低压旋转式喷头的优化设计及试验研究

发布时间：2018-01-06 07:11

  本文关键词：低压旋转式喷头的优化设计及试验研究　出处：《江苏大学》2017年硕士论文　论文类型：学位论文

  更多相关文章： 低压喷头 阻尼机构 异形喷嘴 空间流道 内流场 水力性能 评价指标

【摘要】：本文系国家高技术研究发展计划(863计划)“精确灌溉技术与产品”(编号:2011AA100506)和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)的部分研究内容。喷头是喷灌系统质量好坏的关键设备,而喷头在低压工况下保持良好的水力性能能够降低喷灌系统的能耗。低压旋转式喷头作为一种新型的变转速喷头,在低压条件下,会出现水力性能变差以及旋转不稳定的问题,因此对低压旋转式喷头进行改进及优化具有重要的意义。本文采用理论分析、试验研究以及数值模拟等方法,对低压旋转式喷头进行了系统的研究。本文主要研究内容和创新点如下:(1)通过对低压旋转式喷头结构和工作原理的分析,首次研究了喷头阻尼机构的关键参数对喷头水力性能的影响。结果表明,相同工作条件下,随着齿轮宽度的增加,喷头转速逐渐降低,并且降低幅度逐渐增加。综合考虑喷头的水力性能,阻尼机构中齿轮宽度的最佳参数为4mm,此时喷头的转速为0.94r/min,射程为11.8m,组合均匀系数均在80%以上。(2)采用数值模拟与试验研究相结合的方法,分析了喷头出口截面形状对喷头内部流场和水力性能的影响,确定了低压旋转式喷头的最佳出口截面形状为倒U形。喷头出口形状为倒U形时的水力性能优于其它3种喷头。以200kPa工作压力为例,倒U形喷嘴的射程最远,达到了12.2m,末端平均水滴直径最小,为4.81mm,最佳组合间距为1.2R,该间距下的组合均匀性系数为85.8%。(3)采用正交设计法分析了喷头空间流道的结构参数对喷头水力性能的影响规律,并采用综合加权评分法和极差分析法确定了各因素对组合均匀系数和射程综合评价指标影响的主次顺序为:出口仰角、流道型线弧长、流道偏转角、出口截面形状。喷头空间流道的最优参数组合为出口截面为倒U形,流道偏转角为4.5°,流道型线弧长为29mm,出口仰角为19°。(4)应用PIV测速技术对喷头空间流道进行了可视化研究,对比优化前后喷头内流场流速的变化规律。结果表明,喷头内流场的主射流速度在喷嘴的渐缩管部位变化最大,同一工作压力下,优化后喷头内流场的主射流速度增长率是优化前的1.03~1.19倍。且在工作压力提高时,优化后喷头内流场同一位置处的主射流速度增长率是优化前的1.16~1.34倍。将优化前后的低压旋转式喷头进行性能对比试验研究。结果表明,优化后喷头的水力性能要优于原喷头。以175kPa工作压力为例,射程降低了2.54%,最佳组合间距提高了8.33%,最佳组合间距下的组合均匀系数提高了18.8%,末端平均水滴直径降低了12.5%。(5)首次建立了低压旋转式喷头的性能评价指标,主要包括射程降低系数、组合均匀性系数、喷灌水利用率、喷灌强度变化系数和雨滴直径的比重系数。并采用模糊综合评价的数学方法对优化前后喷头的水力性能进行综合评价。结果表明,优化后喷头的综合评价结果比优化前要好。
[Abstract]:Based on the analysis of the structure and working principle of low - pressure rotary spray head , the influence of the key parameters on the hydraulic performance of the spray head is studied . The results show that the optimum parameters of the nozzle are as follows : ( 1 ) The optimum parameters of the nozzle are 0.994 r / min , the range is 11.8m , the combined uniformity coefficient is 1 . 2R . The optimum combination of the nozzle ' s outlet cross - section is 4 . 5 掳 , the flow channel type line arc length is 29mm and the outlet elevation angle is 19 掳 . The results show that the main jet velocity at the same position of the nozzle is 1 . 03 - 1 . 34 times before and after optimization .

【学位授予单位】：江苏大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：S277.94

【参考文献】

相关期刊论文 前10条

1 袁寿其;李红;王新坤;;中国节水灌溉装备发展现状、问题、趋势与建议[J];排灌机械工程学报;2015年01期

2 李红;徐敏;李一鸣;陈超;;喷头旋转式散水盘散水齿结构优化设计[J];农业机械学报;2014年12期

3 韩文霆;崔利华;吴普特;罗晓宁;;正三角形组合喷灌均匀度计算方法![J];农业机械学报;2013年04期

4 朱兴业;刘俊萍;袁寿其;;旋转式射流喷头结构参数及组合间距对喷洒均匀性的影响[J];农业工程学报;2013年06期

5 徐敏;李红;陈超;涂琴;;提高喷灌均匀性的喷头结构改进措施[J];节水灌溉;2013年02期

6 陈超;袁寿其;李红;王超;;异形喷嘴对变量喷头水力性能的影响[J];农业机械学报;2011年12期

7 王可法;张卉慧;张伟;王佳;濮江平;;Parsivel激光雨滴谱仪观测降水中异常数据的判别及处理[J];气象科学;2011年06期

8 陈超;李红;袁寿其;王超;;出口可调式变量喷头喷灌均匀性[J];排灌机械工程学报;2011年06期

9 朱兴业;袁寿其;刘俊萍;;低压条件下PY_115型摇臂式喷头水力性能试验[J];农业机械学报;2011年11期

10 喻黎明;牛文全;;风对喷灌质量及工程设计的影响研究[J];干旱地区农业研究;2011年05期

相关会议论文 前1条

1 王超;李红;陈超;冯世峰;;射流元件内部流场数值模拟及实验研究[A];现代节水高效农业与生态灌区建设（上）[C];2010年

相关博士学位论文 前3条

1 王超;附壁式射流元件内部流动研究及结构优化[D];江苏大学;2012年

2 朱兴业;全射流喷头理论及精确喷灌关键技术研究[D];江苏大学;2009年

3 李红;隙控式全射流喷头理论及试验研究[D];江苏大学;2007年

相关硕士学位论文 前2条

1 杨雯;流道结构对低压折射式喷头水力性能的影响[D];西北农林科技大学;2016年

2 朱立夫;叶片参数对长短叶片小型轴流风扇性能及内部流动影响的研究[D];浙江理工大学;2014年

，

本文编号：1386810