全射流喷头的原理及实验研究

介绍了全射流喷头的设计思路、原理和特点，并介绍了全射流喷头的两种结构形式：间隙式和小孔节流式，以及在实验研究中发现的一些问题。在比较试验的基础上，最后确定采用间隙式全射流喷头。     

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。     

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.     

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%.     

PXSB型双向步进式全射流喷头的原理及结构设计

针对目前国内摇臂式喷头存在结构复杂、使用寿命较短和成本较高等不足,提出一种新型的大中型旋转式PXSB型双向步进式全射流喷头.研究了PXSB型双向步进式全射流喷头的基本工作原理,对喷头整个工作过程作了具体分析,提出喷头正常工作的条件为喷头的射流元件体出口处盖板两侧均要设有间隙,正向导管和反向导管需在适当的位置开有补气小孔.结果表明：喷头的双向步进是通过射流元件体和双向步进换向机构的切换配合来实现,即通过控制信号水的流向来实现喷头的正向步进和反向步进,使喷头具有优越的水量分布和喷洒均匀性等水力性能.喷头的双向步进结构提高了喷头工作的稳定性和可靠性.滚动轴承装置和密封结构,优化了喷头的密封性能.     

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．     

成都工学院试制成功步进式全射流喷头

成都工学院射流组的科技人员,经过半年多来的精心研究和反复试验,研制成功了一种新型全射流喷头——步进式全射流喷头。它是一种综合了现有全射流式和摇臂式喷头优点而研制成的新型喷头,它省去了摇臂式喷头的复杂的摇臂机构,避免了间歇猛烈的机械撞击,而利用两股射流的干涉效应,在喷头喷水的同时实现步进式转动(即     

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。     

“槽型”驱动板对射流脉冲喷头水力性能的影响试验研究

为改善射流脉冲喷头的径向水量分布,基于射流脉冲喷头的“双驼峰”式水量分布以及挡水板结构的特点,创新了一种“槽型”驱动板结构,并进行了正交试验,得到一种新型结构的射流脉冲喷头.发现“槽型”驱动板的各结构因素对射流脉冲喷头喷灌均匀度影响的主次顺序及最优结构为内槽倾角13°、驱动板长度16 mm、槽宽3 mm、侧驱动板倾角17°、驱动板宽度11 mm.当进口压力为 0.15,0.20,0.25,0.30 MPa 时,开展了“槽型”射流脉冲喷头、原射流脉冲喷头与摇臂式喷头水力性能对比试验.试验结果表明:在0.15~0.30 MPa的进口压力下,新喷头进口流量相比原喷头进口流量减小0.12~0.17 m³/h,相比摇臂式喷头进口流量减小0.07~0.16 m³/h.“槽型”射流脉冲喷头喷灌均匀度比原射流脉冲喷头提高 1.25%~7.43%,比摇臂式喷头高 7.84%~14.42%.综合分析表明“槽型”驱动板结构设计合理,对射流脉冲喷头的喷灌均匀性改善显著.研究可为该型国产喷头后续研发和工程应用提供可借鉴的理论参考与数据支撑.     

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．     

稳流器对摇臂式喷头水力损失影响的数值模拟计算

稳流器是喷头内的主要过流部件,喷头内过流部件的压力损失是评价喷头好坏的指标。利用ANSYS/FLOTRAN有限元分析软件,根据喷头内部流体流态,激活标准K-ε湍流模型,对装有不同型式稳流器的PY130型喷头内部三维流场进行数值模拟。经过建模、分网、加载、计算这一流程,对喷头内流场进行微观化分析,得出速度矢量分布图和压力等值分布图,直观地反映了喷管内部流场紊流程度变化和压力变化并可得出喷头水力损失值,为喷头的优化设计提供合理的依据。     

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.     

轻小型喷灌机组逐级阻力损失水力计算

为了解决精确计算轻小型喷灌机组阻力损失的问题,从管路中流体力学机理出发,对其进行了分析;将机组布置成线型,根据构成特点与运行特性,采用逐级计算方法对其进行水力计算,计算过程中将任意两喷头间的总水头损失简化为其输水管路沿程损失乘上经验系数,推导出喷灌机组中各喷头工作压力的计算公式,确定逐级阻力损失的计算方法.结合一个算例,选择型号为65ZB-40C＆12×PY120的喷灌机组进行室外试验对比,理论计算时经验系数取为1.1,试验时保证该喷灌泵在其设计工况点运行,多次测量计算出的平均值作为最终的试验数据.计算值与试验值的对比结果表明：在管路流动中,随着流量沿程减小,各喷头工作压力在管路首端时相差较大,末端时基本保持一致.绘制了喷头工作压力的理论计算值与试验值的误差条线图,通过计算得出绝对误差最大的是3号喷头,它们的相对误差在0.27%～1.96%范围内.     

ZY-2摇臂式喷头组合喷灌技术参数田间试验研究

采用承雨筒测量法,对目前市场上常用的ZY-2摇臂式喷头采用18 m×18 m布置方式在不同气象条件下的组合喷灌主要技术参数开展田间试验研究.结果表明,组合喷灌均匀系数、喷洒水利用系数均在0.8以上,蒸发漂移损失的测试值为0.8%～14.28%.主要集中在4%～10%.构建了组合喷灌主要技术参数与主要气象因素、工作压力的...     

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.     

固定式喷灌系统喷头经济压力的研究

在能源危机的冲击下，节能已成为广大喷灌工作者共同关心的问题。降低喷灌系统工作压力是节能的主要方法之一，而喷头的工作压力与喷灌系统工作压力紧密相关。本文提出了固定式喷灌系统喷头经济压力的概念及其确定方法，并将此法运用到实例中。在选择经济、合理的喷头及其经济工作压力方面做了有意义的探讨。     

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.     

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°.     

射流式喷头水量分布动态仿真及试验

【目的】研究工作压力,喷头组合间距、组合斱式和旋转速度对射流式喷头及多喷头组合喷灌均匀性系数(CU)和分布均匀系数(DU)的影响。【斱法】采用不同工作条件下单喷头和多喷头组合喷灌水量分布的动态仿真代码,对射流式喷头开展了水力性能试验;研究了射流式喷头在不同工作压力及安装高度条件下对喷灌强度、水量分布的影响;建立了水量峰值强度与工作压力的回归关系式;模拟了单喷头在正斱形和三角形组合喷灌下的空间水量分布。【结果】喷头在1.5 m安装高度、100~300 kPa压力条件下,水量峰值集中在5 mm/h附近,标准偏差(STD)为0.23。喷头在100 kPa工作压力,安装高度为1.1、1.3 m的水量峰值强度分别可高达8.9、10.5mm/h。不同工作压力下的单喷头喷灌的DU和CU标准偏差分别为15.5%、9.3%,且DU对压力的变化相对更为敏感。【结论】在实际喷灌工程中正斱形组合喷灌的间距应小于8m,三角形组合喷头之间的间距应布置在8m附近,此时的喷灌均匀度最高,单个喷灌设备覆盖范围最广,成本最低。