国家自然科学基金申请书
项目名称：污水滴灌灌水器内液-固-气多维耦合流场特征与堵塞规律
节水产品快速开发与流场数值模拟研究
水资源短缺是世界各国面临的重大难题，污水滴灌是缓解该问题的有效途径。然而，污水滴灌时灌水器堵塞种类繁多、堵塞程度严重，成为制约该项技术推广应用的主要瓶颈。本项目以污水中多种堵塞介质的微观水力特性为研究对象，对灌水器内液-固-气多维耦合流场特征及堵塞规律进行基础科学研究。具体内容包括：理论分析与计算污水滴灌灌水器内水流流态、固相和气相堵塞介质存在形态与运移规律以及液-固-气相间作用规律；研究污水滴灌灌水器内固-液、气-液、液-固-气多流场的计算流体动力学建模及其边界与初始条件；通过实验室“长周期”堵塞试验，建立基于滴灌工艺、堵塞介质物理属性、流道结构多因素复杂耦合的灌水器堵塞定量预测模型。本项目旨在揭示污水滴灌中的灌水器堵塞规律，为有效控制污水滴灌的堵塞难题和研制出新型污水滴灌抗堵塞灌水器奠定理论和技术基础。
污水滴灌；灌水器堵塞；液-固-气多相流；计算流体力学；堵塞试验
关 键 词(用分号分开，最多5个)
[此处图片未下载成功]
国家自然科学基金申请书
项目组主要成员（注: 项目组主要成员不包括项目申请者，国家杰出青年科学基金类项目不填写此栏。）
编号 1 2 3 4 5 6 7 8 9
姓 名 董文楚 杨中华 刘洁 芦刚 邓石胜 孙宏
出生年月 1941-2-1 1977-2-14 1972-7-26 1982-4-14 1983-10-19 1982-7-1://www.wendangwang.com/doc/0c22cacc4427ef1830d180aepar
性别男 男 女 男 男 男
职 称 教授 讲师 讲师 博士生 硕士生 硕士生
学 位 学士 博士 硕士 学士 学士 学士
单位名称
武汉大学 武汉大学 华中科技大学 华中科技大学 武汉大学 华中科技大学
总人数 7
说明: 高级、中级、初级、博士后、博士生、硕士生人员数由申请者负责填报（含申请者），总人数自动生成。
高级 1
中级 2
初级 0
博士后 1
博士生 1
硕士生 2
电话 027-6877606
-61366762
-87557042
-87541145
-87888530
-87541145
电子邮件
@http://www.wendangwang.com yang_zh@http://www.wendangwang.com liu_jier@http://www.wendangwang.com aimulalg@http://www.wendangwang.com ssdeng1983@http://www.wendangwang.com sunego@http://www.wendangwang.com
项目分工 水力理论与水力建模与试验验证 堵塞试验装置研制 灌水器多相堵塞试验实多相流模拟的实现
作时间（月） 6 4 6 10 10 10
第 3 页 版本1.007.676
经费申请表 （金额单位：万元）
科目
一.研究经费 1.科研业务费
（1）测试/计算/分析费 （http://www.wendangwang.com/doc/0c22cacc4427ef1830d180ae2）能源/动力费 （3）会议费/差旅费
（4）出版物/文献/信息传播费 （5）其它 2.实验材料费
（1）原材料/试剂/药品购置费 （2）其它 3.仪器设备费 （1）购置 （2）试制 4.实验室改装费 5.协作费
二.国际合作与交流费 1.项目组成员出国合作交流 2.境外专家来华合作交流 三.劳务费 四.管理费
合 计
申请经费
.400014.50006.50003.00002.50002.5000 6.70006.7000 4.5000 4.50001.7000 1.50001.5000 3.60001.500034.0000
试验用灌水器结构、尺寸测试，试验用各级污水成分、含量的试验测量。
加工、实验、数值模拟中的水、电及其他能源/动力损耗。
项目研究过程中试验调研、参加国内学术会议等活动中的会务、交通和通讯等费用。
查阅、复印、购买相关文献，发表论文，信息检索等费用。
试验用灌水器、管件等原材料，多结构灌水器原型的成形材料以及试验水源等。
自行试制实验室污水滴灌灌水器“长周期”堵塞试验测试平台。
实验室的水、电改装，模拟用计算机软硬件的升级
-2人次参加国际灌排会议或学术交流
人×3年×4000元/人年
.00000.00000.0000
备注（计算依据与说明）
国家其他计划资助经费
与本项目相关的 其他经费来源
其他经费资助（含部门匹配）
其他经费来源合计
报告正文
（一）立项依据与研究内容（4000~8000）
.1项目的立项依据
水资源短缺是世界各国面临的重大难题，而污水滴灌是缓解这一问题的有效途径[1,2]。在我国，（1）应用污水灌溉已有近千年的历史，在欧洲也有将近一个世纪[3]。这种古老方法的现实意义http://www.wendangwang.com/doc/0c22cacc4427ef1830d180ae在于：可从灌溉用水中置换出等量优质水，如果污水灌溉的规模提高到年排放量的50%，则置换出的优质水量将相当于2～3个南水北调工程；（2）利用污水进行灌溉，可充分利用土壤的降解能力减小对江、河、湖泊等有限水资源的污染；（3）对比常规水，污水中的氮、钾等元素可明显促进作物生长。
世界范围内，以色列、美国等国对污水滴灌进行了推广应用。特别是以色列，全国80%的污水经过净化后用于农业和城市园林滴灌，预计到2010年全国将有1/3以上的农业灌溉使用污水[5]。据报道，我国的污水灌溉占总灌溉面积的10%左右，主要集中在水资源严重缺乏的黄、淮、海和辽四大流域，大多采用原始的漫灌和浇灌方式，不符合现代节水农业的发展方向。纵观国内外，污水滴灌的普及程度不高，究其原因是多方面的，其中灌水器堵塞问题尤为突出。
