低压喷头异形喷嘴水量分布均匀性试验研究

为了研究低压喷头异形喷嘴水量分布的均匀性,依据面积相同原则,设计出圆形、三角形、正方形3种以及不同锥角形式的喷嘴,研究低压下异形喷嘴喷头对喷灌水量分布的影响.通过外特性试验测量了异形喷嘴喷头的流量、射程和水量分布,利用Matlab软件分析不同喷嘴喷头的喷洒均匀性,同时采用高速摄影技术观测不同喷嘴形式下喷头射流空间流态.结果表明:同一压力下,随着喷嘴锥角的增大,喷头流量逐渐减小,且正方形喷嘴喷头流量最大,三角形喷嘴喷头流量最小;喷头射程随着喷嘴锥角的增大呈先增大后减小变化趋势,且圆形喷嘴喷头射程最远,三角形喷嘴喷头射程最短.由高速摄影图像可以看出,三角形喷嘴喷头的射流破碎段最短,圆形喷嘴喷头的射流破碎段最长;随着喷嘴锥角的增大,3种喷嘴喷头的射流破碎长度段呈减小趋势;综合射程和雾化效果可知,锥角为45°时圆形喷嘴喷头为最优.同时,通过对圆形喷嘴和异形喷嘴的水量分布均匀性测量,发现异形喷嘴喷洒组合均匀性系数比圆形喷嘴明显要高.     

出口可调式变量喷头喷灌均匀性

以喷洒域形状和水量分布均匀性为指标研究变量喷头的喷灌均匀性,分析了影响PY2系列喷头射程和水量分布的关键因素,得知改变单一参数的变量喷头喷灌均匀性较差.为提高变量喷头的灌溉均匀性,设计了出口可调式的变喷洒域喷头,使用流量调节机构改变喷头工作压力,使用出口调节机构改变喷头出口面积,通过出口面积和喷头工作压力的同步调节实现均匀喷洒.测试了出口可调式变量喷头的水力性能,对比了圆形喷嘴变量喷头和出口可调式变量喷头水量分布,出口可调式变量喷头不同射程处喷灌强度相近,喷洒性能优于圆形喷嘴变量喷头.计算了变量喷头的方形喷洒域系数和不同间距下的组合灌溉均匀性,结果显示BPY20变量喷头的方形喷洒域系数为97.8%,最佳组合间距为1.66,组合灌溉均匀性为75.4%;BPY30变量喷头的方形喷洒域系数为91.5%,最佳组合间距为1.69,组合灌溉均匀性为77.2%.     

低压喷头喷嘴优化设计及内部流场数值模拟

针对目前喷头在低压工况下喷洒均匀性较差、射程变短等问题,依据面积相同原则设计多种形状的异形喷嘴,运用ANASY软件对其内流场进行三维仿真模拟,模拟结果表明:倒U形喷嘴出口断面的速度分布高速区域所占面积最大,整个出口的速度一致性较好,有利于提高喷头射程,改善喷灌均匀性.并通过测量低压喷头的性能参数,包括射程、水量分布和末端水滴直径,来验证数值模拟的准确性.试验结果表明:倒U形喷嘴的射程约为圆形喷嘴的1.110倍,稍低于数值模拟的计算结果,基本在2%左右;工作压力为300 kPa时,喷头的末端水滴直径以倒U形喷嘴最小为4.21 mm,说明倒U形喷嘴的雾化性能最好;倒U形喷嘴的水量分布近似呈三角形,其组合均匀性系数均在82 %以上,圆形和圆角矩形喷嘴的水量随喷头距离的变大先增大后减小,均低于倒U形喷嘴的组合均匀性系数.数值模拟和试验结果表明,倒U形喷嘴的水力性能优于其他3种喷嘴,在提高喷灌均匀性的基础上,还增大了射程.     

低压条件下PY115型摇臂式喷头水力性能试验

针对喷头在低压条件下工作时水力性能较差的问题,提出采用异形喷嘴降低水滴打击强度并改善喷洒均匀性的方法.选取PY115型摇臂式喷头为研究对象,设计了3套改进喷嘴的方案,在出口喷嘴上增加了1、2、3个凹槽,凹槽的尺寸均为宽0.5 mm,高0.3 mm,位置分别在出口喷嘴下方和左右两侧.在工作压力为200 kPa下进行了试验测量,同时在正方形组合间距为13～18 m时,采用Matlab语言编制程序对其进行了仿真计算.试验和计算结果表明:在低压条件工作时,随着凹槽数量的增多,流量增大,射程缩短8.1％ ～9.4％,末端水滴直径降低系数为2.9％ ～ 6.8％,平均喷灌强度增大并均符合规范要求.增加凹槽有利于提高组合均匀系数,出口喷嘴增加3个凹槽时效果最佳,组合均匀系数最高超过90％,证明了所设计异形喷嘴方案的可行性.     

