本文關(guān)鍵詞：移動(dòng)式噴灌機(jī)折射式噴頭水量及動(dòng)能分布規(guī)律研究

  更多相關(guān)文章： 折射式噴頭 水滴粒徑 動(dòng)能強(qiáng)度 均勻性

【摘要】：隨著水資源和能源的日益短缺,低壓灌溉成為噴灌機(jī)技術(shù)發(fā)展的主要方向,國(guó)內(nèi)外噴灌機(jī)配備的灌水器也從高壓噴頭過(guò)渡到低壓噴頭。低壓折射式噴頭因其諸多優(yōu)點(diǎn)成為國(guó)內(nèi)外噴灌機(jī)中應(yīng)用最廣的灌水器,折射式噴頭根據(jù)噴灑原理分為非旋轉(zhuǎn)折射式噴頭和旋轉(zhuǎn)折射式噴頭。本文以國(guó)內(nèi)噴灌機(jī)中常用的兩種低壓折射式噴頭為研究對(duì)象,通過(guò)理論分析、試驗(yàn)研究和數(shù)值模擬相結(jié)合的方法,研究單噴頭、噴頭組合的水量及動(dòng)能強(qiáng)度分布規(guī)律,以期為太陽(yáng)能輕小型平移式噴灌機(jī)灌水器的選型和配置提供參考。主要研究?jī)?nèi)容包括以下幾個(gè)方面:(1)以兩種具有代表性的折射式噴頭:非旋轉(zhuǎn)折射式噴頭Nelson D3000(藍(lán)色噴盤(pán))和旋轉(zhuǎn)折射式噴頭Nelson R3000(綠色噴盤(pán))為研究對(duì)象進(jìn)行室內(nèi)噴灑性能試驗(yàn),分析了噴嘴壓力與流量關(guān)系,對(duì)比了兩種噴頭的射程,徑向水量分布,并通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)化計(jì)算得到單噴頭水量分布及網(wǎng)格化數(shù)據(jù)。Nelson D3000型噴頭噴灑水量集中在射程末端三分之一處,徑向水量分布呈近似三角形分布形式。Nelson R3000型噴頭的噴灌強(qiáng)度沿噴頭射程方向分布相對(duì)均勻。Nelson D3000型噴頭單噴頭水量分布呈環(huán)狀分布,每束射流的濕潤(rùn)部分與相鄰兩束中間無(wú)重疊部分。Nelson R3000型噴頭濕潤(rùn)范圍呈規(guī)則的圓環(huán)狀。(2)首次將基于三維視頻粒子測(cè)量原理的視頻雨滴譜儀(Two dimensional video disdrometer,2DVD)應(yīng)用到噴灌水滴粒徑測(cè)試中。對(duì)Nelson D3000和Nelson R3000型噴頭在多個(gè)工作壓力下的水滴直徑沿射程分布進(jìn)行測(cè)試,分析了水滴直徑沿射程的變化趨勢(shì)及水滴速度、水滴角度與水滴直徑之間的關(guān)系。兩種噴頭的體積加權(quán)平均水滴直徑沿射程方向呈指數(shù)函數(shù)分布;水滴速度隨水滴直徑的增大呈對(duì)數(shù)函數(shù)關(guān)系增大;水滴角度隨水滴直徑的增加呈線性規(guī)律減小,隨水滴直徑的增大可分為三個(gè)變化區(qū)間。水滴直徑與水滴速度、水滴直徑與水滴角度之間的變化規(guī)律受工作壓力影響較小。(3)在水量分布和水滴直徑試驗(yàn)的基礎(chǔ)上,計(jì)算對(duì)比Nelson D3000型噴頭在50、100、150和200k Pa工作壓力下,Nelson R3000型噴頭在100、150和200k Pa工作壓力下的單個(gè)水滴動(dòng)能、單位體積水滴動(dòng)能和動(dòng)能強(qiáng)度,建立單個(gè)水滴動(dòng)能與水滴直徑關(guān)系,分析了單位體積水滴動(dòng)能及動(dòng)能強(qiáng)度沿射程方向的變化規(guī)律,通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)化計(jì)算得到單噴頭動(dòng)能強(qiáng)度分布及網(wǎng)格化數(shù)據(jù)。