全射流喷头转折角喷管运动力学分析与试

为了扩大全射流喷头压力适用范围,提出在喷管处加转折角增加喷头固有驱动力矩.转折角喷管的重要结构因素包括转折角角度和转折角力臂长度,理论分析推导出全射流喷头步进旋转时所受总驱动力矩和旋转角方程.对不同转折角角度或转折角力臂组成的7种不同喷管进行了试验,测量性能指标包括步进角度、步进频率、射程和均匀系数.结果表明:试验值与理论分析具有较好的一致性;工作压力影响射程、均匀系数和步进频率,对步进角度影响不大;随转折角角度的增大,步进角度、均匀系数增大,步进频率减小,射程变化不大;随转折角力臂的加长,步进角度增大,射程减小,步进频率和均匀系数变化不大.     

全射流喷头与摇臂式喷头的对比实验

提出摇臂式喷头和全射流喷头的计算公式,通过实验对比它们的参数.结果表明,全射流喷头步进角度和步进频率主要由导管长度决定,导管越长则步进角度越大,步进频率越小.对于摇臂式喷头,它的步进角度和步进频率的可改变幅度不大,因此全射流喷头具有一定优越性.提出了全射流喷头步进角度与管长之间的关系式,左右压差与导管长度和工作压力的经验公式.     

对PSF30型全射流喷头的分析

分析了全射流喷头工作状态的一些参数,同时提出喷头各结构参数：信号嘴插拔深度,导管长度以及间隙对其工作性能的影响.根据实验对比验证其正确性,最后得出的实验结果与理论分析相符合,制造的喷头样机工作可靠.     

双向步进式全射流喷头工作稳定性

分析了PXSB50型双向步进式全射流喷头正反向步进过程的差异,从而对其稳定性进行研究.分别研究了喷头射流元件在正反向步进过程中控制导管回路内气液两相流的流动情况,并对回路压差进行了对比.信号导管长度、补气孔的大小及位置影响了喷头的运转步进频率、步进角度和喷头射程.正反向步进频率均随着导管长度的减小而增大,射程随着步进频率的增大而变小.对于相同的导管长度,正向步进频率明显大于反向步进频率,正向射程小于反向射程.补气孔位置离换向结构越近,频率越大,步进角度及射程也随之减小.通过分析和试验,找到了使PXSB50型喷头按照灌溉要求的正向频率及反向频率稳定运行时的喷头导管长度、补气孔大小及位置：取信号水管长度为378 mm,正向导管为648 mm,反向导管为648 mm,正向补气孔直径为2.0 mm,反向补气孔直径为2.5 mm,正向补气孔的位置为3 mm.     

多因素下全射流喷头射程计算模型及试验

为了深入研究多因素条件下全射流喷头射程公式,预测全射流喷头射程模型.采用组合法对全射流喷头射程进行试验设计,包括测量喷嘴直径、喷头仰角、工作压力、安装高度等因素,总结全射流喷头射程在不同因素下的变化规律,利用1stOpt软件进行数据分析得到全射流喷头射程计算公式,并利用此公式与当前常用的2个喷头射程公式进行对比分析.结果表明:随着工作压力的变化射程出现较大的变化,喷头射程随喷头仰角的增大呈先增大后减小的抛物线型变化,喷头安装高度对射程的影响较小,喷嘴直径越大喷头射程越大.全射流喷头射程与单个因素之间的关系与所建立的模型拟合较好,呈幂函数关系,计算射程与试验射程相差小于8%,研究结果可为全射流喷头射程的预测提供理论依据.     

全射流喷头实现非圆形喷洒域的可行性分析

为了解决节水灌溉中重喷、超喷、界外喷等问题,研究喷头的非圆形喷洒域喷洒的途径有很重要的意义。主要介绍了目前实现非圆形喷洒域喷洒的理论及实现方法。通过改变喷头仰角、进口压力和进口过流面积等因素改变射程,并将其应用于全射流喷头以实现非圆形喷洒域的可行性研究中;结合其工作原理与特点,提出了通过改变全射流喷头的信号水强弱、附壁切换形式等方法来实现非圆形喷洒域的途径。     

