负压反馈射流喷头结构设计及试验研究

发布时间：2020-10-09 02:40

　　我国农业生产的耗水量较多,而喷头能够有效提高水资源的利用率。摇臂式喷头价格低廉、适用性强,但是结构复杂、使用寿命较短,容易产生工作不稳定和均匀性下降等问题,因此研究喷头驱动机制和喷洒方法具有重要意义。本文通过理论研究、数值模拟和试验研究的方法对负压反馈射流喷头结构和性能进行研究。论文的主要内容包括:(1)通过控制变量法对125组不同射流元件结构的射流喷头进行数值模拟,得到了3组重要结构参数的设计区间,其中位差比0.375~0.525,侧壁倾角10°~12°,劈距比7~9;也得到了该结构参数对脉冲特性的影响规律。通过正交试验得到了结构参数对脉冲特性的影响主次顺序和脉冲特性最优结构,其中影响脉冲频率的因素顺序为劈距比、位差比、侧壁倾角;影响压力振幅的因素顺序为位差比、劈距比、侧壁倾角;脉冲特性最优结构尺寸为位差比0.450、侧壁倾角10°、劈距比7。研究了射流喷头的内流场、出口压力和内部压力特性;得到了工作压力对脉冲特性的影响规律。(2)设计并加工出射流喷头各组件的试验样机,在工作压力0.20~0.35 MPa时对主副喷嘴直径3~5 mm、喷射仰角20~50°、喷管相对长度6~10的16组射流喷头进行水力性能试验,得到了流量、射程、水量分布、喷灌强度、均匀性系数和转动特性等水力性能参数,并分析了工作压力、喷嘴直径、喷射仰角和喷管相对长度对各水力性能参数的影响。结果表明,喷射仰角和喷管相对长度对进口流量影响较小;工作压力、喷嘴直径、喷射仰角和喷管相对长度对射程、喷灌强度和均匀性系数均有较大影响;水量分布主要呈“三角形”、“梯形”和“马鞍形”结构;转动周期为8~258 s,转动偏差为0.00~0.19。(3)通过正交试验和综合评分法得到了影响综合水力性能的因素主次顺序,为主喷管相对长度×副喷管相对长度、主喷嘴直径×副喷嘴直径、工作压力、喷射仰角;水力性能最优工作压力为0.25 MPa;水力性能最优结构尺寸为主喷嘴直径×副喷嘴直径5×4、喷射仰角30°、主喷管相对长度×副喷管相对长度6×6。(4)采用高速摄影试验验证了数值模拟所得到的射流脉冲特性,脉冲频率的试验误差为0~4.0 Hz,进口流量的试验误差为0.03~0.17 m~3?h~(-1),表明数值模拟结果可靠。通过对比试验测试了四组工作压力下射流喷头和PY_210摇臂式喷头的水力性能,表明射流喷头具有很好的研究价值。
【学位单位】：江苏大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：S277.94
【部分图文】：

摇臂式喷头,双喷嘴,摇臂,垫圈

副喷嘴 4 摇臂 5 摇臂弹簧 6 三层垫圈轴 11 摇臂垫圈 12 主喷管 13 整流器 1图 1.1 双喷嘴摇臂式喷头Fig.1.1 Double-nozzle impact sprinkler引进了国外先进的喷灌设备和喷灌

全射流喷头

之后又研制出了 PSH 互控步进式全射流喷头和 PSBZ 自控步进式全射流喷头。如图1.2 所示，全射流喷头主要由射流元件、控制管和旋转密封机构等组成。全射流喷头靠射流的附壁作用来实现喷头的正反转，结构相对简单，水力性能良好[21]，但是控制管的取水效果会一定程度影响喷头的工作稳定性。目前，国产喷头主要以中低压摇臂式喷头为主，价格低廉，适合我国国情，但是喷头的设计理论还不完善，缺乏技术创新和产业升级。注：1 旋转密封机构 2 空心轴 3 限位环 4 换向机构 5 喷体 6 喷管 7 控制管 8 射流元件图 1.2 全射流喷头Fig.1.2 Complete fluidic sprinkler

射流,脉冲负载,流容,射流元件

(a) 负载式 (b) 反馈式 (c) 音波式 (d) 共鸣式图 2.1 射流脉冲形式Fig.2.1 Jet pulse forms① 负载式脉冲负载式脉冲主要依靠增加射流元件两侧出口的流容或流阻，使其达到脉冲的临界

【参考文献】