在以色列、美国等滴灌应用早、研究深入的国家，有众多学者就污水滴灌中的灌水器堵塞问题进行了针对性的研究。Adin等（1990）利用三种灌水器进行污水滴灌试验，提出了一种“逐步堵塞”的假设，认为沉积物的聚集源自不规则形状粘土的沉淀，加上后续悬浮固体物的不断黏附，最终导致灌水器发生堵塞[6]。Taylor等（1995）对长达两个生长季节的田间污水滴灌进行了系统研究，发现砂粒在流道内部的沉积和滞留是引起灌水器堵塞的主要原因，指出灌水器的流道结构和形式成为决定其堵塞程度的最重要因素[7]。Shatanawi等人（1996）通过试验研究，发现污水中的钙、镁等元素容易导致灌水器发生严重堵塞，过多的微生物则加速了藻类的生长[8]。Schischa等人（1997）通过试验研究如何最大限度地控制污水滴灌中的灌水器堵塞问题[9]。Trooien等人（2000）利用5种滴灌带进行污水滴灌试验，结果表明小流量的滴灌带更容易发生堵塞[10]。Capra等（2004）利用五种未经深度处理的城市污水分别对四种类型灌水器进行滴灌试验，结果发现悬浮固体物和有机物的含量是决定灌水器堵塞程度的最大因素[11]。Puig-Barguses等（2005）研究了二级处理、二级处理加过滤以及三级处理三种条件下的污水滴灌试验，结果发现二级处理污水时灌水器存在一定程度的堵塞，二级处理加过滤时灌水器堵http://www.wendangwang.com/doc/0c22cacc4427ef1830d180ae塞最严重，三级处理污水时灌水器堵塞最轻[12]。Cararo等（2006）通过对15种灌水器的污水滴灌实验，发现采用氯化法比压缩空气法更能有效地减轻灌水器的堵塞程度，而流道结构也是决定堵塞的一个重要因素[13]。污水滴灌在我国的应用基本属于空白，但也有少数研究
报道。如甘肃工业大学的王瑛等（2002）[14]和兰州铁道学院的洪雷等（2002）[15]分别探讨了利用污水滴灌城市绿化带和林木时的处理工艺与设计方法，但均没有涉及到具体的堵塞研究。上述国内外有关污水滴灌的研究均采用试验手段，其成果有益于污水滴灌技术的推广应用。然而，滴灌应用的场合千差万别，污水成分不尽相同，使用的灌水器存在差异。因此，上述针对某些特定条件下的试验研究，其成果对于解决污水滴灌中灌水器堵塞的普遍性指导意义是有限的。
灌水器是否发生堵塞直接取决于堵塞介质在流道内的水力特性，但大多灌水器流道截面微小、形状复杂，且呈封闭结构，采用粒子图像测速（Particle Image Velocimetry，PIV）[16]、声学多普勒测速（Acoustic Doppler Velocimetry，ADV）[17]以及激光多普勒测速（Laser Doppler Velocimetry，LDV）[18]等可视化试验方法很难准确而及时地观测其流场形貌。于是，本世纪以来，以我国学者为主的一批学者开始尝试应用计算流体动力学（Computational Fluid Dynamics, CFD）的方法可视化灌水器的微小内流场。王尚锦等（2000）利用流动模拟软件FLUENT分析了圆弧迷宫式灌水器流道内的流场特征，认为灌水器的抗堵塞性能主要依赖于流场中的漩涡运动[19,20]。中国农业大学的李永欣等（2005）[22]和李云开（2005）[23,24]分别利用FLUENT软件对多种形式灌水器的迷宫流道进行了可视化模拟研究，指出流场的微观水力结构有益于理解和分析灌水器的堵塞性能。西安交通大学的孟桂祥等（2004）[25]和魏正英等（2005）[26] 先后利用FLUENT软件对多种类型灌水器进行了模拟研究，认为流场中的流动滞止区是引起灌水器堵塞的主要因素，并提出了迷宫流道的主航道抗堵设计方法。http://www.wendangwang.com/doc/0c22cacc4427ef1830d180ae本课题组（2004；2006）分别利用ANSYS和FLUENT两套软件，对多种形状的齿形迷宫流道进行了流动模拟，认为流场中的水流漩涡有益于挟带固相悬浮物，水流对流道壁面的冲刷作用将国外，只有Palau-Salvador等（2004）在层流模型基础上，利用FLUENT增强灌水器的抗堵塞性能[27,28]。
软件模拟了内镶式迷宫灌水器的压力与流量特性关系，并进行了试验验证[21]。所有这些CFD模拟研究均得到了灌水器内流场的微观水力结构，为预测灌水器的堵塞提供了可视化依据。但是，这些研究只是针对单相水流场，忽略了堵塞介质的存在，这使得模拟结果很难准确地描述灌水器的堵塞规律、堵塞所处位置以及堵塞率与滴灌工艺、堵塞介质物理属性以及流道结构之间的定量关系，其预测结论存在一定误差。本课题组于2006年初开始尝试应用固-液两相流模拟可视化灌水器内流场，并在中国农业大学进行了实验室“短周期”堵塞试验，部分内容已形成3篇学术论文（1篇中文已被华中科技大学学报接收发表，2篇英文正在审阅中，详见后文的申请人简介部分）。除此之外，国内外均无灌水器内流场两相或多相流数值模拟的公开研究报道，更没有专门针对污水滴灌的模拟研究。
为此，本课题拟以污水滴灌中液-固-气多相耦合流场为研究对象，采用CFD数值模拟和实验室“长周期”堵塞试验两种手段，研究堵塞介质在灌水器流道内的运移规律和沉积特性，揭示灌水器堵塞与滴灌工艺、堵塞介质物理属性以及流道结构等多因素之间的定量关系。然而，与常规水滴灌
相比，污水滴灌面临的灌水器堵塞问题更为复杂、堵塞程度更为严重。砂粒和各种悬浮杂质会引起灌水器发生物理堵塞，二氧化碳气体与钙离子、镁离子发生化学反应生成难溶的碳酸钙和碳酸镁，导致灌水器发生化学堵塞，藻类和微生物会导致灌水器发生生物堵塞。总之，污水滴灌中堵塞介质种类繁多、成分复杂且形态各异，如何建立科学合理的数学模型来描述这些堵塞介质在灌水器微小流场中的复杂水力行为存在较大难度。为了实现这一目的，本项目拟围绕如下关键科学问题进行深入和系统研究：污水滴灌灌水器微小弯曲通道内多相流场水力特征；污水滴灌灌水器微小弯曲通道内多相流场计算流体动力学建模与求解；污水滴灌灌水器堵塞的定http://www.wendangwang.com/doc/0c22cacc4427ef1830d180ae量表达及预测模型。本项目的成功实施将为有效控制污水滴灌中的灌水器堵塞问题以及研制出适合污水滴灌用的新型抗堵塞灌水器奠定技术基础，具有重要的理论意义和工程应用价值。
参考文献
[1] 白振光 王成伟 李冠伦.2006.舰船防化, 增刊: 15-17. [2] 曲格平. 2002., (7): 3-6. [3] 李丽华, 王钊. 2003. , (5): 30-31.
[4] 齐学斌, 钱炬炬, 樊向阳等.2006.污水灌溉国内外研究现状与进展.中国农村水利水电, (1): 13-15. [5] 申茂向, 刘健, 韩鲁佳等.2000.农业科技管理, (01): 20-53. [6] Jour. of. Irrig. And Drain.
, 117(6): 813-826.