流道结构对低压旋转式喷头水力性能影响试验研究

以低压旋转式喷头为研究对象,选择喷盘空间流道的结构参数:出口截面形状、流道偏转角、流道型线弧长、出口仰角作为试验因素,采用L₄³(9)的正交设计,测量了工作压力为250 kPa时,不同因素水平下各试验喷头的水量分布和流量,并利用线性插值法计算了单喷头的射程,选用Matlab软件模拟了正方形布置下喷头的组合均匀系数,分析了空间流道各结构参数值对喷头水力性能的影响规律.结果表明:低压喷头空间流道的出口截面为圆形和倒U形时,其喷洒均匀性优于出口截面为异形的喷头;空间流道结构参数的改变对流量基本无影响,波动范围在±0.1 m³/h.运用综合评分法分析得到各空间流道结构参数因素对组合均匀系数和射程的综合评价指标影响的主次顺序为流道偏转角、出口截面形状、出口仰角、流道型线弧长、最终得出低压旋转式喷头空间流道结构参数的最佳组合为出口截面圆形,流道偏转角4.5°,流道型线半径29 mm,出口仰角25°.     

微喷头水力性能及喷灌组合均匀性试验研究

为了解不同因素对微喷头水力性能及喷灌组合均匀性的影响,分别研究了喷嘴直径1.2和1.4 mm的微喷头在工作压力为250,300和350 k Pa下流量、射程、水量分布和喷灌组合均匀性系数变化规律.结果表明:喷嘴直径为1.2 mm的喷头,流量系数为0.005 9;喷嘴直径为1.4mm的喷头,流量系数为0.005 2;工作压力分别为250,300和350 k Pa下,1.4 mm喷嘴直径相比1.2 mm喷嘴直径流量分别增加5.0%,2.4%和3.0%,射程分别增加11%,8%和14%.距喷头距离近处,喷灌强度随着工作压力增大而增大;分别得到喷嘴直径为1.2和1.4 mm的微喷头喷灌强度、距喷头距离和工作压力之间的关系多项式;对于工作范围较小的微喷头,喷嘴直径对于射程影响较大;在相同工作压力下,组合喷灌均匀系数随喷头间距增加而减小,通过计算组合均匀系数发现喷嘴直径1.4 mm的微喷头在300 k Pa下,组合间距为1.0R时,喷灌均匀度最高.     

异形流道出口折射式喷头水力性能试验与评价

为探究流道出口形状、工作压力、喷嘴直径对折射式喷头水力性能的影响,设计了矩形、Y形、垭口形3种流道出口的喷盘,通过正交试验测试单喷头移动水量分布,采用线性插值计算射程,利用直接叠加法计算不同喷头间距下组合均匀性系数,并运用综合加权评分法评价了喷头水力性能。结果表明:喷嘴直径、工作压力和流道出口形状对射程均影响显著,而其对单喷头移动水量分布的影响主要表现在水量区域位置和喷灌强度峰值不同。影响射程、喷灌强度峰值和组合均匀性系数的主次顺序为喷嘴直径、流道出口形状、喷头组合间距、工作压力。喷头水力性能最优的因素组合为:喷嘴直径为2.98mm,喷盘流道出口形状为Y形,喷头组合间距为2.5m,工作压力为100kPa。     

异形喷嘴对变量喷头水力性能的影响

研究了异形喷嘴对变量喷头水量分布的影响.依据面积相同原则设计多种形状的异形喷嘴,测量了异形喷嘴的流量系数、射程和末端水滴直径,得出星形喷嘴射程降低较少,不同压力时水量分布规律相近,可改善低压力下均匀度.对比了星形喷嘴变量喷头和圆形喷嘴变量喷头的水力性能,星形喷嘴变量喷头远射程处平均喷灌强度为近射程处的85％,圆形喷嘴变量喷头远射程处平均喷灌强度为近射程处的79％,星形喷嘴变量喷头水量分布优于圆形喷嘴变量喷头.分析比较了变量喷头水量分布等值线图,结果表明,星形喷嘴变量喷头的水量分布均匀度好于圆形喷嘴变量喷头,方形喷洒域的均匀度好于三角形喷洒域.     

