CN105930683B - 一种阻尼喷头水滴平均直径分布模型建立方法 - Google Patents

一种阻尼喷头水滴平均直径分布模型建立方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种阻尼喷头水滴平均直径分布模型建立方法，属于节水灌溉喷灌系统中水滴平均直径分布模型建立方法。具体为：在N种工作压力情况下(N>3)，固定喷头使射流水柱接触散水齿,利用激光雨滴谱仪分别做喷头外流场水滴直径分布试验，记录并整理出数据，计算出水滴平均直径，利用公式拟合水滴平均直径与距喷头距离，工作压力的关系公式；固定喷头使射流水柱未接触散水齿,利用激光雨滴谱仪分别做喷头外流场水滴直径分布试验，记录并整理出数据，计算出水滴平均直径，利用公式拟合水滴平均直径与距喷头距离，工作压力关系公式。该改进方法为喷头外流场水滴平均直径公式的建立提供理论依据。

Description

一种阻尼喷头水滴平均直径分布模型建立方法
技术领域
本发明涉及节水灌溉喷灌系统中喷头水滴平均直径分布模型的建立方法，特别是一种带有散水齿的阻尼喷头水滴平均直径分布模型建立方法。
背景技术
喷灌作为一种先进的节水灌溉技术，具有省水、省工、提高农作物产量、提高耕地灌水均匀性、保持水土等优点，可利用喷灌实现农业机械化和自动化的目标。喷头是喷灌的关键设备,传统喷头如摇臂式喷头已广泛地运用于实际生活中。目前阻尼喷头由于具有较好的均匀性、较低喷灌强度，已经逐渐替代传统喷头。研究水滴平均直径分布及规律有助于研究水量分布规律、打击动能、灌水效率，水射流的受风影响程度，同时对水土保持的研究也有一定的理论价值和实际意义。现有水滴平均直径分布模型应用于带散水齿的阻尼喷头外流场水滴平均直径分布误差较大，主要因为散水齿对射流水柱分散作用明显，所以对水滴平均直径分布影响较大。因此，发明一种带有散水齿的阻尼喷头水滴平均直径分布模型建立方法具有十分重要的意义。
经检索，目前还没有相关的申报专利。
发明内容
针对现有技术中存在不足，本发明提供了一种带散水齿的阻尼喷头水滴平均直径分布模型建立方法。
本发明是通过以下技术手段实现上述技术目的的。一种阻尼喷头水滴平均直径分布模型建立方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)选定带有散水齿的阻尼喷头型号，设置喷头的工作压力范围为150kPa～300kPa；该种喷头喷洒360°，喷洒状态可分为两种：射流水柱接触散水齿和射流水柱未接触散水齿。
(2)选定喷头的工作压力范围内的N种工作压力(N>3)，固定喷头使射流水柱接触散水齿，分别做喷头外流场水滴直径分布试验；每次试验中，在距喷头径向方向每1m处放置激光雨滴谱仪，记录下距喷头1m，2m，…，Nm处的某一直径的水滴数目，再利用公式(1)(2)计算出不同距离下的水滴平均直径。
式中：Dv为水滴平均直径，mm；di为第i级标准筛目对应的水滴直径，mm，i＝1,2,3,…；wi为水滴直径di所对应的质量,kg；mi为直径为di的水滴个数；τ为水的密度，kg/m3。
(3)在(2)中选定的N种工作压力下，固定喷头使射流水柱未接触散水齿，重复步骤(2)。
(4)将步骤(2)中数据以水滴平均直径Dv为自变量，距喷头距离r和工作压力P为因变量，使用公式(3)拟合水滴平均直径分布公式，得到射流水柱接触散水齿时的水滴平均直径分布公式(4)。
Dv＝a+br+cP+dr2+eP2 (3)
