浇水世界



在美国的旱灾地区许多养殖场依靠滴灌的种植作物的节水方法。这些系统通过长细管横跨农田伸展抽水。数百沿着每个管滴入水的长度硬币大小滴头的直接安装在工厂的基础。农民可以控制浇水的时间和量,如作物需要仅输送尽可能多的水。

在bt365手机的工程师已经找到一种方法减半,削减的太阳能滴灌系统的成本通过优化滴头。此外,这些新的滴头可以减半灌溉所需的泵浦功率,降低能源法案,为农民。图为是电流滴灌系统的一个例子。

滴灌可多达60%的减少的一个农场的水消耗和由90%提高农作物的产量,与传统的灌溉方法相比。但这些系统是昂贵的,特别是在它们的价格农民每亩超过3000 $安装离网环境。

现在bt365手机的工程师已经找到一种方法减半,削减的太阳能滴灌系统的成本通过优化滴头。此外,这些新的滴头可以减半灌溉所需的泵浦功率,降低能源法案,为农民。球队改性在于显著减少了通过整个系统以泵送水所需的压力的方式滴头的尺寸,同时还提供的水的量相同。

该小组由阿莫斯冬天,机械工程助理教授,主导计划进一步修改系统的上游,优化管道,过滤器,水泵,太阳能发电系统,最终使滴灌实惠在世界发展中地区的农民。

“许多小农户在印度做了一年只有几百美元,所以滴灌系统是他们的价格点以外的方式,” Amos说。 “低成本滴灌系统能帮助他们提高产量和收入,使他们能够摆脱贫困的怪圈。”

该小组已发表了滴头设计的工程理论 公共科学图书馆之一。 该论文的共同作者是第一作者,研究生pulkit shamshery,前bt365手机博士后偌王茜,和本科生戴维斯TRAN。

“银弹”

今天,农民在印度和其他发展中地区的世界主要采用大水漫灌,涉及与重定向河流或地下水淹没田地一个古老的,低技术含量的方法种植农作物。而这种方法的成本,农民在何时以及有多少浇灌庄稼几乎无法控制。漫灌效率也很低,因为大部分的水不是采取了由植物或者蒸发或排走。

“这里的银弹是滴灌......但它的价格惊人,”冬说。 “主要的成本驱动因素是泵和动力系统。这为我们的研究项目奠定了基础:我们可以作出这样的操作在低得多的压力,从而切断了泵浦功率和资本成本滴头“?

要做到这一点,研究人员着手表征现有的“压力补偿”滴头的行为 - 滴头设计,以保持恒定的流量,而不管所应用的初始水压力。这样的功能使每个滴头沿管递送相同水流遍布田间,无论个人滴头有多远是从中央泵。    

最常规的滴灌系统被设计成在至少1巴的压力下操作的滴头。维持该压力需要能量,其构成在离网滴灌系统的主要的资本支出,并在并网系统中的主要的重复成本。冬shamshery旨在设计压力补偿滴头在0.1 bar操作 - 商业系统的压力的十分之一。这种减少可以减少一半都通过滴头抽水所需的功率和离网滴灌系统的资金成本。

 

不断发展的点滴

该研究小组着手表征产生的压力补偿滴头效果的功能。要做到这一点,他们首先产生的常规压力补偿滴头的MATLAB中的模型,数值计算程序,使研究人员可以更改模型的尺寸,以产生行为的改变。在这种情况下,shamshery研究流经建模滴头水动力学,然后想出了一个数学描述来解释滴头的内部功能如何影响流体流动和水压。

shamshery然后再加上一个遗传算法的数学模型 - 模拟的进化,在这种情况下的计算机程序,各种参数在滴头。例如,该球队选择的范围内的尺寸为某些特征的和在模拟测试其流动特性。它们丢弃所产生不期望的水的压力的那些尺寸,并保持更好的表演者,它们反馈到算法具有一组新的尺寸。 

“我们让这种演变经过多代,” shamshery解释。 “你最终表达,给你不错的表现特征和几何形状,和你杀死,给你不好的性能特征。”

它们的进化滴头的尺寸所产生的初始压力低至0.15巴的最佳流速的几何形状。使用这些最佳尺寸,制作团队的几个滴头原型,并在实验室测试了它们,与它们匹配的模拟的结果。

去太阳

冬天现正与美国国际开发署(USAID)和耆那教,滴灌系统的主要制造商,以测试在摩洛哥和约旦,在那里,他说,有一个推转移农民滴灌优化滴头工作。

“这些滴头,贫困农民现在可以种植高价值作物,如淡季作物,他们不能生长,除非他们有雨,赚更多的钱,试图摆脱贫困,”冬说。 “在像加州的地方,用停电的历史,这意味着耗水量不仅少,但较少的能源[使用]农业。”

接下来,研究小组计划优化滴灌系统,这将进一步降低系统的成本的其余部分。研究人员将试点在约旦的太阳能滴灌系统和摩洛哥与美国国际开发署在未来两年。

“原来有离网情况下,一个巨大的尚未开发的市场,”温特说。 “如果你看一下在发展中国家,大约有半个十亿小农场2.5十亿人。对他们来说,这种技术可能是一个改变游戏规则“。

这项研究在美国国际开发署,Jain Irrigation公司,以及技术和设计bt365手机塔塔中心部分得到了支持。