual Studio 2008开发环境中，以C#和OpenGL为开发语言，开发一套集喷头水力性能测试及喷灌系统评价、设计于一体界面友好的软件系统。系统可以实现数据存取、单喷头模拟、喷灌系统模拟等功能，并将模拟的结果图形化输出，生动形象。该系统可以直接应用于生产实践，测试喷头水力性能，评价、设计喷灌系统。

关键词：喷头；水量分布；坡度；动态模拟；OpenGL