[7] Water Science and Technology, 31(12): 417-424. [8] Water Research, 30(12): 2915-2920.
[9] Schischa A, Ravina I, Sagi GInternational Water & Irrigation Review, 17(3): 8-12.
[10] Applied Engineering in Agriculture, 16(5): 505-508.
[11] Agricultural
Management, 68(2): 135-149.
[12] Transaction of the ASAE, 48(3): 969-978.
[13] Applied Engineering in Agriculture, 22(2): 251-257.
[14] 王瑛, 赵霞, 范宗良等.2002.甘肃环境研究与检测， 15(2):-124.
（自然科学版），21(4): [15] 洪雷，王三反.2002.生活污水气浮处理及滴灌试验研究. 兰州铁道学院学报
://www.wendangwang.com/doc/0c22cacc4427ef1830d180aepar79-82.
[16] 王吴利, 王元力学进展, 35(1): 77-90.
[17] [18] 董郑庆, 陆林章, 周伟新等.2006.船舶力学, 10(5): 24-31.
[19] 王尚锦, 刘小民, 席光等.2000.农业工程学报, 16(4):
-63.
[20] 王尚锦, 刘小民, 席光等.2000.农业机械学报, 31(4): 43-44. [21] Palau-Salvador G., Arviza-Valverde J., Bralts VASAE, ASAE Paper NO. 042252. St. Joseph, MI.
[22] 李永欣, 李光永, 邱象玉等.2005.迷宫滴头水力特性的计算流体动力学模拟. 农业工程学报, 21(3):
-16.
[23] 李云开.2005.博士论文, 中国农业大学. [24] 李云开, 杨培岭, 任树梅等.2005.圆柱型灌水器迷宫式流道内部流体流动分析与数值模拟. 水动力
研究与进展A辑, 20(6): 736-743.
[25] 孟桂祥, 张鸣远, 赵万华等.2005.西安交通大学学报,
(9): 920-924.
[26] 魏正英, 赵万华, 唐一平等.2005.滴灌灌水器迷宫流道主航道抗堵设计方法研究. 农业工程学报,
(6): 1-7.
[27] 魏青松, 史玉升, 董文楚等.2004.节水灌溉, 124: 10-14. [28] Applied Engineering in Agriculture, 22(2): 243-249.
.2、研究内容、研究目标，以及拟解决的关键问题
.2.1研究内容
（1）污水滴灌灌水器内多相介质复杂耦合流场水力特性。
为了揭示污水条件下灌水器的堵塞原因，必须先弄清各类堵塞介质在灌水器流道内部的微观水力特性，为此拟对如下内容进行详细研究：灌水器微小弯曲通道中水流流态（层流还是湍流）的http://www.wendangwang.com/doc/0c22cacc4427ef1830d180ae理论分析与计算；灌水器微小弯曲通道中固体悬浮物的存在形态与运移规律；灌水器微小弯曲通道中气态弥散物（如二氧化碳、甲烷等）的存在形态与分布规律；灌水器微小弯曲通道中液-固-气多相介质相间作用力分析。
（2）污水滴灌灌水器内多相介质复杂耦合流场计算流体动力学建模与求解。
分析污水滴灌中多种堵塞介质的物理属性，研究符合实际情况的材料模型；构建适合污水滴灌条件下灌水器物理、化学堵塞实际情况的固-液和气-液两相流数学模型、适合污水滴灌条件下灌水器混合堵塞情况的液-固-气多相流数学模型，修正系数以及边界和初始条件；利用计算机程序完成上述模型的数值求解。
（3）基于复杂耦合多因素的污水滴灌灌水器堵塞定量表达与预测模型。
采用实验室“长周期”堵塞试验，就如下几个方面进行详细研究：滴灌工作条件（主要包括工作水头、灌水器流量和灌溉方式等）对灌水器堵塞率的影响规律；污水中多种堵塞介质物理属性（主要包括成分、粒径和浓度等）对灌水器堵塞率的影响规律；灌水器流道结构（形状因子、流道截面尺寸、流道长度等）对灌水器堵塞率的影响规律；构建基于工作条件、堵塞介质物理属性和流道结构等因素的灌水器堵塞率定量预测模型。
.2.2研究目标
●揭示污水滴灌条件下灌水器微小弯曲通道内多种形态堵塞介质的堵塞规律及原因，为污水滴灌中的灌水器堵塞防治和适合污水条件的新型抗堵塞灌水器的研制奠定理论基础；
●结合CFD多相流和实验室“长周期”堵塞试验两种手段，揭示污水滴灌条件下灌水器堵塞率与工作条件、堵塞介质物理属性以及灌水器流道结构之间的定量函数关系，为污水滴灌实际应用中的灌水器堵塞定量表达及预测提供科学判据。
.2.3拟解决的关键问题
●建立适合污水滴灌实际情况的灌水器内流场多相流数学模型。
灌水器工作时其内流场的边界条件，固相、气相的形状、化学组成和密度构成以及相互之间的影响规律非常复杂，很难完全准确和完整地利用数学公式表达。因此，如何建立既能够准确而真实地反映污水滴灌的实际情况，又适宜于数值求解的多相流（包括固液、气液和液-固-气三种情况）数学模型是本课题的关键问题http://www.wendangwang.com/doc/0c22cacc4427ef1830d180ae之一。
●实验室污水滴灌“长周期”堵塞试验的设计与实施。
在本课题中，实验室试验是验证数值模拟的唯一途径。如何使实验室试验最大限度地接近污水滴灌的实际应用情况，这是决定试验是否成功和准确的关键。但是，污水中各种堵塞介质的成分、含量的鉴定以及在试验过程中的调控非常困难，具体的设计与实施是该课题的另一关键问题。
.3拟采取的研究方案及可行性分析
.3.1研究方案
本研究拟采取的技术路线如图1所示。实验室试验和数值模拟同时进行，由多种形式的灌水器建立联系。依据污水滴灌的实际情况，建立灌水器内流场计算流体动力学数学模型，实验室堵塞试验则尽可能接近实际情况并修正模拟用数学模型。最后，综合数值模拟和实验室试验，确立基于多相流数值模拟的污水滴灌灌水器堵塞预测方法，详细内容如下：
图1. 本项目拟采取的技术路线
）试验水源。拟分别采样经一级、二级和三级处理的城市污水以及常规水为试验用灌溉水源。 （1）选择国内外知名滴灌生产企业（如以色列耐特2）试验用灌水器。该研究包括3类灌水器：
菲姆、美国雨鸟，我国绿源、天业等）的主流产品；（2）本课题组自主研制成功的三种新型“非迷宫”灌水器；（3）采用本课题组自主研发的快速成形（Rapid prototyping，RP）/快速制模（Rapid Tooling，RT）技术与装备，制造出多结构形式的试验用灌水器原型。