通過(guò)對(duì)單噴頭徑向水量分布、水滴粒徑和動(dòng)能強(qiáng)度之間關(guān)系的分析,建議在噴頭選型時(shí),應(yīng)選取噴灌強(qiáng)度沿射程方向減小的噴頭,從而避免過(guò)大的噴灌強(qiáng)度在射程末端出現(xiàn),引起射程末端動(dòng)能強(qiáng)度的增大,產(chǎn)生地表徑流。結(jié)合太陽(yáng)能輕小型平移式噴灌機(jī)低能耗的配置要求,通過(guò)對(duì)比兩種噴頭的水量、水滴及動(dòng)能強(qiáng)度分布。(4)以太陽(yáng)能輕小型噴灌機(jī)為原型,對(duì)Nelson D3000型噴頭在不同間距時(shí)的水量和動(dòng)能強(qiáng)度分布進(jìn)行研究。通過(guò)疊加法模擬50、100、150和200k Pa四個(gè)工作壓力下,Nelson D3000型噴頭在2.0、2.5、3.0、3.5、4.0、4.5和5.0m噴頭間距時(shí)的水量和動(dòng)能強(qiáng)度分布,計(jì)算不同間距下水量及動(dòng)能強(qiáng)度分布均勻系數(shù)、噴頭組合時(shí)橫向水量和動(dòng)能強(qiáng)度分布。通過(guò)對(duì)比分析,并結(jié)合太陽(yáng)能輕小型噴灌機(jī)低壓工作要求,提出配置Nelson D3000型噴頭的最佳噴頭間距為2.5m,工作壓力50k Pa。(5)研究彈道軌跡理論在折射式噴頭水滴運(yùn)動(dòng)模擬中的應(yīng)用。應(yīng)用高速攝像儀測(cè)試Nelson D3000型噴頭射流離開(kāi)噴頭的速度及角度(射流從噴盤(pán)邊緣射出時(shí)的速度和角度),建立射流速度和角度隨工作壓力變化關(guān)系,應(yīng)用彈道軌跡運(yùn)動(dòng)理論建立的模型,模擬Nelson D3000型噴頭的水滴運(yùn)動(dòng)、水滴速度、水滴落地時(shí)角度、單噴頭單位體積水滴動(dòng)能和動(dòng)能強(qiáng)度、噴頭組合下的水量及動(dòng)能強(qiáng)度分布,并與2DVD測(cè)試結(jié)果比對(duì)。結(jié)果表明從噴嘴出來(lái)的射流打擊噴盤(pán)后的動(dòng)能損失率分別為24.2%、23.48%、21.9%和23.82%,將試驗(yàn)測(cè)得的射流速度和角度與彈道理論建立的模型相結(jié)合,能夠準(zhǔn)確模擬Nelson D3000型噴頭水滴飛行軌跡、水滴速度、水滴落地時(shí)角度、單噴頭單位體積水滴動(dòng)能和動(dòng)能強(qiáng)度、噴頭組合下的水量及動(dòng)能強(qiáng)度分布。
【關(guān)鍵詞】：折射式噴頭 水滴粒徑 動(dòng)能強(qiáng)度 均勻性
【學(xué)位授予單位】：西北農(nóng)林科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類(lèi)號(hào)】：S277.94
【目錄】：

• 摘要5-7
• ABSTRACT7-12
• 第一章 緒論12-25
• 1.1 研究目的及意義12-14
• 1.2 國(guó)內(nèi)外研究及進(jìn)展14-23
• 1.2.1 噴灌技術(shù)發(fā)展?fàn)顩r14-16
• 1.2.2 噴灌機(jī)的發(fā)展及應(yīng)用現(xiàn)狀16-19
• 1.2.3 噴灌機(jī)灌水器的發(fā)展及應(yīng)用現(xiàn)狀19-21
• 1.2.4 噴灌機(jī)噴灑性能研究現(xiàn)狀21-23
• 1.3 主要研究?jī)?nèi)容23-24
• 1.4 研究方法與技術(shù)路線24-25
• 1.4.1 研究方法24
• 1.4.2 技術(shù)路線24-25
• 第二章 折射式噴頭水量分布試驗(yàn)研究25-35
• 2.1 試驗(yàn)材料與方法25-27
• 2.1.1 試驗(yàn)對(duì)象25-26
• 2.1.2 試驗(yàn)時(shí)間及場(chǎng)地26
