分水针对喷头喷灌质量影响的试验研究

以S800草坪喷头为研究对象,选择分水针直径、分水针插入主射流深度和喷头工作压力为试验因素,通过正交试验系统研究了分水针对喷头低压工况下水力性能的影响。获得以下试验结果:随着分水针插入主射流的深度增加,在喷头射程降低的同时能显著提高喷头低压工况下的灌溉均匀度,分水针直径的变化对喷头射程和灌溉均匀性影响较小;喷头射程损失系数主要与分水针插入主射流的深度有关,与喷头工作压力及分水针直径无显著性关系。综合分析可得,若使用分水针改善喷头低压工况下的喷灌均匀性,只能通过加速射流破碎,以降低喷头射程为前提实现。     

基于开环控制的变量喷头组合喷灌试验

构建了基于开环控制策略的方形域喷灌系统,以喷头转速一致为评价指标,采用逐级计算方法对管路进行水力计算,以优化方形域喷头组合喷灌配置模式。试验研究了单喷头的水力性能,依据单喷头水量分布对喷头组合喷灌均匀性进行了仿真。通过与2喷头组合喷灌试验对比获得以下结论:在实验室条件下对方形域喷头进行仿真计算获得的均匀度数据与组合试验结果基本一致,因此可通过仿真试验研究变量喷头组合喷灌均匀性;基于S800喷头的方形域组合喷灌,其平均喷灌强度为2.8mm/h,组合喷灌均匀度达77%,达到《喷灌工程技术规范》规定的定喷系统均匀系数不低于75%的要求。     

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%.     

柔性凸轮控制实现变量喷洒的可行性分析

旋转式喷头广泛应用于园林绿地灌溉,但旋转式喷头存在圆形喷洒域与地块的不规则形状匹配性差的问题。为解决这个问题,以15PY2型旋转式喷头为基体设计一款基于柔性凸轮控制的变域喷洒的变量喷头,介绍了其结构和工作原理。该变量喷头既可以实现不规则喷洒域也可以实现特定形状的喷洒域。根据喷头射程方程、变量喷头工作方程、减压阀流量方程推导建立了变量喷头的水力学模型,并通过试验测试证明了水力学模型的正确性和基于柔性凸轮的变量喷头设计方案的可行性,为变量喷头设计提供理论参考。     

摇臂式喷头稳流器结构参数正交试验

喷头中稳流器的作用是阻断喷管中的横向环流,消除二次流使水流平稳顺直,从而降低水流湍流程度、提高喷头出口速度的均匀性,达到增加射程的目的。在喷头设计中,对稳流器的考虑主要有三方面:稳流器形式、稳流器的长度及稳流器的安放位置。以Nelson公司的SR100喷头为例,以喷头的出口湍动能和流量作为考核指标,采用三因素三水平的正交设计,通过数值模拟,分析得到稳流器结构参数对喷头出口湍动能和流量的影响规律。研究结果表明,喷头内部安装稳流器能有效降低喷头出口水流的湍流程度,但会稍微降低喷头的流量;稳流器三因素中稳流器形式对喷头出口湍动能影响最大,长度次之,安放位置最小;对喷头流量的影响顺序依次为稳流器形式,安放位置和稳流器长度;筋片形稳流器的效果最好,稳流器的长度最好与喷管的长度相等。     

几种园林地埋式旋转喷头水力性能试验对比与工作参数确定

为了解决园林绿地喷灌中喷头参数选择不当导致灌溉不均匀的问题,对比研究了Rain Bird-3500、Hunter-PGP、Toro-mini-8、K Rain-PRO四种典型园林地埋式旋转喷头的水力性能和经济性参数,确定了四种喷头的适宜运行工作参数。结果表明,四种地埋式喷头的流量、运转速度、组合平均喷灌强度和喷灌均匀系数的变化趋势基本一致;喷头的流量随着工作压力的增大而增大;随着喷头组合间距的增大,平均喷灌强度、喷灌均匀系数和喷头投资总体有下降的趋势;当喷头间距一定时,工作压力越大,喷灌均匀系数逐渐增加。综合喷灌质量、节能性和经济性三方面考虑,建议Rain Bird-3500和K Rain-PRO工作压力以0.20 MPa,组合间距为14 m×14 m为宜;Hunter-PGP的工作压力以0.25 MPa,组合间距采用14 m×14 m为宜;建议Toro-mini-8的工作压力以0.15 MPa,组合间距以12 m×12 m为宜。     

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.     