）建立灌水器内流场多相流数学模型。灌水器中的流动介质主要为水，是典型的牛顿流体。常温常压时水的密度为常量，视为不可压缩流体。雷诺数用来判定流场的流动状态（层流或湍流），不同流态时其流动微分方程各不相同。当雷诺数大于临界值Re0（工程计算中通常取为2200）视为湍流，反之则为层流。雷诺数Re表示为：
[此处图片未下载成功]
Re=
ρV∞L
(1) μ
式中，ρ－流体密度，V∞－平均流速，L－流道截面特征尺寸，μ－流体粘度系数。
本研究主要考虑污水滴灌时的物理和化学堵塞问题。滴灌用水中的固体颗http://www.wendangwang.com/doc/0c22cacc4427ef1830d180ae粒浓度较小，根据两相流理论，可将其视作分散相处理。同时，在确立两相流数学模型时，对流动介质作出两个基本假设：（1）固体物为连续体，液体不可压缩，两相介质的物理特性均为常数；（2）固体颗粒和水均无相变行为，不考虑流场中的空化现象。在上述假设的基础上，利用固-液两相流k ε双方程湍流模型建立适合于污水滴灌条件下的灌水器固-液两相流数学模型。对于化学堵塞，主要考虑气态物质的影响，如弥散在水中的二氧化碳气体，它容易导致Ca2 、Mg2 等粒子生成CaCO3、MgCO3等难溶物质。对于气相弥散物，采用与固相物相同的处理方法，将水（假定含钙粒子且均匀分布）作为连续相，气体视为分散相，忽略相间表面张力的作用，同时假定气相与液相受到的相间作用力大小相等。模拟中将气体假设为一定粒径的球状气泡，尝试多种不同粒径的情况。考虑气泡对水流场的影响，将其引起的紊流粘性系数与剪切引起的紊流粘性系数作线性叠加，并取代气-液两相流k ε双方程湍流模型中的粘性系数。对于液-固-气多相流数值模拟，综合上述的固-液和气-液两种情况，将两相扩展到三相耦合问题。
数值求解。利用商用软件FLUENT作为模拟平台。根据上述分析，利用FLUENT中的Models4）
模块建立相应的数学模型，并设置修正系数和边界与初始条件。然后，利用FLUENT的求解器完成数值计算。本项目主要研究4种影响灌水器堵塞的关键因素。其一，固相和气相的粒径和浓度。其二，流道形状，主要考虑现有各种迷宫灌水器、本课题组研发的涡流、预沉和绕流三种“非迷宫”灌水器以及利用快速成形技术制造的多结构形式新型流道。其三，不同的工作水压和工作时间。其四，数学模型修正参数。最后，对比数值模拟与实验室堵塞试验结果，分析偏差产生的原因并改变若干修正系数的取值，重新模拟直至两者结果吻合为止。
）堵塞试验研究。试验中用到的灌水器与模拟时保持完全一致。首先，参照ISO抗堵塞国际标准草案（ISO8486），研制污水滴灌条件下的实验室“长周期”堵塞试验平台。选择水泵作为动力源，管路设计成循环水流。盛水箱设计成能同时保证两种类型灌水器（假定流量为6l/h，每种类型灌水器包括30个样件）工作，出水口流速不低于0.5m/s。平http://www.wendangwang.com/doc/0c22cacc4427ef1830d180ae台管网布置空间为5m×2m，试验中共铺设4条5m的支管，每条支管安装15个灌水器，共60个样件，即同时测量两种类型的灌水器，以提高工作效率。另外，由于试验中要求灌水器有压工作10小时，紧接着无压工作2小时，直至连续工作168个小时，因而靠人工控制水路的开断极其不便，这里将工作时间、频率设计成自动控制方式。为了检验各类型灌水器的抗堵塞能力，本试验拟细分多个不同级别的试验污水，具体的方法是调控
试验污水中各堵塞介质的成分和含量。最后，对试验数据进行回归处理，得出基于滴灌工作条件、堵塞源物理属性以及流道结构等多因素的灌水器堵塞率定量计算模型。
）可视化试验。如前所述，灌水器流道形状复杂、尺寸微小，而且工作时流道呈封闭状，因而流场特征很难观测。为此，本课题拟采取如图2所示的技术路线。利用计算机辅助设计技术得到已有流道和新型流道的计算机数字模型，直接输出快速成形系统识别的文件格式，在几个小时内以较低成本制造出试验用灌水器原型。为了便于试验中观测流场形貌，这里拟采用透明高分子树脂材料。最后，利用微观粒子图像示踪试验平台（浙江大学的Micro-PIV技术）观察灌水器内流场形貌。
图2. 灌水器内流场可视化试验拟采取的技术路线
.3.2可行性分析
）在不同行业中，国内外针对各种形式的固-液、气-液两相流问题都进行了大量的科学研究，出现了很多具有指导意义的研究成果，在多相流数学建模、数值模拟以及试验研究等方面积累了丰富的经验。
）计算机技术日新月异促使了计算流体力学的突飞猛进。计算机硬件特别是内存与外围设备的快速发展极大地扩展了计算流体力学研究的深度与广度。求解计算流体力学模型的各种数值计算方法在上世纪已经得到了较为充分的发展，推广应用领域非常广泛，涉及宇航、水利、气象、金属铸造和熔焊以及塑料和石油加工等。在某些领域取得了较大的成功，如宇航业中空间飞行器的设计CAE，水利三维仿真，注塑模注射过程模拟，铸造充型及凝固模拟等。所有这些都充分证明将计算流体力学的数值模拟应用到实际的科研、生产中是行之有效的。
）国外针对污水滴灌中的灌水器堵塞问题进行了大量田间调查http://www.wendangwang.com/doc/0c22cacc4427ef1830d180ae研究，为灌水器内液-固-气多相流场数值模拟研究奠定了基础。另外，近年来国内外一些学者已经开始尝试利用计算流体动力学的方法来可视化灌水器内流场的复杂流动，多项研究表明该方法是行之有效的。再者，已经出现了针对灌水器实验室堵塞实验的ISO草案（ISO8486），为该研究设计验证试验创造了条件。
综上所述，本项目拟采取的研究方案和技术路线是切实可行的。
.4本项目的特色与创新之处
）建立灌水器内液-固-气多相流堵塞分析理论与方法，突破现有研究仅采用单相流模拟的技术
[此处图片未下载成功]
局限，而气相的首次引入将为化学堵塞模拟提供可行方案。
该研究以污水中各种堵塞介质作为研究对象，采用计算流体动力学的方法对灌水器内液-固-气多相耦合流场进行数值模拟，突破了现有研究只采用单相流模拟的局限。多相流模拟得到了堵塞介质可视化的运移轨迹和密度分布，为揭示灌水器的堵塞原因、找出灌水器堵塞率与流道结构、堵塞源物理属性以及灌溉条件等因素之间的关系提供了直接依据。
）建立灌水器堵塞率定量描述及计算模型，突破现有研究仅采用试验定性描述灌水器堵塞的技术局限。
在多相流数值模拟的基础上，对选用多种灌水器进行系列污水滴灌实验室“长周期”堵塞试验，通过对大量试验数据进行回归处理，得出基于滴灌工作条件、堵塞介质的物理属性、流道结构等因素的堵塞率定量计算公式。现有针对灌水器堵塞的研究都停留在定性分析与描述上，而本研究建立的计算模型，在通过输入流道结构、堵塞源物理属性以及灌溉条件等参数后，可直接得出定量的堵塞率结果，为应用中灌水器的堵塞控制和新型污水灌水器的研制提供科学而实用的计算依据。