折射式微喷头水力性能试验及工作参数优选

为探究折射式微喷头水力性能并确定其适宜的工作参数,开展微喷头水力性能测试,明晰不同工况下单个微喷头水量分布特征,分析其流量、射程、喷灌强度随工作压力和喷嘴直径的变化趋势。探究在正方形和正三角形组合方式下,工作压力和组合间距变化对喷灌均匀系数CU的影响,基于主成分分析方法,统一相关评价指标,建立折射式微喷头工作参数综合评价模型。结果表明：单喷头的流量、喷灌强度均与工作压力呈正相关,而射程随压力的变化并不明显;正方形和正三角形两种组合方式下,组合间距变化对CU产生的影响明显大于工作压力和组合方式;依据各工况评分高低,对微喷头最优工况做出合理选择,实例应用的结果表明：折射式微喷头最优工况为正三角形组合,工作压力0.25 MPa,组合间距0.4 m。     

低压射流不同喷嘴参数及压力下破碎过程实验

研究了不同低压下喷头喷嘴直径和喷嘴锥角对射流破碎的影响。采用高速摄像仪对低压圆柱射流的射流核心长度和射流破碎长度进行实验,测量了不同喷嘴结构的流量、射程和末端水滴直径。结果表明:同一压力下,当喷嘴锥角不变时,随着喷嘴直径的增大,喷头流量、射程和喷头末端水滴直径都变大,射流核心长度和破碎长度均增大;当喷嘴直径不变时,随着喷嘴锥角的增大,喷头流量逐渐减小,而喷头射程呈先增大后减小趋势,喷头末端水滴直径也变大,射流核心长度逐渐减小,射流破碎长度先减小后增大。综合考虑射程和雾化效果,直径为5 mm、锥角为45°的喷嘴为最优选择。同时通过对不同Re数和We数的实验和分析,给出了适合低压喷嘴的两种射流特征长度的拟合关联式。     

低压雾化喷头雾化性能试验

为了进一步了解低压雾化喷头的雾化性能,为以后优化喷头性能提供理论依据,进行了相关试验.选取低压雾化喷头的孔径为0.5,0.8,1.0 mm,压力为0.08,0.11,0.14 MPa,喷头和锥盘间距为2,4,6 mm,锥盘夹角为150°,120°,90°等4个参数,设计并进行了正交试验.通过测量3种不同孔径的喷头在0~2.4 m雾化射程时的雾化水量分布特性,并对喷头以正方形组合方式和三角形组合方式时在不同组合间距下的均匀性进行分析,在此结果上进行极差分析,得到各因素影响趋势.结果表明:径向水量分布呈现正态分布,最高雾化水量点出现在接近雾化射程末端,且与喷嘴孔径成正相关;与三角形组合方式相比,正方形组合方式较好;影响雾化射程的主次顺序依次为孔径、锥盘夹角、压力、间距,对三角形组合均匀性系数的影响主次顺序依次为锥盘夹角、孔径、间距、压力,正方形组合均匀性系数的影响主次顺序依次为锥盘夹角、孔径、压力、间距.     

异形喷嘴变量喷头水力性能试验

在分析喷嘴出口前压力与喷嘴面积、射程之间关系的基础上,阐述了异形喷嘴变量喷洒喷头结构形式及工作原理.对变量喷头进行了水力性能试验,并绘制了单喷头水量分布等值线图.试验表明:异形喷嘴变量喷头运行可靠,能够实现正方形和三角形喷洒域,与圆形喷嘴的摇臂变量喷头相比其喷洒性能良好,改善了喷灌均匀性.     