外取水射流喷头与全射流喷头的比较

为了解决全射流喷头信号嘴不便调节及旋转不稳定的问题,对全射流喷头信号嘴取水方式及喷体结构进行改进,提出了一种新型射流喷头——外取水射流喷头.采用外部取水信号嘴可以更加方便、直观地进行调节,外部信号嘴又可以起到分水针的作用,促进高速水流的裂变,提高了喷洒的雾化程度以及均匀性.双喷体结构的采用减弱了喷头在工作过程中偏离铅垂方向的现象.选取PXH型全射流喷头进行对比试验.结果表明,相同压力下,外取水射流喷头的射程比全射流喷头增加2.5%左右,且平均雨滴直径减小0.5 mm左右,因此其雾化效果也更好.外取水射流喷头径向水量分布曲线呈"三角形",比全射流喷头更有利于组合分布.采用Matlab语言对喷头组合分布均匀性进行仿真计算,在方案所选间距中,提出工作压力分别为0.15,0.20,0.25 MPa时,外取水射流喷头正方形布置最佳组合间距为R,1.1R和R,组合均匀系数值分别为78.3%,83.9%和87.6%.     

全射流喷头射流元件附壁频率

基于全射流喷头射流元件的工作原理和内部流动状况,分析射流元件附壁频率的影响因素.利用元件两侧压差大小,建立附壁频率计算式,通过射流元件壁面脉动压力测量获得的附壁频率试验数据,频率计算值与试验值符合较好.计算与试验结果表明,附壁频率随元件腔室容积增大,信号水导管长度的变长而减小,随喷头工作压力增大,信号水流量的增大而增大,对于PXH30全射流喷头射流元件,获得信号水流量与附壁频率的线性关系式.在无因次数计算与分析中,喷嘴雷诺数对斯特劳哈数影响较小,斯特劳哈数随欧拉数的增大而减小.附壁频率的研究能指导射流元件的设计和全射流喷头工作状态的调节.     

双向步进式全射流喷枪水力性能试验

对核心部件射流元件依靠水流的科恩达效应驱动并控制喷头步进转动的PXSB型双向步进式全射流喷枪的水力性能进行了研究。分析了影响喷枪射程、射高、水量分布的主要因素,试验分析了工作压力及射流元件结构参数对喷枪主要水力性能的影响规律,获得双向步进全射流喷枪最佳工作结构尺寸,为建立双向步进式全射流喷枪设计方法提供了依据。通过国内外大中型旋转式喷枪的水力性能对比,表明双向步进式全射流喷枪结构简单、喷洒性能优良。     

变量喷洒全射流喷头水力性能试验

以变量喷洒全射流喷头为研究对象,对正方形和三角形喷洒域分别进行了水力性能试验,测量并分析了喷头的射程和喷灌强度等性能参数.结果表明:三角形比正方形喷洒域最大射程有所降低;三角形和正方形喷洒域水量分布相对均匀;变量喷洒喷头与传统全射流喷头相比,雨滴粒径相差较小;三角形与正方形喷洒域喷头平均喷灌强度相差较小,三角形喷洒域喷头的最大喷灌强度相对平均喷灌强度差值较大.变量喷洒全射流喷头比全射流喷头,组合间距增大、重叠率降低,且单位面积所用喷头数量减少.在组合间距系数为1.25,室外风速小于1.2 m/s情况下,正方形组合喷洒具有良好的喷洒均匀性.     

旋转喷头变压节能供水变域喷洒控制策略与试验

针对目前变域喷洒喷头能耗高,喷洒形状不理想等问题,通过深入分析水泵变压运行和喷头变域喷洒机理,〖JP2〗得到了喷头实现变域喷洒时两种调节方法的运行规律。推导了变频器频率fv与喷头旋转α角度所用时间t之间的关系方程,提出了一种实现喷头变域喷洒的开环控制策略和通过试验设定控制规律的方法。通过水力能耗的计算发现,采用变频调速方法实现变域喷洒比采用动静片方法节约27%的能量。     

机压喷灌干管管网优化

在考虑了机压管道式喷灌系统配水干管流量变化的基础上，提出了这一系统干管管网优化的线性规划模型及计算方法。应用这一方法，可在保证各支管入口处所需流量和压力的条件下，确定水泵扬程及干管尺寸最优值，以使干管管网系统年费用值达最小     

自压喷灌输水管的线性规划模型

以标准管径的管长为优化变量,建立自压喷灌输水管优化设计的线性规划模型,当喷灌区边界已定条件下,利用这一模型可计算出各标准管径的最优管长,并可确定输水管首端位置.     

