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%.     

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.     

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.     

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.     

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。     

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.     

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%.     

双喷嘴负压反馈射流喷头水力性能研究

为简化摇臂式喷头结构、提高其水力性能,通过负压反馈技术设计了一种双喷嘴射流喷头,包括射流元件、主副喷管、旋转密封机构等,其主副喷管长度分别为5.6mm和4.8mm、喷头仰角为30°,左右喷管里产生的间歇脉冲水流能够驱使喷头步进式全圆旋转。在0.20、0.25、0.30、0.35MPa进口压力下,以射程、平均喷灌强度和喷灌均匀度为评价指标,通过加权评分法,对比了4种不同主副喷嘴直径组合（4mm×3mm、4mm×4mm、5mm×4mm和5mm×5mm）射流喷头与摇臂式喷头的水力性能。结果表明：在上述4种进口压力下,主副喷嘴直径分别为5mm和4mm时的射流喷头综合性能最好,其水量分布呈“三角形”,射程在13.2~13.7m之间,平均喷灌强度在3.81~4.38mm/h之间,喷灌均匀性系数在82.5%~86.0%之间。     

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%.     

基于弹道轨迹方程的折射式喷头水量分布计算模型

针对折射式喷头水量分布模拟研究较少的问题,通过高速摄像技术测得了不同工作压力和喷嘴型号下水滴射流速度和射流弧度,构建了折射式喷头水束射流速度及弧度的指数模型,在此基础上基于弹道轨迹方程和水滴蒸发模型,采用Eclipse作为开发工具编写出折射式喷头水量分布的计算程序。该软件能够在已知喷头工作参数及环境条件下,模拟出水滴粒径分布、水量分布、能量分布等指标。采用软件计算出不同工况下Nelson D3000型喷头喷洒水力特性,并依据模拟出的单喷头水量分布数据,以24 m平移式喷灌机为例进行多喷头组合叠加,与实测值进行对比,结果表明:基于3种模型下开发出的单喷头水量分布计算软件模拟出的水滴粒径分布及单喷头水量分布与实测值变化的规律相符,模拟准确度较高。不同间距下多喷头组合叠加时,喷灌均匀度相对误差在0.04%~14.77%,变化规律的差异性较小。该软件能够为移动式喷灌机优化设计提供技术支持。     

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。     

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.     

考虑水滴运动蒸发的喷灌水量分布模拟

提出了有风条件下喷头水滴运动与喷灌水量分布模拟方法,并利用Visual Basic 6.0开发了喷灌水量分布模拟软件.该软件在已知单喷头的径向水量分布数据时,可以模拟出不同风速、风向、空气温湿度等环境条件下单喷头或多喷头组合的喷灌水量分布,计算出喷灌系统的组合喷灌强度、喷灌均匀系数和蒸发损失率.以9708A型喷头为例,分别对工作压力为0.20、0.25和0.30 MPa下单喷头径向水量分布以及喷灌系统组合间距为14 m x 14 m和14 m×12 m时的喷灌水量分布进行了模拟,并与实测值进行了对比,结果表明:模拟的单喷头径向水量分布与实测值总体一致,由模拟水量分布推算的喷头流量与实测值的相对误差为0.83％ ～8.01％;喷灌均匀系数模拟值与实测值的相对误差为0.69％～6.36％,蒸发损失率模拟值为0.51％ ～ 1.75％,小于实测的水量损失率.模拟了不同组合间距下的喷灌水量分布,得到的喷灌均匀系数模拟值与其他软件比较,相对误差在0.11％ ～2.44％之间.     

驱动板倾角对负压反馈喷头水力性能影响试验研究

为了探究射流脉冲喷头驱动板不同倾角及其对喷头水力性能的影响并找出水力性能最优驱动板倾角,采用正交试验法设计了6种不同倾角α(7°,10°,13°,16°,19°,22°)的驱动板,与副喷嘴整体加工实物,分别进行了在不同进口压力下的水力性能试验.试验采用多因素分析法,将喷头射程、喷灌均匀度、喷灌强度作为评价指标,对6组驱动板的试验结果进行分析.结果表明:在0.15~0.30 MPa的进口压力下,喷头射程(13.0~15.0 m)、进口流量(1.27~1.77 m³/h)、喷灌强度(2.38~2.51 mm/h)与驱动板倾角无关.随着驱动板倾角增大,副喷嘴喷洒水量向近处集中,喷灌均匀系数呈先增加后减小的趋势;当α为16°时,喷灌均匀系数最大,喷头的水力性能最优.     

球形接头调角度应用于坡地喷灌

坡地喷灌中,由于喷洒图形的改变影响了喷洒均匀性,改变立管倾角和改变喷头仰角成为必要,利用球形接头可方便地实现角度调节.通过对10PXH喷头转动均匀性分析,坡地上射程分析以及坡地上径向水量分布试验,给出球形接头的调节范围,以及在不同地形坡度情况下,球形接头合适的调节角度,用于改善坡地喷灌的质量.     

“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.     

不同水质膜下滴灌棉田盐分空间变异特征

为评价不同水质膜下滴灌棉田土壤盐分空间分布及变异性,采用EM38-MK2型电磁感应仪对微咸及淡水滴灌田块进行盐分调查。解译模型获得的土壤含盐质量比描述性统计特征表明,微咸水滴灌的积盐程度高于淡水滴灌,但其变异系数相对较小。采用GS+软件拟合最优半方差函数模型,微咸水处理为指数模型,淡水处理为高斯模型,均表现为强的空间相关性;微咸水处理变程大于淡水处理,增加了土壤盐分的空间相依性。Kriging空间插值及变异分析表明,淡水滴灌棉田土壤盐分微域及全域空间变异程度强于微咸水滴灌,二者均存在影响棉花出苗的盐斑。建议用水紧张时,可基于EM38-MK2型电磁感应仪的盐分调查结果,重点淋洗盐斑集中分布区域,以节水增产。     

喷灌水量分布动态模拟与均匀性研究

为研究压力、喷头组合方式和插值方法对喷灌均匀系数CU和分布均匀系数DU这两个评价指标计算结果的影响规律,利用雨量筒径向间隔为1 m的FY RB-471型喷头无风喷洒试验数据,模拟出了喷头在不同压力下的水量分布情况。在喷头矩形组合方式和正三角形组合方式下,采用线性插值、立方插值、三次样条插值、距离插值和平面插值法计算了不同压力下的喷灌均匀系数和分布均匀系数。结果表明,采用三角形组合方式比矩形组合方式计算的喷灌均匀系数CU高1.56~4.77个百分点,同样,三角形组合方式比矩形组合方式计算的分布均匀系数DU高4.26~9.19个百分点;不同的插值方法对喷灌均匀系数与分布均匀系数的计算结果影响不明显,而压力是影响喷灌均匀系数的一个重要因素。     

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L34(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...