组合方式对喷灌均匀度的影响研究

【目的】研究喷头不同组合方式对喷灌均匀度的影响,得到最佳的组合方式。【方法】根据FYRB471 型喷头在不同工作压力下间距1 m采样所得的无风喷洒降水强度,针对喷头分别呈正三角形、正方形、正六边形等组合方式,拟合出了喷头在不同工作压力及组合间距下的降水强度,采用克里斯琴森均匀系数计算了相应的喷灌均匀度。【结果】当工作压力一定时,不同组合方式下的喷灌均匀度都随喷头间距的增大而减小;当喷头间距一定时,组合均匀度与工作压力正相关。当间距小于5.5 m时,不同工作压力下3 种组合方式的均匀度相差不大;当间距大于5.5 m时,随着工作压力或者组合间距的增大,正三角形组合方式所提供的喷灌均匀度最优,正方形组合方式次之,正六边形组合方式最低。正三角形组合方式喷头间距变大时,喷灌均匀度降低;工作压力过大或间距过小时会增加成本,因此农业生产可兼顾考虑效率和成本选择喷头的组合方式以及工作压力,制定合理的喷灌方案。【结论】当组合间距介于5.5 m和8.5 m之间,工作压力介于200 kPa 与320 kPa 时,应考虑采用正三角形组合方式,此时的喷灌均匀度最高,达80%以上;当组合间距小于等于5.5 m时,不同工作压力下的均匀度基本相同,应考虑采用正六边形组合方式,单个喷灌设备覆盖范围最广,成本最低。     

太阳能喷灌系统供给能源与水力性能关系

为了解决太阳能喷灌系统应用中无法对喷头水力性能进行有效预测的问题,以光照强度为影响因素,太阳能喷灌系统泵出口流量、泵出口压力、喷洒射程、水量分布及系统灌溉均匀性系数为评价指标,通过在夏季典型天气25~36℃下的系统水力性能试验,寻找不同光照强度下系统喷洒水力性能的变化规律,获得系统最佳工作状态下所需光照强度.试验结果表明:随着光照强度的增大,系统流量及泵出口压力均增大,泵的流量和压力随光照强度的变化规律基本符合指数分布规律.当光照强度大于900.0 W/m²时,系统流量、泵出口压力、射程及水量分布基本保持不变.获得了平均光照强度与均匀性系数函数关系,当光照强度大于900.0 W/m²时,系统喷灌均匀系数大于88%.当光照强度为200.0~600.0 W/m²时,系统喷灌均匀系数为76%~82%.太阳能喷灌系统在光照强度大于200.0 W/m²时可正常工作.该研究为改善太阳能喷灌系统水力性能,促进太阳能喷灌系统在实际工程中的推广应用提供了参考.     

旋转折射式喷头水量分布与喷灌均匀性试验

为了研究喷头工作压力、喷嘴直径和安装间距对喷灌喷洒水深和喷灌均匀度的影响规律,选用喷嘴直径为2.98、3.37、3.77 mm的R3000型旋转式喷盘的折射式喷头进行了研究。测量了3种喷头在0.1、0.2、0.3 MPa工作压力下的径向水量分布,喷灌强度随着喷头工作压力或喷嘴直径的增加而增大。叠加计算了安装间距为2、3、4、5、6 m几种情况下的组合均匀性系数,并通过组合试验与计算结果进行对比,得出组合均匀性系数试验值与模拟计算值的误差在0.5%~11.0%之间,影响因素的主次顺序为喷头安装间距、工作压力、喷嘴直径。结果表明:喷嘴流量系数平均值在0.9以上,说明喷头的性能良好。3种喷嘴的最佳喷灌均匀性系数分别为75.9%、78.2%和85.1%。提出了自制R3000型旋转折射式喷头最佳组合间距为4 m的计算均匀性系数经验公式,为其在工程中的应用提供了理论数据。     

低压均匀喷洒摇臂式喷头主副喷嘴设计及试验

为了解决现有喷灌系统能耗较高的问题,选取10型号摇臂式喷头为研究对象,设计7组方案的喷头主副喷嘴结构,使其实现低压均匀喷洒。分别对7组方案进行水力性能试验及分析,结果表明:7组方案对它们射程的影响并不明显。方案7在主喷嘴上增加凹槽,径向水量分布较为平缓,性能优越。分别对7组方案在组合间距为1 R、1.1 R、1.2 R、1.3 R和1.4 R下进行仿真计算,得到方案7组合均匀性最好,均匀性系数值均高于0.8,且在1.4 R时均匀性系数最大,值为0.83。与其他方案相比,方案7可以增大喷头的组合间距。研究结果降低了摇臂式喷头的工作压力,低压下提高了喷洒均匀性,实现降低系统能耗的效果。     

