旋转式阻尼喷头水滴及水量分布试验与模型研究

摘要

本文系国家自然科学基金项目“气液两相射流喷头水流空间破碎机理及模型研究”（编号:51309117）和国家863计划项目“精确灌溉技术与产品”（编号：2011AA100506）的部分研究内容。旋转式阻尼喷头由于具有射程远，喷灌均匀性高及抗风性强等诸多优点，所以越来越多地应用于农业生产。深入研究旋转式阻尼喷头水滴直径分布、动能分布和水量分布等规律对提高喷头喷洒质量有重要意义。本文通过试验研究了旋转式阻尼喷头喷洒水滴分布特性，建立了喷洒水滴运动模型，最后掌握了不同风速范围下水量分布规律及模型。
　　本研究主要内容包括：⑴对旋转式阻尼喷头水滴直径和动能分布规律进行了试验研究，分析了散水齿、喷嘴直径对水滴直径、动能分布的影响规律，并建立了相应模型。结果表明：散水齿对射程中段的水滴平均直径影响较大，对射程初始段和末段水滴平均直径影响较小；散水齿使末端水滴平均直径范围变小，使同一段距离的单位体积动能增加幅度变大。无散水齿时，近喷头处，喷嘴直径对水滴平均直径和动能强度影响较小；在喷头射程末端处，喷嘴直径对水滴平均直径和动能强度影响较大；有散水齿时，喷嘴直径对沿径向水滴平均直径分布和动能强度影响较小。建立相关模型的拟合系数均大于0.90。⑵提出了空气阻力模型、弹道轨迹模型、喷洒速度及射程模型和水滴蒸发模型综合条件下的水滴运动的仿真方法。采用Park公式计算空气阻力系数C，结合牛顿第二定律得到适用于旋转式阻尼喷头的弹道轨迹模型。在静止条件下水滴蒸发模型的基础上，引入折算薄膜概念推导出运动条件下水滴蒸发模型。通过试验建立了有散水齿条件下旋转式阻尼喷头水滴速度和喷洒射程模型，模型拟合系数均在0.80以上。综合上述模型，提出了模拟水滴运动及分布仿真方法。⑶通过试验研究了不同风速下布置方式、喷嘴直径、工作压力、安装高度和喷头间距对组合喷灌均匀性的影响。结果表明：不同风速下，矩形布置均比三角形布置更适用于实际工程；喷头间距对组合喷灌均匀性影响较大。低风速和中风速下，工作压力和喷嘴直径对组合喷灌均匀性有显著影响，安装高度对组合喷灌均匀性影响较小。高风速下，喷头的组合喷灌均匀系数小于75%，说明该喷头不宜在高风速下工作。不同风速下，压力为250kPa以下时，组合喷灌均匀系数随着风速的增大而减小。⑷分析了不同风速下点喷灌强度变化规律，建立了不同风速下水量分布模型。结果表明：低风速下，随着距喷头距离的增加，点喷灌强度在近喷头范围内逐渐增高，末端会出现骤降的现象；工作压力和喷嘴直径等影响因素会产生交互作用。中风速下，总体上点喷灌强度随着距喷头距离的增加先增加后降低。不同条件下，点喷灌强度峰值都出现在射程的后半段。高风速下，随着距喷头距离增加，点喷灌强度呈锯齿状波动。低风速和中风速下水量分布模型拟合系数均为0.90以上，为旋转式阻尼喷头在工程应用中提供了参考。

目录

声明

第一章 绪 论

1.1研究背景及意义

1.2国内外现状及发展趋势

1.3 本文主要研究内容

第二章 旋转式阻尼喷头水滴直径及动能分布试验研究

2.1试验材料与方法

2.2 水滴直径分布规律

2.3单位体积动能

2.4动能强度

2.5本章小结

第三章 旋转式阻尼喷头喷洒水滴运动模型建立

3.1旋转式阻尼喷头水滴喷洒模型建立

3.2弹道轨迹模型

3.3水滴蒸发模型

3.4旋转式阻尼喷头水滴运动及分布仿真方法

3.5本章小结

第四章 不同风速下旋转式阻尼喷头水量分布试验及模型

4.1试验材料和方法

4.2试验方案

4.3 试验结果分析

4.4不同风速下径向水量分布模型研究

4.5本章小结

第五章 总结及展望

5.1 结论

5.2 展望

参考文献

致谢

作者攻读硕士学位期间取得的相关科研成果