全射流喷头内部流场测量实验研究

简述了隙控式全射流喷头的工作原理。介绍了国内外附壁射流现象的研究进展。在国内外现有研究成果的基础上，提出了采用粒子图像测速技术（PIV）对全射流喷头内部流动理论进行研究，并简要介绍了PIV系统的工作原理。设计了全射流喷头附壁射流流场测试实验。针对射流元件内部流动状态和射流控制切换规律，将实验分为静态和动态两部分。静态实验观测稳定状态下的附壁射流流场，动态实验对喷头实际工作状态下的附壁频率、压力分布进行测量研究。对实验中存在的附壁点判断、操作精度控制、运转震荡、观测区尺寸偏小的难点进行了分析，并针对难点提出了相应的解决方案。     

全射流喷头内部附壁点距离的计算

阐述了全射流喷头中水射流附壁点的距离是喷头射流元件设计的关键尺寸．基于Bourque理论,采用控制面模型,计算了全射流喷头内射流附壁点的距离,并与试验结果和相关文献进行对比,发现在射流扩散系数取9时,计算值与试验值接近．讨论了影响附壁点距离的各种因素,包括位差、壁面倾角、射流流量、射流扩散系数等．研究发现,可通过增大偏移率,增大壁面倾角来增大射流元件中附壁点距离,其中以改变壁面倾角最为显著,流量的改变几乎不影响附壁距离．研究结果对于改进全射流喷头射流元件的设计具有指导意义．     

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.     

小位差比率射流元件内部流场PIV试验

采用PIV测试技术对小位差比率射流元件内部附壁射流流动进行了测量,得到了射流元件附壁流动速度场分布以及附壁点位置的准确数据,从而为数值模拟研究提供参照和判断。分别研究了流量、位差比率、补气孔距离、盖板尺寸对射流元件附壁流场的影响,并与数值模拟结果进行了对比。结果表明:一定范围内,流量和工作压力对附壁点位置基本无影响;小位差比率下附壁点距离比随位差比率增大而增大,得到了小位差比率下附壁点距离比与位差比率之间的关系式;附壁点距离随补气孔开孔位置变化先减小后增大;位差比率和盖板尺寸对射流元件附壁效果影响较大。     

射流混药装置二维和三维流场对比分析

为了探索射流混药装置的设计方法和试验方法,从数值模拟和试验研究两方面对射流混药内部流场进行了对比分析.建立了射流混药装置的三维模型,且将射流混药装置侧向农药入口等效为环向入口建立了其二维轴对称模型,分别确定了二维轴对称流场和三维流场的数值模拟方案,采用CFD软件Fluent对其流场进行了数值计算,并比较了二维轴对称模型与三维模型完成计算的CPU时间,结果表明二维轴对称模型比三维模型的计算效率高64％.搭建了混药试验台,测量了射流混药装置流动性能参数.试验研究的测量结果与数值模拟方案的计算结果对比确证表明:二维轴对称模型数值计算结果与实测值的最大偏差和平均偏差分别为7.41％和4.14％;三维模型数值计算结果与实测值的最大偏差和平均偏差分别为5.13％和3.41％,这表明确定的射流混药装置二维轴对称模型和三维模型的数值模拟方案均可用于工程计算.     

隙控式全射流喷头运转动力学分析

针对隙控式全射流喷头在恶劣工作条件下出现的附壁力小、驱动力矩小等不足,研究了获得射流元件的最大附壁驱动力矩和减小摩擦阻力矩的方法,对射流元件进行优化设计,以保证喷头的正常运转．分析了隙控式全射流喷头的转动驱动力矩和摩擦阻力矩,喷头转动驱动力矩由射流附壁时与射流元件侧壁产生的驱动力矩,射流与出口盖板的作用力矩组成,喷头的摩擦阻力矩由空心轴端面摩擦阻力矩,空心轴与轴套间的摩擦力矩,密封机构摩擦阻力矩组成．根据动量守恒方程推导出附壁射流中心线方程,得到中心线附壁点距离及附壁冲角的计算公式．推导了理论状态下,附壁力矩最大值与结构尺寸之间的关系．由刚体转动定律计算出全射流喷头的力矩公式及全射流喷头步进角度公式．     

ANSYS/FLOTRAN在摇臂式喷头压力损失分析中的应用

利用ANSYS建立了装有稳流器的中压摇臂式喷头的CFD（Computational Fluid Dynamics）数值模型,对不同的工作压力进行了模拟计算,得到喷头流道压力等值线图和压力损失值,并利用台架实验进行了验证。结果表明,摇臂式喷头流道压力损失模拟计算值与台架实验值之间的平均偏差均小于2．5％,从而确定可用仿真模拟计算代替台架实验,研究喷头流道水力性能,减少了实验次数,为摇臂式喷头流道结构的优化研究提供了有效的手段。     

全射流喷头压力调节装置流场数值模拟

全射流喷头旋转过程中通过静片和动片改变进口截面调节流量压力,使其达到变量喷洒的效果.应用FLUENT软件,采用标准湍流模型对喷头进行三维数值模拟,分析了进口边界条件,计算不同旋转角度下喷头内部流场变化,得到动静片下游压力随旋转角度的增大而增大,动静片间轴向间隙对压力变化影响较小,通过出口流速计算射程值与试验进行对比,得到试验值与模拟值基本一致.     

