PDF《摇臂式喷头喷嘴结构改进及水力性能试验研究》

收稿日期:2018-07-17;

网络首发时间:2019-04-15 网络出版地址:http: //kns.

cnki.net/kcms/detail/11.1882.TV.20190411.1457.002.html 基金项目:国家重点研发计划项目 (2017YFD0201502) ;

国家自然科学基金项目 (51621061) ;

国家

863 计划项目 (2011AA100506) 作者简介:王子君 (1991-) ,工程师,主要从事流体机械研究.E-mail:[email protected] 通讯作者:严海军 (1974-) ,教授,博士生导师,主要从事节水灌溉技术与装备研究.E-mail:[email protected] 水利学报SHUILI XUEBAO

2019 年4月第50 卷第4期文章编号: 0559-9350 (2019) 04-0488-09 摇臂式喷头喷嘴结构改进及水力性能试验研究 王子君1,2 ,惠鑫1 ,黎耀军1 ,严海军1 (1. 中国农业大学 水利与土木工程学院,北京 100083;

2. 势加透博 (北京) 科技有限公司,北京 100012) 摘要:为了降低摇臂式喷头在工程应用中的运行成本、提高喷灌质量,本文针对 8034D 摇臂式喷头主、副喷嘴结 构进行了优化改进,并研究了喷嘴结构改进后对喷头流量、径向水量分布和组合喷灌均匀度的影响.结果表明, 主喷嘴内腔锥度角对喷头流量的影响呈显著水平,内腔锥度角越大,喷头流量越小;

当工作压力相同时,改进副 喷嘴结构对喷头流量的影响不大.随着测点与喷头水平距离的逐渐增加,不同内腔锥度角和圆柱段长度下的径向 喷灌强度均呈递减趋势.组合

2 (1 mm#54°主喷嘴与改进后副喷嘴组合) 在4种组合方式中的喷灌均匀性较好,其 在喷头正方形布置下

7 种组合间距 (12 m*12 m~18 m*18 m) 时的平均喷灌均匀系数为 87.8%,其中

17 m*17 m 时 的喷灌均匀系数峰值达到 89.3%.综合考虑喷灌质量和经济性两方面,在实际工程设计时,建议 8034D 摇臂式喷 头主、副喷嘴的组合方式优先选用组合 2,喷头工作压力设置为

250 kPa,且组合间距以

17 m*17 m 为宜. 关键词:摇臂式喷头;

喷嘴结构改进;

喷头流量;

径向水量分布;

组合喷灌均匀度 中图分类号:TV131 文献标识码:A doi:10.13243/j.cnki.slxb.20180660

1 研究背景 喷头是喷灌系统中的重要组成部件之一,其水力性能将直接影响喷灌工程质量的优劣 [1] .在众多 喷头设备当中,摇臂式喷头因其工作范围广,运行性能稳定,规格种类齐全等优点,近年来在农业 生产,尤其是在大田作物灌溉中得到了广泛应用 [2] .但在应用过程中,出现了喷灌系统运行成本过 高,喷灌均匀性较低等诸多问题,从而使得喷头的应用效果大打折扣.基于以上问题,国内外学者 从喷头自身结构的角度出发进行了大量的改进研究 [3-7] ,尤其是优化对喷头水力性能影响较大的喷嘴 结构.如李久生 [8] 对摇臂式喷头方形喷嘴的水力性能展开了研究,认为方形喷嘴不仅具有一定的节能 效果,而且可以改善喷头的雾化程度和水量分布.李英能等 [9] 研究了异形喷嘴的设计原理和方法,得 出适用于不同异形喷嘴的最佳设计方案.刘俊萍等 [10] 根据水射流原理,设计出了 PY 系列摇臂式喷头 一种新型结构的副喷嘴,并分别对副喷嘴改进前后的水量分布进行了对比试验,结果表明改进副喷 嘴后其喷灌均匀系数有所提高,在不同组合间距下均在 80%以上.除了试验研究外,国内外许多学 者还将 CFD 技术应用到喷嘴结构的改进研究 [11-16] .严海军等 [17] 利用 Fluent 软件对 PY140 摇臂式喷头喷 嘴的内部流场进行了模拟,发现减小喷嘴出口扩散角可改善喷嘴出口流态,提高喷头流量.刘中善 等[18] 通过 CFD 数值模拟建立了圆锥形喷嘴各结构参数与流量系数的定量关系.张前等 [19] 运用 ANSYS 软件对喷头在低压工况下的内流场进行了三维仿真模拟,结果表明倒 U 形喷嘴有利于提高喷头射 程,改善喷灌均匀性.从上述研究可知,改进喷嘴结构能够显著改善喷头水力性能,提高喷灌质 量,但摇臂式喷头种类繁多,不同型号喷头的喷嘴结构改进方案可能存在较大差异,因此关于摇臂 ― ―