）研究污水滴灌实验室“长周期”堵塞试验方法与装置，突破现有研究仅限于田间调查试验的局限，为灌水器堵塞提供一种科学而有效的快速评价手段。
建立灌水器实验室“长周期”试验方法，并研制一套专门的试验装置（拟申请发明专利），为灌水器堵塞的实验室模拟试验提供一套科学、可行的研究平台。
.5年度研究计划及预期研究结果
.5.1年度计划://www.wendangwang.com/doc/0c22cacc4427ef1830d180ae
.1－2008.4
收集和整理资料，完善与细化研究方案，收集待研究灌水器等。 2008.5－2008.8
利用快速成形/快速制模技术制造变流道结构的试验用灌水器；待模拟灌水器流道的三维CAD模型的绘制；污水滴灌条件下灌水器多相流数学模型的预研究。
.9－2008.12
污水滴灌条件下灌水器多相流数学模型的建立，并进行初步模拟研究；污水滴灌实验室“长周期”堵塞试验平台设计方案的制定、图纸绘制并开始试制；堵塞试验方案的制定，灌溉水源的准备。
.1－2009.4
利用建立的数学模型完成多种灌水器的多相流数值模拟研究；完成堵塞试验平台的制造，并开始调试。
.5－2009.8
利用模拟结果分析污水滴灌条件下的灌水器堵塞原因，堵塞与各因素之间的影响关系；初步进
行实验室“长周期”堵塞试验。
.9－2009.12
建立并完善基于多相流数值模拟的滴灌灌水器堵塞预测方法；系统进行所选滴灌灌水器的实验室“长周期”堵塞试验。
.1－2010.4
利用试验结果修正数学模型，重复模拟直至结果较好地吻合为止；整理试验数据，对结果进行回归计算得出各灌水器定量的堵塞率计算模型。
.5－2010.8
总结研究成果，进一步完善污水滴灌多相耦合流场堵塞模拟和试验方案，为项目验收和下一步研究奠定基础。
.9－2010.12
撰写验收报告，准备验收。
.5.2预期成果
●构建一套基于多相流数值模拟和实验室“长周期”堵塞试验的污水滴灌灌水器堵塞预测理论与方法，为实际应用中的堵塞控制和新型污水抗堵塞灌水器的研制奠定技术基础。 在污水滴灌多相耦合流场数学建模、实验室“长周期”堵塞试验研究等方面公开发表学术研究论文10篇以上，其中SCI收录4~5篇，EI收录6~8篇；
●在污水滴灌灌水器堵塞模拟与试验方法以及污水滴灌实验室“长周期”堵塞试验装置方面，申请发http://www.wendangwang.com/doc/0c22cacc4427ef1830d180ae明专利1~2项；
●在污水滴灌基础理论与方法方面培养博士研究生1~2名，硕士研究生1~3名。
（二）研究基础与工作条件
.1工作基础
本课题组由华中科技大学材料成形与模具技术、武汉大学水资源与水电工程科学两个国家重点实验室的有关研究人员共同组成。华中科技大学材料成形与模具技术国家重点实验室在材料成形模拟、快速成形/快速制模以及模具技术等方面有几十年的研究基础、经验和成果，这些可借鉴到本项目的多相流数值模拟研究中。武汉大学水资源与水电工程科学国家重点实验室在节水灌溉领域积累了丰富的理论和实践经验，拥有先进的实验场所和检测仪器与手段，为本研究堵塞试验的设计与实施创造了有利条件。
本课题组的申请人以及主要成员在“十五”863重大专项“节水产品快速制造技术，2002AA2Z4083”、武汉大学水资源与水电工程科学国家重点实验室开放基金“灌水器微小流场的数
值模拟研究，2004B014”、浙江大学流体传动及控制国家重点实验室开放基金“滴灌灌水器微小内流场数值模拟研究，GZKF-2004003”等项目的资助下，从2002年至今一直从事新型滴灌灌水器的创意设计及其快速低成本开发理论和方法的研究，进行如下三方面的前期研究工作（所述论文、鉴定、专利和基金等成果均由本项目申请人魏青松负责或作为主要骨干参与和实施的。）。
（1） 完成了多种类型灌水器单相水流场的计算流体动力学数值模拟研究，提出多项原创性思想。在《节水灌溉》、《中国农村水利水电》、《农业工程学报》等期刊上发表多篇学术论文，并在国际杂志《AGRICULTRUAL WATER MANAGEMENT》上首次发表有关灌水器内流场数值模拟的文章“Study on hydraulic performance of drip emitters by computational fluid dynamics”。该部分研究得到国内外专家的广泛评价，部分内容如下：
●《AGRICULTRUAL WATER MANAGEMENT》匿名审稿人评阅我们的文章“Study on hydraulic performance ofhttp://www.wendangwang.com/doc/0c22cacc4427ef1830d180ae drip emitters by computational fluid dynamics”时强调：“I think the subject is very interesting (I have done a lot of such mathematical modeling myself over the years). …, but it is the first I have seen for drip emitters.”——这项研究非常新颖，这是我第一次见到将计算流体动力学的方法应用于滴灌灌水器的内流场模拟。
●来自西班牙巴伦西亚大学水力工程学院的Palau教授（长期从事灌水器水力性能研究，于2004年在ASAE会议上首次发表了灌水器内流场数值模拟的文章，与本课题组的相关研究存在不同的学术观点。）来信，对我们发表在的文章“Study on hydraulic performance of drip emitters by computational fluid dynamics”作出评价：“it has been a pleasure to read your paper ... In fact, I am still working on that and I completely agree with you about the use of turbulence models…” ——很高兴看到你们的文章，我现在还在从事相关（灌水器水力性能）的研究，我完全同意你们利用湍流模型的学术观点。
●中国农业大学水利与土木工程学院院长王福军教授等在“滴头流道CFD分析的研究进展与问题.农业工程学报，2006,22(7)：188-192”的论文中引用了我们发表在《节水灌溉》上的论文“新型灌水器快速自主开发数字试验研究”，特别指出“魏青松等用ANSYS进行灌水器内流场仿真模拟，以齿型迷宫式流道为例，首先建立抽象几何模型，通过改变流道的结构参数进行数字试验研究，单元数N=8，结果发现数字化试验能够有效减少实物试验的次数，可视化了灌水器的微观水力特性。”。
