本课题来源于国家重点研发计划项目“大田作物精准灌溉施肥控制技术与装备”（项目编号:2017YFD0201502）和农业部公益性行业（农业）科研专项“黄淮流域小麦玉米水稻田间用节水节肥节药综合技术方案”（项目编号:201503130）。固体肥是我国最广泛使用的肥料。水肥一体化系统施用固体肥时,多将肥料预先溶解为肥液存储,再由施肥装置注入到灌溉系统输送到田间。这不仅费时费力,且需人工配比肥液浓度。因此开发具备添加、溶解、施用功能的固体肥混施装置,研究装置施肥性能及应用技术模式,具有重要的科学研究意义及工程应用价值。本文运用理论分析、试验和数值模拟等方法,研究固体肥溶解特性,创制加肥、混肥等关键部件,研制固体肥混施装置,试验研究混施装置施肥性能,掌握水肥管道混合规律,构建固体肥混施装置应用技术模式。主要研究内容及研究成果如下:（1）研究了固体肥的溶解特性以及肥液浓度变化规律。理论分析固体肥的溶解过程,掌握了影响肥料溶解速度的关键因素,试验研究水肥混合模式对肥液浓度稳定性的影响,建立了水肥同时添加时的肥液浓度变化模型。研究结果表明,固体肥溶解速度随时间不断衰减,与水量无关,与肥料量、肥料饱和溶解度和搅拌速度成正相关,与肥料颗粒大小成负相关。水肥同时添加时肥液浓度稳定性最高,肥液浓度变化模型计算结果与试验结果的平均偏差为6.09%。（2）设计研究了固体肥水肥一体化装备的输入机构。创制了加肥部件与混肥部件,试验研究了螺杆结构、电机转速、肥料松密度对加肥流量的影响规律,构建了加肥流量调节模型,掌握了滤网桶参数、搅拌速度、加肥流量和供水流量对肥液浓度均匀性的影响规律。研究结果表明,滤网桶最优结构为直径300 mm、目数100目,肥液浓度均匀性随着搅拌速度的增大而提高,随加肥流量的增大而降低,随供水流量的增大而提高,最优搅拌速度为400 r/min。（3）提出输出机构型式并优化了关键结构。理论分析了文丘里施肥器渐缩段、喉部以及渐扩段的损失,建立了进出口损失的理论计算模型,通过CFD模拟方法研究文丘里管内部流动,根据模拟结果修正了损失计算模型,基于此模型以相同损失下吸肥量最大为目标,分析获得了文丘里施肥器的最优结构参数。研究结果表明文丘里施肥器的最优渐缩角为19°-28°,渐扩角为6°-11°,最优喉部直径的最优值5-7 mm,最优喉管长度以及吸肥管直径均等于喉部的直径。相同压差下,结构优化后文丘里施肥器的吸肥流量比优化前平均提高了56.3%。（4）研究了固体肥混施装置的施肥性能。研制出固体肥混施装置样机,建立了混肥腔、蓄肥腔的直径与高度的关系模型以及样机运行的时间配合策略,试验研究了固体肥混施装置加肥流量、供水流量的调节精度以及施肥浓度的检测精度,掌握了施肥量和施肥时间对施肥精度的影响规律,对比了固体肥混施装置与压差施肥罐的施肥均匀性,以及与比例施肥泵的注入流量。研究结果表明,加肥流量和供水流量的平均调节误差分别为2.96%和3.50%,施肥浓度的平均检测误差为5.62%。当添加的固体肥能全部溶解时,混肥装置施肥浓度偏差小于3%。施肥量和施肥时间的改变基本不影响装置的施肥精度,确保装置均匀出肥的最大施肥速度（施肥量/施肥时间）约为60 kg/h。固体肥混施装置的施肥均匀性远优于压差施肥罐,略低于比例施肥泵,但注入流量约为比例施肥泵的6倍。（5）研究了水肥管道运移扩散规律。基于组分传输模型对管道内的水肥混合过程进行数值模拟,研究了管道尺寸、水肥流量、肥液物理性质等参数对水肥混合速度以及均匀混合长度的影响规律,通过量纲分析拟合建立了均匀混合长度与水流量、注肥流量、灌溉管直径、注肥管直径、肥液粘度、肥液浓度之间的关系模型。研究结果表明,注肥频率不影响管道内的水肥混合速度和均匀混合长度,注肥流量和灌溉管直径越大,注肥管直径和供水水流量越小,肥液与水的混合速度就越快。均匀混合长度随着注肥管直径、灌溉管直径、供水流量和肥液粘度的增大而延长,随着注肥流量和肥液浓度的增大而缩短。（6）构建了固体肥混施装置的两种应用技术模式。根据试验田灌溉系统的管道布置方式,结合喷灌小麦和滴灌黄瓜的灌溉施肥制度以及水肥管道均匀混合长度计算模型,研究出固体肥混施装置在两种灌溉系统中的安装位置。研究结果表明,固体肥混施装置应用于喷灌系统时,灌溉主管上的注肥口应距离主管末端至少7 m,应用于温室滴灌系统时,灌溉主管上的注肥口距离第一条滴灌带至少3.5 m。