本文關鍵詞：移動式噴灌機折射式噴頭水量及動能分布規(guī)律研究

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【摘要】：隨著水資源和能源的日益短缺,低壓灌溉成為噴灌機技術發(fā)展的主要方向,國內(nèi)外噴灌機配備的灌水器也從高壓噴頭過渡到低壓噴頭。低壓折射式噴頭因其諸多優(yōu)點成為國內(nèi)外噴灌機中應用最廣的灌水器,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。本文以國內(nèi)噴灌機中常用的兩種低壓折射式噴頭為研究對象,通過理論分析、試驗研究和數(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能強度分布規(guī)律,以期為太陽能輕小型平移式噴灌機灌水器的選型和配置提供參考。主要研究內(nèi)容包括以下幾個方面:(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(藍色噴盤)和旋轉(zhuǎn)折射式噴頭Nelson R3000(綠色噴盤)為研究對象進行室內(nèi)噴灑性能試驗,分析了噴嘴壓力與流量關系,對比了兩種噴頭的射程,徑向水量分布,并通過標準化計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型噴頭的噴灌強度沿噴頭射程方向分布相對均勻。Nelson D3000型噴頭單噴頭水量分布呈環(huán)狀分布,每束射流的濕潤部分與相鄰兩束中間無重疊部分。Nelson R3000型噴頭濕潤范圍呈規(guī)則的圓環(huán)狀。(2)首次將基于三維視頻粒子測量原理的視頻雨滴譜儀(Two dimensional video disdrometer,2DVD)應用到噴灌水滴粒徑測試中。對Nelson D3000和Nelson R3000型噴頭在多個工作壓力下的水滴直徑沿射程分布進行測試,分析了水滴直徑沿射程的變化趨勢及水滴速度、水滴角度與水滴直徑之間的關系。兩種噴頭的體積加權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數(shù)函數(shù)關系增大;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的基礎上,計算對比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工作壓力下的單個水滴動能、單位體積水滴動能和動能強度,建立單個水滴動能與水滴直徑關系,分析了單位體積水滴動能及動能強度沿射程方向的變化規(guī)律,通過標準化計算得到單噴頭動能強度分布及網(wǎng)格化數(shù)據(jù)。通過對單噴頭徑向水量分布、水滴粒徑和動能強度之間關系的分析,建議在噴頭選型時,應選取噴灌強度沿射程方向減小的噴頭,從而避免過大的噴灌強度在射程末端出現(xiàn),引起射程末端動能強度的增大,產(chǎn)生地表徑流。結(jié)合太陽能輕小型平移式噴灌機低能耗的配置要求,通過對比兩種噴頭的水量、水滴及動能強度分布。(4)以太陽能輕小型噴灌機為原型,對Nelson D3000型噴頭在不同間距時的水量和動能強度分布進行研究。通過疊加法模擬50、100、150和200k Pa四個工作壓力下,Nelson D3000型噴頭在2.0、2.5、3.0、3.5、4.0、4.5和5.0m噴頭間距時的水量和動能強度分布,計算不同間距下水量及動能強度分布均勻系數(shù)、噴頭組合時橫向水量和動能強度分布。通過對比分析,并結(jié)合太陽能輕小型噴灌機低壓工作要求,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動模擬中的應用。應用高速攝像儀測試Nelson D3000型噴頭射流離開噴頭的速度及角度(射流從噴盤邊緣射出時的速度和角度),建立射流速度和角度隨工作壓力變化關系,應用彈道軌跡運動理論建立的模型,模擬Nelson D3000型噴頭的水滴運動、水滴速度、水滴落地時角度、單噴頭單位體積水滴動能和動能強度、噴頭組合下的水量及動能強度分布,并與2DVD測試結(jié)果比對。結(jié)果表明從噴嘴出來的射流打擊噴盤后的動能損失率分別為24.2%、23.48%、21.9%和23.82%,將試驗測得的射流速度和角度與彈道理論建立的模型相結(jié)合,能夠準確模擬Nelson D3000型噴頭水滴飛行軌跡、水滴速度、水滴落地時角度、單噴頭單位體積水滴動能和動能強度、噴頭組合下的水量及動能強度分布。
【關鍵詞】：折射式噴頭 水滴粒徑 動能強度 均勻性
【學位授予單位】：西北農(nóng)林科技大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：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 國內(nèi)外研究及進展14-23
• 1.2.1 噴灌技術發(fā)展狀況14-16
• 1.2.2 噴灌機的發(fā)展及應用現(xiàn)狀16-19
• 1.2.3 噴灌機灌水器的發(fā)展及應用現(xiàn)狀19-21
• 1.2.4 噴灌機噴灑性能研究現(xiàn)狀21-23
• 1.3 主要研究內(nèi)容23-24
• 1.4 研究方法與技術路線24-25
• 1.4.1 研究方法24
• 1.4.2 技術路線24-25
• 第二章 折射式噴頭水量分布試驗研究25-35
• 2.1 試驗材料與方法25-27
• 2.1.1 試驗對象25-26
• 2.1.2 試驗時間及場地26
• 2.1.3 試驗測試系統(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）簡介及測試原理35-40
• 3.1.1 2DVD簡介35-36
• 3.1.2 2DVD測試原理36-40
• 3.2 水滴粒徑試驗方法40
• 3.3 水滴直徑的計算方法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系44-48
• 3.4.3 水滴角度與水滴直徑的關系48-52
• 3.5 本章小結(jié)52-54
• 第四章 折射式噴頭動能分布規(guī)律54-70
• 4.1 動能計算方法54-55
• 4.1.1 單個水滴動能54
• 4.1.2 單位體積水滴動能54-55
• 4.1.3 動能強度55
• 4.2 結(jié)果與分析55-68
• 4.2.1 單個水滴動能分布55-61
• 4.2.2 單位體積水滴動能沿射程分布61-63
• 4.2.3 動能強度沿射程分布63-65
• 4.2.4 單噴頭動能強度分布65-68
• 4.3 本章小結(jié)68-70
• 第五章 噴頭組合水量及動能強度分布研究70-82
• 5.1 水量及動能強度疊加70-71
• 5.2 均勻度計算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 動能強度分布均勻系數(shù)74-77
• 5.3.3 噴灌機橫向水量及動能強度分布77-80
• 5.4 本章小結(jié)80-82
• 第六章 基于彈道理論的水滴運動及能量分布模擬82-106
• 6.1 彈道軌跡數(shù)學模型82-88
• 6.1.1 水滴運動規(guī)律82
• 6.1.2 水滴受力分析82-84
• 6.1.3 水滴運動方程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 水滴運動軌跡90-91
• 6.3.3 水滴直徑與噴灌強度91-93
• 6.3.4 水滴速度與水滴角度93-96
• 6.3.5 單位體積水滴動能和動能強度96-99
• 6.3.6 單噴頭水量及動能強度分布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108-109
• 7.3 論文不足與展望109-110
• 參考文獻110-116
• 附錄116-122
• 致謝122-123
• 作者簡介123

【參考文獻】

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本文編號：926414