變量噴頭噴灌均勻性及坡地噴灌模型的研究論文

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1、摘要變量噴灑噴頭的研制是國家863計(jì)劃項(xiàng)目“變量噴灑低能耗輕小型噴灌機(jī)組(項(xiàng)目號：2006AAl00211)”主要研究內(nèi)容之一。變量技術(shù)是精確灌溉的關(guān)鍵技術(shù)，變量噴頭是實(shí)現(xiàn)變量技術(shù)的途徑之一。國內(nèi)外雖已有大量關(guān)于變量噴頭的研究，但現(xiàn)有變量噴頭往往存在機(jī)構(gòu)復(fù)雜，產(chǎn)品可靠性不高等問題。變量噴灑的實(shí)現(xiàn)方式也基本上是在原有搖臂式噴頭主要結(jié)構(gòu)參數(shù)不變的情況下，增加使噴頭射程周期性變化的輔助裝置，這種噴頭普遍存在噴灌均勻性不高的問題。針對這一問題本文提出了使用異形噴嘴來改善變量噴頭噴灌均勻性，并設(shè)計(jì)了一種出口為異形截

2、面的出口可調(diào)式變量噴頭。使用壓力／流量調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)改變噴頭工作壓力，使用出口可調(diào)裝置改變噴頭出口面積，通過兩因素的同步調(diào)節(jié)，提高變量噴頭的噴灌均勻性。同時本文研究了變量噴頭在小坡度坡地上的水量分布特性，研究結(jié)果顯示，在小坡度坡地上可使用變量噴頭改善因地形因素造成的水量分布不均勻的難題。主要研究內(nèi)容和創(chuàng)新成果有：1．采用噴灑域形狀和噴灌均勻性二個參數(shù)來評價(jià)變量噴頭的水力性能。分析了影響噴頭射程和噴灌強(qiáng)度的主要因素，測試了PY2系列噴頭射程隨工作壓力、噴嘴出口面積和仰角的變化關(guān)系。通過對噴頭瞬時噴灌強(qiáng)度的計(jì)算可知

3、，調(diào)節(jié)單個因素改變噴頭射程實(shí)現(xiàn)變量噴灑時，不同射程處噴灌強(qiáng)度必然會變化，導(dǎo)致噴頭噴灌均勻性下降。2．首次設(shè)計(jì)出適合搖臂式變量噴頭的異形噴嘴——星形噴嘴。依據(jù)面積相同原則設(shè)計(jì)了四種形狀的異形噴嘴，測量了各異形噴嘴流量系數(shù)、射程和末端水滴直徑。結(jié)果表明，噴頭工作壓力變化時，星形噴嘴噴頭射程變化范圍較大，射程降低較少，不同壓力時水量分布規(guī)律相近，能改善噴頭低壓力下的水量分布。試驗(yàn)對比了星形噴嘴變量噴頭與圓形噴嘴變量噴頭的水力性能，結(jié)果表明星形噴嘴可以解決變量噴頭因射程變化引起的水量分布不均的問題。3．首次研制了

4、出口可調(diào)式變量噴頭。為提高變量噴頭噴灌均勻性，設(shè)計(jì)了BPY系列出口可調(diào)式變量噴頭，使用壓力／流量調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)改變噴頭工作壓力，使用出口調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)改變噴頭出口面積，通過出口面積和噴頭工作壓力的同步調(diào)節(jié)實(shí)現(xiàn)均勻噴灑。通過相關(guān)理論對出口可調(diào)式變量噴頭進(jìn)行了可行性分析，分析了噴嘴出口面積、噴頭射程和工作壓力之間的關(guān)系。在大量試驗(yàn)研究基礎(chǔ)上得出以下規(guī)律：實(shí)現(xiàn)方形噴灑域時，BPY20型噴頭壓力調(diào)節(jié)范圍為0．54—1，BPY30型噴江蘇大學(xué)博士學(xué)位論文：變量噴頭噴灌均勻性及坡地噴灌模型的研究頭壓力調(diào)節(jié)范圍為0．57～1，使用

5、壓力／流量調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)變量噴頭的壓力調(diào)節(jié)范圍為0．46—1；實(shí)現(xiàn)三角形噴灑域時，BPY30型噴頭壓力調(diào)節(jié)范圍為0．33—1之間，BPY20型噴頭壓力調(diào)節(jié)范圍為O．26—1之間，使用壓力／流量調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)變量噴頭的壓力調(diào)節(jié)范圍為0．21。1之間。出口可調(diào)式變量噴頭可在較小的壓力變化范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)規(guī)定的噴灑域。4．針對BPY20型和BPY30型兩種變量噴頭設(shè)計(jì)了基圓直徑不同的三種出口可調(diào)裝置。試驗(yàn)測量了三種出口可調(diào)裝置對彈簧受力、噴嘴流量系數(shù)和形狀系數(shù)、噴頭射程等參數(shù)的影響。結(jié)果表明BPY20型可調(diào)裝置最佳結(jié)構(gòu)為基圓直徑

6、D-6mm，BPY30型可調(diào)裝置最佳結(jié)構(gòu)為基圓直徑D=7mm。測量了出口可調(diào)式變量噴頭的水力性能，通過與星形噴嘴變量噴頭的對比知，出口可調(diào)式變量噴頭能更好地實(shí)現(xiàn)預(yù)期噴灑域的噴灑，提高噴頭噴灌均勻性。5．依據(jù)水滴運(yùn)動方程推導(dǎo)了平地水量分布向坡面水量分布轉(zhuǎn)化的數(shù)學(xué)模型，通過對試驗(yàn)數(shù)據(jù)和計(jì)算數(shù)據(jù)的對比表明，在5*-200范圍內(nèi)，轉(zhuǎn)化模型和試驗(yàn)數(shù)據(jù)較吻合。研究小坡度坡地上噴灌問題時可采用該數(shù)學(xué)模型。通過對已有平地水量分布的轉(zhuǎn)化，得到大量坡地噴灌的數(shù)據(jù)，為坡地噴灌研究提供試驗(yàn)依據(jù)。6．首次研究了坡地用變量噴頭射程和

7、流量的控制模型。依據(jù)水量分布轉(zhuǎn)化模型研究了不同坡度對噴頭噴灑性能的影響。以100坡地為研究對象，設(shè)計(jì)了符合地形特征的變量噴頭，試驗(yàn)研究了變量噴頭在坡地上水力性能。結(jié)果表明變量噴頭可以改善因地形特征造成的上坡射程短、噴灌強(qiáng)度高，下坡射程遠(yuǎn)、噴灌強(qiáng)度低這一問題。關(guān)鍵詞：變量噴頭；異形噴嘴；出口可調(diào)裝置；噴灌均勻性；坡地噴灌ⅡABSTRACTTheresearchonvariable—ratesprinklerswasoneofthemamcontentsofChinaNationalHigh—techProg

8、ram(No．2006AAl00211)”Light—dutyIrrigatedSystemforvariableirrigation”．Variableirrigationisthekeytechnologyintheprecisionirrigation，andvariable-ratesprinklerisoneofthewaystoaccomplishvariableirrigation．Therehasbeenlot