水肥一体化具有施肥均匀、水肥利用率高以及能有效减轻土壤和环境的污染等优点,是农作物高产、高效和优质的一种重要技术手段。施肥装置是水肥一体化系统的重要组成部分之一,文丘里施肥器由于结构简单、经济实惠以及无需外部动力等优点被作为一种常用灌溉施肥装置在我国广泛应用;但是在实际应用过程中,文丘里施肥器还存在难以实现肥液浓度的自动连续可调以及在调节过程中装置损耗过大等问题。针对以上问题,设计了一种基于文丘里施肥器的变量施肥调控装置,实现肥液浓度的在线连续可调,其主要研究内容如下:(1)运用CFD数值模拟技术对文丘里施肥器的喉部的结构参数进一步的优化,通过对比结构参数对吸肥性能影响,确定了一组能满足低压灌溉系统的结构参数组合,并将其通过3D打印技术试制成样品,通过试验实测的方式对其进行了验证,试验结果表明该文丘里施肥器进口压力在0.05 MPa下,肥液浓度最大可达9.3%,能满足实际灌溉的需求。(2)在上述优化后的文丘里施肥器的基础上,在施肥器吸肥口处设计一种文丘里施肥器变量施肥调控装置,该装置主要是由针型阀、直流电机以及控制主板等组成,其中针型阀安装于吸肥管和吸肥口之间,通过直流电机控制针型阀的开度。通过试验验证了该装置能实现肥液浓度从0到最大的连续调节;为了有效地缩短装置的响应时间,直流电机转速采用变速调节,并通过试验验证了直流电机电压与转速呈现线性关系且R~2>0.99。(3)在文丘里施肥器变量施肥调控装置的硬件结构基础上,对其控制电路进行了设计,并采用模糊控制的方法实现了肥液浓度的在线调控,通过大量的试验验证了该装置可以实现肥液浓度的连续可调,且稳定后的肥液浓度差值最大为0.2%,装置的响应时间在5.3~8.4 s之间,均可以满足实际灌溉的需求,并对该装置进行了安全性试验验证,结果表明该装置安全性能达到100%。综上所述,通过对文丘里施肥器的结构参数进行优化,并基于优化后的文丘里施肥器上,设计了一种变量施肥调控装置,通过对其整机试验分析,实现肥液浓度的在线快速的连续可调,而且执行机构为直流电机控制针型阀进行开度控制,降低了施肥装置的损耗,在实际灌溉中,文丘里施肥器变量调控装置可以实现根据作物实际的需水需肥规律进行变量施肥,不仅可以补充文丘里施肥器进行变量施肥的理论与方法,有效解决其施肥浓度固定且受主管水压影响的问题,而且还拓宽了文丘施肥器的应用范围,为水肥灌溉精细管理开辟一条新途径,对精准农业和高效施肥具有重要理论价值和现实意义。