三段管式非圆形域喷头的结构设计及性能测试

针对市面上喷头普遍存在的漏喷、重叠和界外喷洒等问题,研制了一种三段管式非圆形喷洒域喷头,喷头由三段端面为圆且相邻轴线存在夹角的管体组成,管体之间通过轴承相连,构成3对转动副。第一段管体与安装基座相连,通过电机调节第一段管体控制喷头的旋转速率,通过另一台电机改变管体旋转中心线与喷头轴线的角度差实现喷头仰角大范围角度变化,从而精确控制喷头实现均匀、标准的非圆形域喷洒。在保证喷头低廉成本的同时,端部为圆的椭圆筒型设计方便在喷头入、出水口增添不同类型的调节器,综合其他成熟非圆形域喷灌调节措施,以满足不同环境下的喷灌需要。经试验各方面均优于传统喷头,为非圆形喷洒域喷头的设计应用提供了新的思路和方法。     

20PY2摇臂喷头掺气情况下的低压喷灌效果

20PY₂掺气喷头是以20PY₂摇臂喷头结构为基础,引入气液两相流理论得到的一种喷头.以20PY₂掺气喷头为研究对象,研究其低压下的喷灌效果,并对比摇臂喷头的喷灌效果.试验评价指标:平均喷灌强度、蒸发漂移量、喷灌均匀系数及分布均匀系数;变量:工作压力和组合间距.试验结果表明:与摇臂喷头相比,掺气喷头的射程变化不大,但掺气喷头的平均喷灌强度随工作压力递增,随着组合间距递减;低压下,掺气喷头在风速为1 m/s时的蒸发漂移量约为5%,其组合喷灌的最佳工作压力和组合间距分别为300 kPa和1.1R.掺气喷头喷灌强度峰值与谷值的阶梯性较好,同等数量测点的喷灌强度峰值区间和谷值区间平均值趋向于平均喷灌强度,峰值区间和谷值区间喷灌强度在灌溉总强度中的占比分别低于和高于摇臂喷头.因此,喷灌效果优于摇臂喷头.     

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．     

清洁用自吸气脉冲喷头结构参数的正交试验

为研究吸气对脉冲喷头运行特性的影响,设计了一种用于智能马桶清洁的自吸气脉冲喷头,并搭建了喷头整体性能测试实验台.以提高脉冲喷头射流性能为优化目标,选取进气孔直径、进气孔位置和喷头腔体底面倾角为优化变量,采用正交试验设计优化方案对不同结构参数下的喷头进行测量.试验结果表明:自吸气脉冲喷头结构参数之间存在的交互作用不多,仅进气孔位置和喷头腔体下壁面倾角存在一定相互作用;对喷头射流击打力和射流脉冲主频率影响最大的单因素为进气孔直径;与优化前的不吸气脉冲喷头相比,优化后的自吸气脉冲喷头射流是速度提高150%,且流速衰减更慢,射流范围更大;击打力提高44.4%,射流脉冲主频率提高33.3%;击打力幅值和清洁率相较于优化前更高,分别达80.0%和98.3%.     

安装高度对折射式微喷头水力性能的影响

选取折射式微喷头,在200kPa工作压力下,测试0.5、1.0、1.5、2.0和2.5m安装高度下的单喷头水量分布。利用surfer软件绘出单喷头水量分布等值线图,对图中喷头中心至喷灌强度为0.15mm/h等值线的距离,多次测量取平均值,以确定射程。采用叠加法,计算出不同喷头间距下的组合均匀性系数。结果表明:随着喷头安装高度的升高,射程增加,单喷头喷灌强度峰值降低。不同喷头安装高度下,最高组合均匀性系数对应的最佳喷头间距不同,但均不超过0.9倍射程。0.5m喷头安装高度的射程最小、喷灌强度峰值最大、最高组合均匀性系数最低,为最不利安装高度。     

轻小型喷灌机组能耗分析与多元回归模型

为了研究配置参数对轻小型喷灌机组能耗的影响,在基于遗传算法的喷灌机组能耗计算模型基础上,以机组4.4CP-45为例,采用四因素三水平考虑交互作用的正交设计,就管道管径、喷头间距、喷头数、喷头工作压力及其交互作用对机组单位能耗的影响进行了对比分析,在此基础上建立了机组能耗的多元回归模型.研究结果表明,喷头工作压力对能耗的影响最显著,其次为管道管径,喷头数的影响也很明显,喷头间距对能耗的影响体现在与其他参数的交互作用中.4组主要的交互作用因素中,喷头间距与喷头数的作用最敏感,其后依次为管径与喷头数、喷头间距与管径、喷头间距与喷头工作压力,因而在机组配置参数的选择中,参数间交互作用不可忽略.经综合比较,机组配置参数最优组合方式为喷头间距为15 m、管径为80 mm、喷头数9个、管道末端喷头工作压力为0.25 MPa,此时机组单位能耗为4.53 kW·h/(mm·hm²),比优化前降低了22.6%,比只考虑单因素作用得到的最优组合方式降低了1.0%,且配置参数的选择更能为用户所接受.机组能耗多元回归模型复相关系数达0.88,确定性系数为0.774,比较可靠,能为喷灌工程设计及性能评价提供一定的借鉴作用.     