全射流喷头压力调节装置流场数值

全射流喷头旋转过程中通过静片和动片改变进口截面调节流量压力，使其达到变量喷洒的效果。应用FLUENT软件，采用标准 湍流模型对喷头进行三维数值模拟，分析了进口边界条件，计算不同旋转角度下喷头内部流场变化，得到动静片下游压力随旋转角度的增大而增大，动静片间轴向间隙对压力变化影响较小，通过出口流速计算射程值与试验进行对比，得到试验值与模拟值基本一致。     

射流混药装置二维和三维流场对比分析

为了探索射流混药装置的设计方法和试验方法,从数值模拟和试验研究两方面对射流混药内部流场进行了对比分析.建立了射流混药装置的三维模型,且将射流混药装置侧向农药入口等效为环向入口建立了其二维轴对称模型,分别确定了二维轴对称流场和三维流场的数值模拟方案,采用CFD软件Fluent对其流场进行了数值计算,并比较了二维轴对称模型与三维模型完成计算的CPU时间,结果表明二维轴对称模型比三维模型的计算效率高64%.搭建了混药试验台,测量了射流混药装置流动性能参数.试验研究的测量结果与数值模拟方案的计算结果对比确证表明：二维轴对称模型数值计算结果与实测值的最大偏差和平均偏差分别为7.41%和4.14%;三维模型数值计算结果与实测值的最大偏差和平均偏差分别为5.13%和3.41%,这表明确定的射流混药装置二维轴对称模型和三维模型的数值模拟方案均可用于工程计算.     

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.     

基于MATLAB全射流喷头组合喷灌计算模拟

对国内原创全射流喷头组合喷灌进行研究后,提出了一种分析处理喷头水量分布数据以实现三维可视化编程的方法.研究表明,MATLAB语言可以方便可靠地将喷头径向水量分布数据转换为网格型数据,并绘制出单喷头和喷头组合的三维水量分布图.通过插值叠加求出各网格点总降水深,求出不同组合间距系数下的全射流喷头组合均匀系数,实现计算结果可视化.根据模拟分析,提出了组合间距系数值：正方形布置时为1.2,各喷头均匀系数平均值为82.4%;三角形布置时为1.5,各喷头均匀系数平均值为85.7%.另外认为,MATLAB语言编程进行喷头喷洒分析具有功能强大,方便快捷,可视性强等优点,适用于任何喷头水量分布的分析.     

冲蚀磨损对全射流喷头可靠性的影响

阐述了全射流喷头射流元件主要磨损形式为冲蚀磨损．为了研究冲蚀磨损对全射流喷头可靠性的影响,定义了全射流喷头的三项失效指标：末端雨滴直径、步进频率和步进角度．完成了磨粒质量浓度为1％,2％和3％三种情况下的全射流喷头磨损试验,测试了喷头的主要水力性能参数,即喷头流量、喷头信号水流量以及末端雨滴直径随时间变化规律．试验结果表明：喷头的主要水力性能参数随着磨粒质量浓度的增加而显著增加,但质量浓度变化对水力性能参数的影响逐渐减小．信号接嘴1作为喷头的最易磨损件,可选用耐磨材料来加工,以提高喷头工作的可靠性．     

反馈式PSF型全射流喷头综述

全射流喷头是利用水流的附壁原理完成喷头的步进与反向的功能,与其它喷头相比,具有结构简单、制造成本低、雾化程度高和喷洒均匀性好等优点。为此,分析了摇臂式喷头、非圆形喷洒域喷头和全射流喷头的发展概况,指出了国内喷头行业研究和应用中存在的问题,并提出了在今后发展中应尽快地开发国内首创的全射流喷头的建议。     

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.     

变量喷洒全射流喷头副喷嘴优化与评价

为解决全射流喷头实现变量喷洒时由于压力变化而产生的水量分布不均匀问题,以20PXH型变量喷洒全射流喷头为研究对象,设计不同副喷嘴改善水量分布。通过射流理论分析设计了8种副喷嘴方案,测量了喷头径向水量分布,采用不同压力下喷灌强度差值分析的方法,得到方案5挡板式副喷嘴结构改善水量情况最好。通过测量不同挡板角度及不同压力下水量分布,以均匀性系数值最大为目标,以挡板角度及均匀性取值范围为约束条件,首次建立了变量喷洒全射流喷头喷洒均匀性的综合评价函数,并求导得到最佳挡板角度为21.2°。