30PY摇臂式喷头掺气与掺液的抽吸性能试验

为了实现摇臂式喷头在较低的工作压力下工作,在原有结构基础上设置掺气管结构,形成水气两相射流开展喷灌作业.掺气管的吸气功能也可用于抽吸叶面肥液、药液,从而实现摇臂式喷头的多功能用途.为了掌握该结构的抽吸能力,选择掺气管的内径d,伸缩长度L以及摇臂式喷头喷嘴的收缩角度θ为影响因素,试验研究30PY摇臂式喷头掺气管堵住时形成的真空度以及抽吸水时的质量流量.结果表明:在相同喷头工作水压力下,喷头的喷嘴收缩角θ在30°~65°的试验范围内增大时,喷头的工作水流量减小,从而影响掺气或掺液时的混合比例;掺气管缩距离L相对喷嘴出口端面为0,当L从-4~6 mm移动时,掺气管的抽吸能力从0逐渐增大到最大,L取值2 mm为推荐值;掺气管内径d越大,摇臂式喷头的工作水压力越高,则掺气管抽吸流体的流量越大.     

基于正交试验法下对喷灌均匀性影响因子的综合分析

为了优化轻小型平移式喷灌机组灌溉施肥工况,在喷灌工作压力为0.25 MPa,比例吸肥泵进出口压力为0.22 MPa情况下,设计正交试验以研究施肥浓度、喷头车行走速度和喷灌高度3个因素对轻小型平移式喷灌机组水肥一体化性能的影响;对试验结果进行极差分析和方差分析,获得三因素的最佳水平组合并对比三因素影响因子大小.试验结果表明:(1)影响轻小型平移式喷灌机组肥液浓度均匀度(CU₁)及肥液浓度分布均匀度(DU₁)的主要影响因素是喷灌高度,而施肥浓度和行走速度对其影响较小,显著性均大于0.05.(2)影响肥液质量均匀度(CU₂)最主要因素是喷头车行走速度,其次是喷灌高度,而施肥浓度对其影响不具有统计学意义.(3)施肥浓度、喷灌高度和行走速度对肥液质量分布均匀度(DU₂)影响因子显著性均大于0.05.(4)最优施肥技术水平组合为A1B2C2,即施肥浓度为0.4 g/L,喷灌高度为1.2 m,行走速度为30 m/h.     

轻小型喷灌机组的运行速率与压力水头损失

为研究轻小型喷灌机组低压喷灌条件下运行速率的合理取值以及工作压力与喷灌机组压力水头损失的关系,以轻小型喷灌机组为研究对象,经过室内喷灌试验,研究了一定工作压力和流量条件下机组的运行速率、灌水定额之间的关系,并对机组的局部水头损失和沿程水头损失进行了分析.结果表明:灌水定额与轻小型喷灌机组的运行速率、工作压力有一定的关系,通过确定灌水定额,能够调制出相应的运行速率.轻小型喷灌机组卷盘车处入口压力增大,喷水车单喷头处的压力也随之增大,但是入口压力增大到一定程度后,单喷头压力的提高幅度减小,因此在机组正常工作范围内,可以通过适当降低机组的入口压力,以减少机组的压力水头损失,节省能耗,降低机组的运行成本.轻小型喷灌机组在中国有广泛的发展前景,该项研究对于中国轻小型喷灌机组的性能改良具有重要意义,为轻小型喷灌机组的发展提供参考依据.     

变频调速分级恒压灌溉自动控制系统及应用

为解决机电泵利用工频电源(50 Hz)作恒速运转条件下,灌溉面积或地形高差变化较大的管道式喷微灌系统灌水均匀度不能满足灌溉要求的问题,提出了一种变频调速分级恒压灌溉自动控制系统,该系统将变频技术和自动化技术相结合,具有变频调速和全自动闭环控制功能的机电一体化智能设备,可同时对1台或多台三相380 V,50 Hz水泵电动机进行自动控制.该系统设计了多段压力设置转换电路,可根据预先设定的压力控制值自动进行压力等级切换,并对管网的电磁阀开启、关闭进行控制,实现分级恒压自动供水灌溉.通过工程实例分析表明,采用水泵工频控制时喷灌系统水头最大差值为12.89 m,采用变频分级恒压控制时喷灌系统水头最大差值为3.38 m,满足设计压力变幅不大于4.00 m的要求.同时该系统具有节水、节能、自动化程度高、运行管理方便以及保证管网和水泵安全运行等功能,能够根据灌溉分区进行分级恒压自动供水灌溉,满足灌水均匀度要求.