PY30摇臂喷头掺气状况下性能对比

掺气喷头是在以PY30摇臂喷头为结构基础的前提下,从摇臂喷头的中部插入掺气管,形成气液两相射流,所得到的新型喷头.在保证2种喷头工作压力分别在100,200,300 kPa并具有相同流量的前提下,试验研究了掺气与不掺气以及掺气量变化对喷头径向水量分布、射程等因素的影响,并以正方形布置方式为例,计算出不同组合间距下的喷洒均匀性系数.试验结果表明:在喷头工作压力和工作流量相同的情况下,摇臂喷头与掺气喷头的射程近似相等;在掺气管相对喷嘴出口端面移动距离依次为-1.5,0,2.0 mm状态下,掺气管吸入负压逐渐增强,掺入的气体流量增大,此时掺气喷头的径向水量分布与摇臂喷头的径向水量分布相比,喷头的射流轨迹中段降雨量逐渐增强,峰值趋于区间化;在200,300 kPa工作压力下,掺气喷头的最佳组合间距均为R,喷灌均匀性系数分别高于摇臂喷头2.5%和1.9%.     

不同工况对喷灌水量分布的影响

为了探究不同工况对射流式喷头喷灌水量的影响,通过对射流式喷头在不同组合间距和工作压力下的水量分布数据进行分析,拟合出了喷头在不同工作压力及组合间距下的降水强度,采用克里斯琴森均匀系数和分布均匀性系数计算了相应的喷灌均匀度.结果发现喷头组合间距在1.0R~1.4R变化时正方形组合喷灌的CU值随喷头间距的增大呈下降趋势,CU值均大于70%;1.0R和1.2R组合间距下正方形组合喷灌低值区域的占比比三角形组合高,而1.4R的组合间距则与上述相反;当压力由0.1 MPa升至0.3 MPa时三角形组合喷灌区域的灌水峰值随着压力的增大呈先减小后增大的趋势;在正方形组合形式下增大工作压力有利于提高喷洒区域内的均匀性;压力损失并不总是降低喷灌的均匀性,0.2~0.3 MPa压力下,10%的压力损失对喷头喷灌均匀性几乎没影响;射流式喷头1.4 m安装高度、0.25 MPa压力下宜采用1.4R间距的三角形组合.     

平地向坡地转换喷灌水量分布计算模型研究

针对坡地喷灌水量分布实测困难问题,以坡地喷头射程计算公式为基础,依据喷头射流方向总水量守恒原理,构建了喷灌水量分布由平地转换到坡地的计算模型,并通过试验验证了模型的正确性。利用该模型,分析了喷头布置方式、喷头间距、工作压力和坡度等对坡面喷灌水量分布的影响,结果表明,三角形布置有利于坡地单喷头水量分布的叠加,且其组合喷灌均匀度略高于方形布置;随着喷头间距的增大,组合喷灌均匀度呈下降趋势;喷头低压运行时,组合喷灌均匀度相对较低,不能满足喷灌均匀性的要求,随着喷头工作压力的增大,组合喷灌均匀度逐渐增大;在一定坡度范围内,不同坡度对水量分布和组合喷灌均匀度的影响较小。因此,在坡地喷灌系统设计时,若选用雨鸟LF1200型喷头,建议采用三角形布置,喷头间距宜为1.0~1.2倍平地喷头射程,喷头工作压力宜选用300 k Pa。     

喷灌水量分布由平地向坡地转换计算模型研究

针对坡地喷灌水量分布实测困难问题,以坡地喷头射程计算公式为基础,依据喷头射流方向总水量守恒原理,构建了喷灌水量分布由平地转换到坡地的计算模型,并通过试验验证了模型的正确性。利用该模型,分析了喷头布置方式、间距、工作压力和坡度等对坡面喷灌水量分布的影响,结果表明,三角形布置有利于坡地单喷头水量分布的叠加,且其组合喷灌均匀度略高于方形布置;随着喷头间距的增大,组合喷灌均匀度呈下降趋势;喷头低压运行时,组合喷灌均匀度相对较低,不能满足喷灌均匀性的要求,随着喷头工作压力的增大,组合喷灌均匀度逐渐增大;在一定坡度范围内,不同坡度对水量分布和组合喷灌均匀度的影响较小。因此,在坡地喷灌系统设计时,若选用雨鸟LF1200型喷头,建议采用三角形布置,喷头间距宜为1.0～1.2倍平地喷头射程,喷头工作压力宜选用300k Pa。