●中国农业大学水利与土木工程学院的李云开等在“圆柱型迷宫http://www.wendangwang.com/doc/0c22cacc4427ef1830d180ae式流道滴灌平面模型试验研究.农业机械学报，2006,37(4)：48-51”的论文中引用了我们发表在《中国农村水利水电》上的论文“滴灌灌水器流道中流体流动机理及其数字可视化研究”，特别指出“魏青松等和魏正英等分别利用ANSYS、FLUENT流动分析通用软件研究了迷宫式灌水器流道内部流动问题，可视化了灌水器流道中流体的复杂流动。”。
（2）建立了基于快速成形/快速制模的新型高性能灌水器快速低成本开发理论与方法，使其制造成本和周期大大降低。图3是本课题组利用该技术制造的多种类型试验用灌水器原型。该部分内容先后在《农业工程学报》、《农业机械学报》、《华中科技大学校报》等期刊上发表，特别是在美国农业工程学会（ASAE）会刊《APPLIED ENGINEERING IN AGRICULTURE》上首次发表新型高性能灌水器快速开发方法的学术论文“Advanced methods to develop drip emitters with new channel types”，评委在评阅时指出：“This is very interesting and potentially useful for designing more efficient emitters.”——这种方法对于开发出新型结构的滴灌产品十分新颖，具有很大的潜力。
图3. 快速制造的灌水器原型
[此处图片未下载成功]
[此处图片未下载成功]
[此处图片未下载成功]
[此处图片未下载成功]
图4. 三种新型“非迷宫”灌水器
（3）在灌水器内流场数值模拟和快速低成本开发方法两项研究基础上，完成了三种新型“非迷宫”流道的创新设计，开发成功了3种类型5种规格的高性能灌水器产品（图4），与国内知名滴灌生产企业北京绿源塑料有限责任公司就新型灌水器的生产和销售达成了合作协议。相关内容在《节水灌溉》、《农业工程学报》等期刊上发表。有关涡流滴箭水力性能的学术论文“Study of Hydraulic Performance of the Eddy Channel for Drip Emitthttp://www.wendangwang.com/doc/0c22cacc4427ef1830d180aeers”在国际灌排协会会刊“IRRIGATION AND DRAINAGE”上首次发表，原武汉水利电力学院院长、中国节水灌溉权威专家许志方教授在“水论坛”上评价本文时指出：“本文从水力学的角度出发，研究了灌水器的工作原理和堵塞原因，以及自抗堵塞的设计理论，为研制灌水器的结构提供了设计方法。特别是提出利用快速成形和快速制模技术来研制灌水器的试验样件，加速了研制新型灌水器的过程，降低了成本，缩短了研制时间，为研制工作提出了一条富有创新意义的捷径，具有一定的理论意义和实用价值。”。另外，来自保加利亚科学院（Bulgarian Academy of Science）等国外单位的研究人员来信索取该篇论文。
以上创新共获2项发明、2项实用新型专利和2项软件著作权授权，1项发明、1项实用新型专利受理，发表论文20余篇（SCI收录3篇， EI收录5篇，EI收录期刊8篇），构成了一套完整的、
[此处图片未下载成功]
[此处图片未下载成功]
[此处图片未下载成功]
实用化的、具有自主知识产权的滴灌实施体系。完成了由湖北省科技厅组织的成果鉴定“基于两相
流数值模拟的自抗堵滴灌灌水器快速低成本开发方法及应用”，结果认为总体达到国际先进水平，部分内容具有国际领先水平。获2006年度的湖北省科技发明二等奖“生态农业滴灌关键部件快速低成本开发方法及其系列产品”、2006年高等学校科技进步二等奖“HW系列新型结构滴灌产品的研制与应用”以及2006年度华中科技大学第一届 “求是杯”大学生课外学术科技作品竞赛特等奖“新型滴灌产品的创意、研究与应用”。另外，本课题组于2006年获得国家农业科技成果转化基金的资助“HW系列滴灌灌水器的产品化及推广应用，2006GB23600448”，2006年国家博士后科学基金一等资助“灌水器结构-水-固-气多维耦合模型化与数值模拟，20060400248”。
.2工作条件
.2.1本课题组已具备的工作条件
●模拟研究软硬件情况：1）拥有高档微机100多台，多台计算机工作站和三维图形系统工作站；2）拥有多套三维造型软件(http://www.wendangwang.com/doc/0c22cacc4427ef1830d180aeUG和Pro/E)和有限元分析软件（ANSYS和FLUENT）；3）拥有自主开发的HW-CAE农业节水产品流场模拟系统软件。
●试验用多结构灌水器原型制造平台：1）拥有SLA（StereoLithography Apparatus）、SLS（Selective Laster Sintering）、LOM（Laminated Object Manufacturing）和FDM（Fused Deposition Modeling）快速成形系统；2）拥有RT软模制造成套装备。
●试验材料与平台：1）拥有自主开发的3种类型5种规格的新型滴灌灌水器；2）拥有滴灌压力与流量试验装置，计划得到资助后改造为污水滴灌实验室“长周期”堵塞试验平台。
已得到浙江大学流体传动及控制国家重点实验室开放基●部分开放国家重点实验室的试验条件：
金（批准号：GZKF-2004003）和武汉大学水资源与水电工程科学国家重点实验室的开放基金（2004B014）的资助。
.2.2尚缺少的试验条件
还缺少污水滴灌实验室“长周期”堵塞试验平台，计划得到资助后进行改装组建。
.3申请人简历
.3.1申请者简介
魏青松：男，1975年生，博士，博士后（2006年9月进站）。现在华中科技大学材料成形与模具技术国家重点实验室从事节水产品快速开发与计算机数值模拟的相关研究。作为主要技术骨干参与了“十五”国家863重大专项“节水产品快速制造技术，2002AA2Z4083”等多项科研任务，获华中科技大学优秀博士论文基金（200405）资助，获2项发明、4项实用新型专利和2项软件著作权授权，发表论文20余篇，SCI收录3篇，EI收录5篇，EI收录期刊8篇；完成一项科技成果鉴定（排
名第2）“基于两相流数值模拟的自抗堵滴灌灌水器快速低成本开发方法及应用”；获2006年湖北省科学技术发明二等奖（排名第3）“生态农业滴灌关键部件快速低成本开发方法及其系列产品”、2006年高等学校科技进步二等奖（排名第2）“HW系列新型结构滴灌产品的研制与应用”、2006年华中科技大学第一届http://www.wendangwang.com/doc/0c22cacc4427ef1830d180ae“求是杯”大学生课外学术科技作品竞赛特等奖（指导老师）“新型滴灌产品的创意、研究与应用”；获2006年国家博士后科学基金 “灌水器结构-水-固-气多维耦合模型化与数值模拟，20060400248” 一等资助；作为主要骨干获2006年国家农业科技成果转化基金“HW系列灌水器的产品化与推广应用，2006GB23600448” 资助；正在参与《微灌产品快速开发理论与方法》一书的编著（排名第2）。在本项目中作为负责人进行总体方案的制定、组织与实施。
