滴灌技术以其节水节能、增产增效、省时省工等优势在世界各地得到了大面积应用,推广面积仍在逐年增长。与之伴随的是灌水器的类型、田间管网布置方式等也在不断更新优化,促使滴灌技术不断走向成熟与高效经济。近年来,随着我国土地集约化管理和规模化经营的方式渐成趋势,如何降低高效节水工程亩均投资成为亟待解决的瓶颈问题之一。滴灌管(带),即滴灌系统中的毛管,作为滴灌系统核心部件之一,其在满足灌水均匀度条件下所能铺设的距离,成为了左右滴灌系统投资的关键因素之一。对于一定规模面积的工程来讲,毛管铺设距离的大幅增加,意味着支管、阀门等材料用量减少以及施工费用的降低,将有助于实现亩均投资的降低。由此,行业发展和工程应用中对于适用于长毛管铺设的灌水器及其滴灌管(带)的研发需求极为迫切。论文以内镶贴片式齿型迷宫流道灌水器为研究对象,借助Fluent软件探究了不同典型齿型结构灌水器内部水流运动特性和抗堵塞性能及其差异内因,在此基础上提出了适用于长毛管的灌水器结构优化设计思路,基于对所研发的长毛管灌水器开展水力性能测试验证,最终定型了 2种具有较优抗堵性能的长毛管灌水器,论文最后针对长毛管在田间多种铺设情景下管网优化进行了探讨。论文取得的主要结论如下:(1)在对齿型迷宫流道数值模拟过程中,采用四面体含边界层网格或混合多面体网格划分对锯齿型流道模拟精度较高,并用标准k-ε模型对计算域求解,模拟精度可控制在6.00%的误差范围内,可推荐作为齿型流道结构灌水器数值模拟时的参考设置模式在模拟试验流道深度取值范围内,通过趋势线H-q关系式看出,流道深度与流态系数和流量指数都呈正相关关系;流态指数随着齿高度的增加而减小,流量系数随齿角度的增加呈现先增加后减小的趋势;基于正交试验方案的数值模拟结果,分别构建了流态指数和流量系数与齿型灌水器关键结构参数之间的多元线性回归方程。(2)湍动能在齿型迷宫流道灌水器的每个流道单元内相同位置处的分布具有相似性,流道入口湍动能最小,最大值均出现在主流区,并且在齿尖迎水区达到最大;齿型流道灌水器的抗堵塞性能与流道内低速区域湍动能的大小有关。灌水器内部湍流动能耗散率分布与湍动能分布具有十分相似的规律,耗散最严重的区域分布在齿尖处,该区域不仅时均流的能量消耗较多,而且湍动能的耗散损失量也较大,齿尖结构对灌水器的消能效果起决定作用。相比其它齿型流道结构,N型流道灌水器提高了低速区域的湍流动能,提高了砂粒的运移速率,减小了粒子的输运距离和停留时间,通过对比发现低速区湍流能量值提高了 52%～200%,明显增强了灌水器的抗堵塞性能。(3)N型流道灌水器和圆角梯形流道灌水器都具有较好的抗堵塞性能。与圆角梯形结构灌水器相比,N型流道灌水器的抗堵塞性能更优;N型流道灌水器进水口的结构设计大大降低了砂粒进入灌水器的可能性,降低了灌水器发生堵塞的机率;定型的2种长毛管灌水器,通过实测额定流量分别为0.86 L/h和0.6 L/h,流态指数分别为与0.45和0.48;N型流道灌水器与圆角梯形结构灌水器的极限铺设距离分别为180 m与155 m,比常规滴灌带铺设距离增加一倍以上,实现了毛管长距离铺设。(4)长毛管用于滴灌系统可降低管网投资。从最不利工程条件考虑,对于长宽比为1:2的矩形灌溉管网中,通过对比三种主管铺设方式可知,“圭”形布置方式下管网投资最小;且水源位置在灌溉区域中心对称轴线上分布比角点的投资较小,长毛管滴灌带可降低管网亩投资9～13.79%左右;对于现有滴灌系统,由于工程设施及地块形状的影响,在不改变毛管铺设间距的条件下,长毛管滴灌带的应用可降低管网投资15.32%左右。