• 2.1.3 試驗(yàn)測(cè)試系統(tǒng)及布置形式26-27
• 2.2 結(jié)果與分析27-33
• 2.2.0 噴嘴流量系數(shù)27-28
• 2.2.1 噴灑射程28-29
• 2.2.2 徑向水量分布29-30
• 2.2.3 單噴頭水量分布30-33
• 2.3 本章小結(jié)33-35
• 第三章 基于 2DVD的折射式噴頭水滴粒徑分布35-54
• 3.1 視頻雨滴譜儀（2DVD）簡(jiǎn)介及測(cè)試原理35-40
• 3.1.1 2DVD簡(jiǎn)介35-36
• 3.1.2 2DVD測(cè)試原理36-40
• 3.2 水滴粒徑試驗(yàn)方法40
• 3.3 水滴直徑的計(jì)算方法40-41
• 3.4 折射式單噴頭水滴粒徑分布規(guī)律41-52
• 3.4.1 水滴直徑沿射程分布規(guī)律41-44
• 3.4.2 水滴速度與水滴直徑的關(guān)系44-48
• 3.4.3 水滴角度與水滴直徑的關(guān)系48-52
• 3.5 本章小結(jié)52-54
• 第四章 折射式噴頭動(dòng)能分布規(guī)律54-70
• 4.1 動(dòng)能計(jì)算方法54-55
• 4.1.1 單個(gè)水滴動(dòng)能54
• 4.1.2 單位體積水滴動(dòng)能54-55
• 4.1.3 動(dòng)能強(qiáng)度55
• 4.2 結(jié)果與分析55-68
• 4.2.1 單個(gè)水滴動(dòng)能分布55-61
• 4.2.2 單位體積水滴動(dòng)能沿射程分布61-63
• 4.2.3 動(dòng)能強(qiáng)度沿射程分布63-65
• 4.2.4 單噴頭動(dòng)能強(qiáng)度分布65-68
• 4.3 本章小結(jié)68-70
• 第五章 噴頭組合水量及動(dòng)能強(qiáng)度分布研究70-82
• 5.1 水量及動(dòng)能強(qiáng)度疊加70-71
• 5.2 均勻度計(jì)算71-72
• 5.3 結(jié)果與分析72-80
• 5.3.1 水量分布均勻系數(shù)72-74
• 5.3.2 動(dòng)能強(qiáng)度分布均勻系數(shù)74-77
• 5.3.3 噴灌機(jī)橫向水量及動(dòng)能強(qiáng)度分布77-80
• 5.4 本章小結(jié)80-82
• 第六章 基于彈道理論的水滴運(yùn)動(dòng)及能量分布模擬82-106
• 6.1 彈道軌跡數(shù)學(xué)模型82-88
• 6.1.1 水滴運(yùn)動(dòng)規(guī)律82
• 6.1.2 水滴受力分析82-84
• 6.1.3 水滴運(yùn)動(dòng)方程84-85
• 6.1.4 參數(shù)取值85-86
• 6.1.5 求解方法86-88
• 6.2 試驗(yàn)系統(tǒng)與方法88-89
• 6.3 結(jié)果與分析89-104
• 6.3.1 速度及出射角度89-90
• 6.3.2 水滴運(yùn)動(dòng)軌跡90-91
• 6.3.3 水滴直徑與噴灌強(qiáng)度91-93
• 6.3.4 水滴速度與水滴角度93-96
• 6.3.5 單位體積水滴動(dòng)能和動(dòng)能強(qiáng)度96-99
• 6.3.6 單噴頭水量及動(dòng)能強(qiáng)度分布99-101
• 6.3.7 噴頭組合水量及能量分布模擬101-104
• 6.4 本章小結(jié)104-106
• 第七章 結(jié)論與展望106-110
• 7.1 主要結(jié)論106-108
• 7.2 創(chuàng)新點(diǎn)108-109
• 7.3 論文不足與展望109-110
• 參考文獻(xiàn)110-116
• 附錄116-122
• 致謝122-123
• 作者簡(jiǎn)介123

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：926414