.3.2项目组的主要成员简介
董文楚：男，1941年生，教授，1964年7月毕业于武汉水利电力学院农水专业并留校任教至今（已退休），华中科技大学材料成形及模具技术国家重点实验室兼职教授。1981年9月至1982年8月在意大利国际地中海高等农学院进修一年，主修农业灌溉。一直从事微灌技术研究，先后承担、参加国家重点攻关、自然科学基金重大项目及省部级项目10余项，完成有关微灌的著作4部，公开发表有关微灌的学术论文及专著数十篇。其中，《微灌设备测试与选型设计》一书获水利部科技进步三等奖，并获全国喷灌科技情报网优秀论文一等奖3项，二等奖2项。2002年至今，一直与华中科技大学进行了紧密的科研合作，致力于新型灌水器的研究与开发。在本项目中承担的任务：水力理论与试验。
杨中华：男，1977年生，博士，讲师，2004年7月毕业于武汉大学水利水电学院水力学专业并留校任教至今。目前主要从事河道水库水污染问题研究，研究内容多次参加国内外学术交流，鉴于所表现的科研能力，博士期间曾获得过全国宝钢教育奖学金。累计发表论文20余篇，其中被EI收录9篇，ISTP收录3篇，获2004年湖北省水利学会优秀论文一等奖，所完成的负浮力射流特性的研究获湖北省科技进步一等奖。在本项目中承担的任务：水力建模与试验。
刘洁：女，1972年生，讲师，在职博士研究生，2001年毕业于华中科技大学材料科学与工程学院并留校任教至今，一直从事快速成形/快速制模的理论与应用研究。在本项目中承担的任务：堵塞试验装置研制与实施。
２.３.３部分已投稿论文
[1]Wei Qingsong（魏青松）, http://www.wendangwang.com/doc/0c22cacc4427ef1830d180aeShi Yusheng, Lu Gang, Dong Wenchu, Huang Shuhuai. 2007. Study on strengthened tests and evaluating methods for the clogging of drip emitters. Transactions of the ASAE, (under review，SCI源刊)
[2]Wei Qingsong（魏青松）, Shi Yusheng, Lu Gang, et al. 2007. Study on the emitter clogging by two-phase flow simulations and laboratorial experiments. Journal of Irrigation and Drainage Engineering（ASCE）, (under review，SCI源刊)
[3]Lu Gang, Yusheng Shi, Wei Qingsong（魏青松）, Dong Wenchu, Huang Shuhuai. Study on hydraulic performance of the round-flow channel for a new drip-tape. APPLIED ENGINEERING IN AGRICULTURE（under review，SCI源刊）
２.３.４部分接收发表论文
[1]王建和，史玉升，魏青松，董文楚，黄树槐. 2007. 灌水器注塑模浇注系统计算机辅助设计. 农业机（已接收，EI收录期刊） 械学报，
[2]伍志刚，史玉升，魏青松，董文楚，黄树槐. 2007. 农业机械（已接收，EI收录期刊） 学报，
[3]史玉升，伍志刚，魏青松，黄树槐. 2007. 随形冷却对注塑成型和生产效率的影响研究. 华中科技大（已接收，EI收录期刊） 学学报（自然科学版），
（已[4]伍志刚，史玉升，魏青松，黄树槐中国机械工程，接收，EI收录期刊）
[5]芦刚，史玉升，魏青松等. 2007http://www.wendangwang.com/doc/0c22cacc4427ef1830d180ae. 基于两相流数值模拟的高抗堵滴灌灌水器开发方法. 华中科技大学，（已接收，EI收录期刊） 学报（自然科学版）
[6]史玉升，任丽花，魏青松等华中科技大学学报（自，（已接收，EI收录期刊） 然科学版）
[7]孙宏，史玉升，魏青松等. 2007. 基于固液两相流模拟的灌水器堵塞预测与试验验证. 农业工程学报，（已接收，EI收录期刊）
.3.5部分已发表论文情况
[1]Qingsong Wei（魏青松）AGRICULTRUAL WATER MANAGEMENT, 84(1-2): 130-136.（SCI&EI收录）
[2]Qingsong Wei（魏青松）APPLIED ENGINEERING IN AGRICULTURE, 22(2): 243-249（SCI&EI收录）
[3]Wei Qingsong（魏青松）IRRIGATION AND DRAINAGE, 55(1): 61-72.（SCI收录）
[4]魏青松，史玉升，芦刚，董文楚，黄树槐. 2007. 精密滴灌灌水器快速响应开发方法研究. 农业机械：93-97.（EI收录） 学报，38（2）
[5] 魏青松，史玉升，董文楚，黄树槐. 2006. 华中科技大学学报（自然科学版），4：86-88，92.（EI收录）
[6] 魏青松，史玉升，董文楚，罗金耀，黄树槐. 2006. 内镶式滴灌带绕流流道水力性能研究. 农业工：83-87.（EI收录） 程学报，22（10）
[7]杨中华, 槐文信. 2006. , 华中科技大学学报（自然科学版）, 34(2): 58-60. （EI收录）
[8]魏青松，史玉升，鲁俊，董文楚，黄树槐. 2005. 滴灌灌水器低成本快速开发理论与方法研究. 农业：17-21.（EI收录） 工程学报，21（2）
[9]鲁俊，史玉升，魏青松，董文楚，黄树槐.2005.中国农村水
利水电，7：1-3，6.
[10]肖新棉，董文楚等. 2005. 微灌用叠片式过滤器性能试验研http://www.wendangwang.com/doc/0c22cacc4427ef1830d180ae究. 农业工程学报，5：23-27.（EI收录）[11]Z.H. Yang（杨中华）(EI收录)
[12]W.X. Huai and Z.H. Yang（杨中华）. 2005.(ISTP收录)
[13]槐文信, 杨中华, 沈毅一. 2005. , 华中科技大学学报（自然科学版）, 22(3): 287-291. (EI收录)
[14] 魏青松，史玉升，董文楚，黄树槐. 2004. . 中国农
村水利水电，3：1-4.
