针对常规滴灌灌水器的类型、工作原理和应用模式等特点以及“计划被动出水”的滴水方式,本论文在查阅分析了国内外大量有关土壤负压、滴头结构、消能原理和使用功能以及灌溉效果等相关文献资料的基础上,采用理论分析、室内外试验测试和数值模拟计算相结合的方法,对不同的土壤类型、土壤容重和土壤含水量等条件的土壤负压变化、非饱和土壤水分运动、土壤水势与作物生理的关系、滴头结构优化、水力性能以及微尺度内部流场的数值模拟等开展研究,主要结论如下:　　(1)通过沙土、壤土和粘土等不同的土壤类型、土壤容重和土壤含水量等指标与土壤负压的关系试验,研究表明:相同土壤初始含水量条件下,随土壤容重的增加,土壤负压逐渐减小,且对土壤负压变化的影响越敏感;对于任意容重的粘土、壤土和沙土,粘土的田间持水量最大,约在25％~34%范围,沙土的田间持水量最小,约为15%~23%范围,壤土介于粘土和沙土中间,约为21%~28%,与田间持水量值相对应的土壤水势也随着土壤颗粒质地粘性的减小而增大,粘土的土壤水势最低,约在-16~-13kPa的范围,沙土的土壤水势最高,约在-8~-7kPa的范围。　　(2)结合作物根区的土壤水分环境,分析了沙土、壤土和粘土等类型土壤的水~土~根的界面交互关系,用土壤水势作为控制灌溉指标时,提出土壤水势-20~-60kPa是维持作物正常生长的土壤水势的合理范围。　　(3)从土壤水分运动规律和能量角度出发,考虑充分利用土壤负压作为自动调流的控制动力,对常规滴头进行结构优化,通过增添能够感知土壤水分含量、智能化控制灌溉和流量自动调节的特殊结构部件,构建了具有滴水流量补偿、滴水流量自适应2种功能型滴头的应用模式,以土壤含水量为控制条件,以作物实际需水量为控制目标,用土壤负压的变化来实时控制滴头的出流状态,并始终与土壤实际水分状况自动相适应,实现土壤的“按需主动取水”。　　(4)通过平面弹性膜片在不同模拟土壤负压时产生不同挠度曲率变形和膜片中心点偏移量、硬度指标对耐压~形变关系的影响试验,分析得出硬度为邵氏A60弹性体的变形量与滴头内部结构的尺寸配合较为适宜,能够实现较好的通水、断水等自动调节效果,为弹性膜片的材料配方和硬度指标选择、自动调流式滴头模型控制部件的配合间隙度确定奠定了科学基础。　　(5)试验得出自动调流式滴头整体上具有较好的水力性能,建立了自动调流式滴头在微压供水和土壤负压共同作用的流量变化特征。流量补偿模式下,在供水压力为100 kPa时,自动调流式滴头的额定平均流量为14.71L/h,流量偏差系数为9.79%,能够较好地满足灌水定额稍大的作物或经济林灌溉需求;流量自适应模式下,在供水压力100 kPa、土壤负压10kPa共同作用下,自动调流式滴头的平均流量为13.65L/h,流量偏差系数为9.84%,流量均匀性好。　　(6)探讨了自动调流式滴头出流状态和滴水量实时调节的变化过程,在适宜供水压力30~50kPa的微压供水和自动调流式滴头所处实际土壤水分环境的综合条件下,自动调流式滴头的实时滴水流量随着土壤水分干湿状况的变化在0~11.22L/h范围内自动多次往复调节变化,且在多次、往复自动调节过程中,对于同一供水压力和土壤负压条件下的出流稳定、滴水流量变化率小,流量变化率的最大值小于7%,具有较好的“精准”灌溉效果,节水、节能优势明显。　　(7)在适宜供水压力30kPa、40kPa和50kPa和0.5mm、1.0mm、1.5mm、2.0mm共4个不同膜片开度条件下,对自动调流式滴头的流量控制体进行平角齿形流道的内流流场仿真数值模拟,从微尺度提示了平角齿形流道的内部水流运动规律和水流压力场、速度场的分布特性,并分析验证了自动调流式滴头的适宜工作压力及取值范围,得出自动调流式滴头的平角齿形流道在适宜工作压力下,在各消能齿单元处会产生独立的水流漩涡,容易引起灌溉水中杂质颗粒的累积、造成堵塞。　　(8)把自动调流式滴头的平角齿形流道优化改进为圆角齿形流道,对内部水流压力场、速度场的分布规律和水流运动特性进行数值模拟,分析得出圆角齿形道能较好地消除了其内部的水流低速区和漩涡区、减少灌溉水流的固体颗粒运动过程中在流道中的沉淀、聚结,有效地提高滴头的抗堵塞性能,并保证了消能流道的过水能力和自动调流式滴头的设计最大额定流量,为滴头的流道结构优化、水力性能提高提供了理论依据。