仰角可调喷头水力性能试验及流场射流碎裂仿真

发布时间：2020-06-07 19:35

【摘要】：摇臂式喷头是节水灌溉中的重要喷灌设备,喷头的性能与喷头结构、喷头内部水流的紊流程度,喷头外部射流碎裂情况等有关。但是实际应用中该喷头受风力影响严重,当风力达到3-4级时,喷头射程会大大减小,飘移损失大为增加;而喷头仰角减小能够达到抗风减小飘逸损失的目的,所以设计一种仰角调节装置,实现喷头仰角可调意义重大。研究结论如下:(1)设计一种仰角可调喷头。以ZY-1摇臂式喷头为研究对象,在喷头的喷体与空心轴之间加以刚性波纹管连接,再加以支撑装置,构成仰角可调喷头,实现喷头的仰角在13°、18°、23°、30°四个角度自由调节,经验证各种条件下喷头的平均喷灌强度均小于允许喷灌强度(6mm/h),满足不同土壤的喷灌要求;各象限转动最大偏差率均小于12%,符合要求。(2)模拟仿真了喷头仰角变化时副喷嘴位置及主喷嘴出口处短圆柱的长度对喷头主喷嘴出口处速度的影响。分析得副喷嘴在不同位置时主喷嘴出口处的速度最大误差为3.5%,最小误差为0.6%,所以副喷嘴位置的改变对主喷嘴出口处速度影响不明显;而主喷嘴出口处短圆柱应适当缩短,更有利于喷头的内部流动,这将为喷头的优化设计提供依据。(3)模拟仿真了喷头的射流碎裂情况。利用流体动力学仿真软件COMSOL软件,采用多相流模型(Level set模型)研究喷头在仰角及入口压力变化时的射流碎裂情况,并确定了射流碎裂点,通过试验进行了对比验证,模拟数值与试验数值的相对误差最大为8.1%,最小相对误差为1.97%,说明了本研究的可行性。本研究设计一种仰角调节装置,实现了喷头仰角可调;并试验了其水力性能,仿真了其流场流动情况,确定了射流碎裂点等;达到了研究目的,同时也符合精准灌溉的主题。
【图文】：

水量分布,水量分布,喷头

3.3 结论(1) 在不改变喷头原有结构的基础上，采用柔性连接方式设计了一种喷头仰角调节机构，能够实现喷头 4 种仰角的调节，，并经试验验证该机构可行。(2) 喷头仰角为 23°时，不同工作压力下喷头的射程均最大，而在 23°与 30°时组合修正克里斯琴森均匀系数最大，组合喷洒均匀性较好；不同工作压力下，平均喷灌强度随着喷头仰角的减小而增大。(3) 喷头仰角由 23°减小到 13°时，喷头射程减小，喷头喷洒水滴的飘移损失减图 3-9 0.30Mpa 下三维水量分布图Fig. 3-9 Three-dimensional water distribution under 0.30Mpa（a）13o(b) 18o(c) 23o(d) 30o( c )( d )

水量分布,水量分布,喷头

3.3 结论(1) 在不改变喷头原有结构的基础上，采用柔性连接方式设计了一种喷头仰角调节机构，能够实现喷头 4 种仰角的调节，并经试验验证该机构可行。(2) 喷头仰角为 23°时，不同工作压力下喷头的射程均最大，而在 23°与 30°时组合修正克里斯琴森均匀系数最大，组合喷洒均匀性较好；不同工作压力下，平均喷灌强度随着喷头仰角的减小而增大。(3) 喷头仰角由 23°减小到 13°时，喷头射程减小，喷头喷洒水滴的飘移损失减图 3-9 0.30Mpa 下三维水量分布图Fig. 3-9 Three-dimensional water distribution under 0.30Mpa（a）13o(b) 18o(c) 23o(d) 30o( c )( d )
【学位授予单位】：西北农林科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：S277.9

【参考文献】