[15] 魏青松，史玉升，董文楚，黄树槐. 2004. 新型灌水器快速自主开发数字试验研究. 节水灌溉，2：10-14.
[16]史玉升，魏青松，鲁俊，董文楚，黄树槐. 2004. 究. 节水灌溉，5：31-32.
[17]董文楚. 2004. 现代化精准农业节水灌溉技术－微喷、滴灌用砂过滤器的设计与制造. 中国科技成
果，13：39-42.
[18]董文楚等. 2004. . 节水灌溉，3：1-4.
[19]杨中华, 槐文信. 2004. 水科学进展, 15(3): 286-290.（EI收录）
[20]槐文信, 向波, 杨中华. 2004. 采用非规则区域有限分析5点格式计算均质渗流, 武汉大学学报(工学版), 37(6): 5-8.
[21]W.X. Huai and Z.H. Yang（杨中华）ISEH & 14th IAHR-APD, 15-18 December, Hong Kong. Volume 1, 381-385.（ISTP收录）
[22]杨中华, 槐文信. 2003. 水利学报, (7): 58-63.（EI收录） [23]槐文信, 那宇彤, 童汉毅, 李爱华, 黄纪忠, 杨中华. 2003. 研究, 水动力学研究与进展, 18(1): 24-28.
[24]槐文信, 杨中华，谢省宗. 2003. 流动环境中负浮力射流近区流动混合有限分析解, 第四届海峡两岸CFD学术研讨会, 云南.
[25]W.X. Huhttp://www.wendangwang.com/doc/0c22cacc4427ef1830d180aeai, Z.H. Yang (杨中华April 12-13.
[26]W.X. Huai, W. Li, Z.H. Yang（杨中华）（ISTP收录）
[27]周庆荣，董文楚. 2000. 悬浮固体物在滴灌器中的迁移规律研究.中国农村水利水电，6：28-30.
.4承担科研项目情况
（1）目前正在承担的与本项目相关的部分科研项目
●国家农业科技成果转化基金“HW系列灌水器的产品化与推广应用，2006GB23600448”，70万，2006~2008。负责人为本课题申请人魏青松博士期间的导师史玉升教授，成员组包括了本申请人及其主要成员董文楚、刘洁和芦刚，主要内容是将本课题组在“十五”期间所发明的系列新型“非迷宫”灌水器进行产品化和推广应用，将为本项目向污水滴灌的延伸积累有益的经验。
●国家博士后科学基金一等资助“灌水器结构-水-固-气多维耦合模型化与数值模拟，20060400248”，5万，2007~2008。负责人为本课题申请人魏青松，主要内容是本课题组前期有关灌水器内流场单相、固-液两相流数值模拟的技术延伸，但没有考虑本次申请提出的污水滴灌这一特殊条件。
●浙江大学流体传动及控制国家重点实验室开放基金“滴灌灌水器微小内流场数值模拟研究，GZKF-2004003”，6万，2004~2007。主要目的是借助浙江大学流体传动及控制国家重点实验室的Micro-PIV设备，实现灌水器微小内流场的可视化测量，为本项目中的试验部分创造有利条件。 （2）近年来完成的与本项目相关的部分科研项目
主要在节水灌溉理论与应用、新型灌水器抗堵塞设计、内流场数值模拟与可视化试验等方面进行了深入研究，部分项目如下：
●“十五”863重大专项“节水产品快速制造技术，2002AA2Z4083”，100万，2002-2005 ●863项目“南方季节性缺水灌区节水农业综合技术体系集成与示范”，2002-2004 ●863项目“劣质水资源与灌溉技术”，2001-2004
●国家自然科学基金“供水渠道自动运行下游控制新模式及其数学模型研究”，1999-2http://www.wendangwang.com/doc/0c22cacc4427ef1830d180ae001 ●国家“九五”攻关“节水灌溉与农业综合技术”，1997-2000
●武汉大学水资源与水电工程技术国家重点实验室开放基金“滴灌灌水器微小内流场数值模拟研究，2004B014”，2004~2006
（3）近年来的获奖和专利的部分内容
●2006年湖北省科学技术发明二等奖“生态农业滴灌关键部件快速低成本开发方法及其系列产品”，华中科技大学和武汉大学共同完成，受奖人：史玉升、董文楚、魏青松、黄树槐、罗金耀、刘洁
●2006年高等学校科技进步二等奖“HW系列新型结构滴灌产品的研制与应用”，华中科技大学和武汉大学共同完成，受奖人：史玉升、魏青松、董文楚、黄树槐、芦刚、罗金耀、刘洁、张李超、蔡道生、文世峰
●2005年湖北省科学技术进步一等奖“水利水电工程水流的精细模拟和反问题研究”，戴会超、槐文信、吴玉林、许唯临、王玲玲、魏文礼、王晓松、张晓东、夏庆福、刘树红、杨中华、王韦、孙双科、王佳鹤、许卫新
●2006年华中科技大学第一届“求是杯”大学生课外学术科技作品竞赛特等奖“新型滴灌产品的创意、研究与应用”，本课题申请人魏青松和主要成员董文楚为指导老师，主要成员芦刚博士生排名第1
●一种插杆式灌水器，中国发明专利，2006年，ZL200310111268.4，发明人：史玉升、董文楚、黄树槐、魏青松、鲁俊
●一种预沉式抗堵塞灌水器，中国发明专利，2006年，ZL200410013224.2，发明人：史玉升、董文楚、黄树槐、魏青松、鲁俊
●一种片式绕流灌水器，中国实用新型专利，2005年，ZL200420111825.2，发明人：史玉升，董文楚，黄树槐，魏青松，芦刚
●一种环式绕流灌水器，中国实用新型专利，2005年，ZL200420057781.X，发明人：史玉升，董文楚，黄树槐，魏青松，芦刚
●一种基于两相流模拟的滴灌灌水器抗堵塞设计方法，中国发明专利（受理中），CN200610018493.7，发明人：史玉升，魏青松，董文楚，黄树槐，芦刚
●滴灌灌水器模具计算机辅助设计系统v1.0（HW－MCAhttp://www.wendangwang.com/doc/0c22cacc4427ef1830d180aeD），中国软件著作权，2005SR08900，本课题申请人魏青松为软件的主要开发者
●农业节水产品流场模拟系统软件<V1.0>，中国软件著作权，2005SR08900，本课题申请人魏青松为软件的主要开发者
.5完成自然科学基金项目情况