适宜喷洒水滴和我国喷头的基本参数

喷灌是以降雨形式进行灌溉,补充土壤水分以利作物生长的灌水技术,即是通过一定的机械设备将水流分裂成水滴进行灌溉的。喷头即是完成这一过程的专门设备。我国目前使用最广泛的是摇臂式喷头,并且已有Py_1系列喷头,在全国各地生产和使用。Py_1系列喷头吸取了国内外喷头的长处,并进行了理论上和实践上的研究,为我国喷头     

动态水压坡地喷灌水量分布特性与均匀度研究

针对坡地喷灌水量分布不均匀、灌溉质量较低的问题,将动态水压供水技术引入坡地喷灌,以雨鸟LF1200型喷头为研究对象,分析了动态水压喷灌对喷头流量、射程、喷洒湿润面积、单喷头水量分布和组合喷头水量分布及均匀度的影响。结果表明:对于单喷头而言,采用动态水压喷灌的上下坡射程差在2.3 m左右,动压参数中动压振幅对射程影响较显著,动压喷灌时,振幅建议采用喷头正常工作压力范围内的较大值;单喷头水量分布均匀度在56%左右,动态水压参数对单喷头水量分布和喷灌均匀度影响不显著。在组合喷头的情况下,采用正三角形和矩形布置的均匀度高于正方形布置,其中采用矩形布置喷灌质量最佳。综合考虑工程投资、水量分布以及均匀度,动态水压喷灌时,当喷头采用三角形布置方式时,建议喷头间距为1.0～1.2R(R是喷头平地射程),当喷头采用矩形布置方式时,坡向间距宜采用0.6～0.8R,垂直坡向间距宜采用1.0～1.2R。     

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.     

基于弹道理论有风条件下折射式喷头喷灌均匀度研究

为计算有风条件下折射式喷头水量分布及喷灌均匀度,以弹道轨迹理论为基础,依据风速分布模型,建立有风条件下折射式单喷头水量分布计算方法,采用该方法模拟出有风条件下Nelson D3000型喷头倒挂安装方式下水量分布特性,通过与实测资料进行对比,验证了模拟具有较高的准确度,可应用于有风条件下折射式喷头水量分布计算。在此基础上,选用4.76 mm(24号)喷嘴直径,模拟出不工况下单喷头水量分布,计算出组合情况下喷灌均匀度,分析了风速、风向、喷头间距、工作压力和安装高度5种因素对喷灌均匀度的影响,并对蒸发漂移损失进行了分析。结果表明:95%的置信区间下,喷头布置间距对喷灌均匀度的影响最显著,其次是安装高度和喷头工作压力,风速和风向对喷灌均匀度影响不显著。风速、喷头工作压力和安装高度都会对蒸发漂移损失产生影响,其中工作压力影响最大。当选用Nelson D3000型喷头在风速小于6 m/s的环境下喷灌时,应将喷头安装间距固定在2.13~3.04 m范围内。另外,该安装间距范围内,喷头安装高度和喷灌压力增大后,喷灌均匀度增大的效果不明显,因此应采用低压喷灌以降低喷灌系统运行成本;考虑到较高的喷头安装高度会产生较大的蒸发漂移损失,喷灌时还应适当降低喷头安装高度,以提高喷灌水分利用率。     

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%.     

圆形喷灌机喷头选型及配置

圆形喷灌机作为典型的节水灌溉装备,具有自动化程度高、喷洒效果好、工作效率高等优点,近年来在我国得到很好的推广应用。圆形喷灌机的灌溉质量主要取决于使用的喷头类型及配置方式。分析了圆形喷灌机喷头从中压向低压方向发展演化过程,对各种类型喷头主要性能与参数特征进行了梳理与归纳。综述了各类喷头的结构特征与性能、配置方式等方面研究与应用现状。对圆形喷灌机喷头和配置方式的研究现状分析表明,目前圆形喷灌机使用的喷头普遍为低压旋转折射式喷头,且国内外对于该类喷头的设计与性能等方面的研究尚不完善,亟待展开相关领域研究,促进该类型喷头的国产化,以满足日益增长的规模化农业对大型喷灌机的巨大市场需求。      

航空植保喷施参数对苹果树雾滴沉积特性影响

为提高植保无人机在果树上的喷施效果、增加雾滴在果树上的穿透力和分布均匀性,进行了系列试验,研究了喷头间距和飞行高度参数对雾滴沉积分布的影响,并优化出最佳喷头间距参数。确定了喷洒系统喷头安装位置参数,并通过正交试验,研究了飞行高度、飞行速度和喷洒系统喷头安装位置参数对雾滴在苹果树上分布的影响。试验以S40电动直升机为载体,以诱惑红为液体染色剂、铜版纸为雾滴采集卡。结果表明:飞行高度Sig.=0.811,P0.01,喷嘴间距Sig.=0.006,P0.01,喷头间距对喷幅影响极其显著;当飞行高度为2m,喷头间距为55、50、50、55cm时,喷幅最大均为7m,雾滴密度变异系数最小为63%和44.5%。苹果树喷施正交试验中,飞行高度2m、飞行速度1m/s、喷洒系统中4个喷头位于交叉角度为90°的十字形喷杆上且距离交叉点均为105cm时,雾滴在苹果树上的沉积较好。