式中：Dv为水滴平均直径，mm；r为距喷头距离，m；P为喷头工作压力，kPa；a,b,c,d,e为拟合系数
Dv＝a1+b1r+c1P+d1r2+e1P2 (4)
式中：Dv为水滴平均直径，mm；r为距喷头距离，m；P为喷头工作压力，kPa；a1,b1,c1,d1,e1为拟合系数。
(5)将步骤(3)中数据以水滴平均直径Dv为自变量，距喷头距离r和工作压力P为因变量，使用公式(3)拟合水滴平均直径分布公式，得到射流水柱未接触散水齿时的水滴平均直径分布公式。
Dv＝a2+b2r+c2P+d2r2+e2P2 (5)
式中：Dv为水滴平均直径，mm；r为距喷头距离，m；P为喷头工作压力，kPa。a2,b2,c2,d2,e2为拟合系数。
(6)联合(4)和(5)中计算出的射流水柱接触散水齿时和射流水柱未接触散水齿时的水滴平均直径分布公式，得到带有散水齿的阻尼喷头外流场水滴平均直径分布的公式(6)。
式中：Dv为水滴平均直径，mm；r为距喷头距离，m；P为喷头工作压力，kPa。a1,b1,c1,d1,e1,b2,c2,d2,e2为拟合系数。
本发明的优点在于：给出了适用于带有散水齿的阻尼喷头的水滴平均直径分布模型计算方法。分别讨论了射流水柱接触散水齿和射流水柱未接触散水齿的情况。新的公式能更好地能反映带有散水齿的阻尼喷头喷洒水滴平均直径分布的情况。
附图说明
图1是本发明的带有散水齿的阻尼喷头水滴平均直径分布模型建立方法流程图
具体实施方式
下面结合附图以及具体实施例对本发明作进一步的说明，但本发明的保护范围并不限于此。
为让本发明的上述和其它目的、特征和优点能更明显易懂，下文以带有散水齿的阻尼喷头水滴平均直径分布模型建立方法为例，做详细说明如下。
(1)选取Nelson公司的R33型喷头，喷嘴直径为3.6mm，工作压力分别选取为175kPa，200kPa，250kPa，300kPa。
(2)固定喷头使射流水柱接触散水齿，在距喷头径向方向每1m处放置激光雨滴谱仪，记录下距喷头不同距离时(1m，2m，3m等)不同水滴直径数目，再利用公式(1)(2)计算出不同距离下的水滴平均直径。如下表1：
(3)固定喷头使射流水柱未接触散水齿，在距喷头径向方向每1m处放置激光雨滴谱仪，记录下距喷头不同距离时(1m，2m，3m等)不同水滴直径数目，再利用公式(1)(2)计算出不同距离下的水滴平均直径。如下表2：
(4)将表1和表2中数据以距喷头距离r和工作压力为自变量，水滴平均直径Dv为因变量，拟合水滴平均直径分布公式。得到如下公式：
射流水柱未接触散水齿时：
Dv＝-0.72+0.05r+0.01P+0.03r2-4.38×10-5P2
式中：Dv为水滴平均直径，mm；r为距喷头距离，m；P为喷头工作压力，kPa。
射流水柱接触散水齿时：
Dv＝-0.16+0.22r+0.01P+0.03+0.01r2-3.38×10-5P2
式中：Dv为水滴平均直径，mm；r为距喷头距离，m；P为喷头工作压力，kPa。所以带散水齿的阻尼喷头外流场水滴平均直径分布公式为
Dv为水滴平均直径，mm；r为距喷头距离，m；P为喷头工作压力，kPa。
针对R33喷头，给出了对于四种工作压力下的水滴平均直径分布模型计算方法。分别讨论了射流水柱接触散水齿和射流水柱未接触散水齿的情况，使用数学模型表示不同压力和不同距离下水滴平均直径分布情况。新的公式能更好地能反映R33喷头喷洒水滴平均直径分布的情况。
所述实施例为本发明的优选的实施方式，但本发明并不限于上述实施方式，在不背离本发明的实质内容的情况下，本领域技术人员能够做出的任何显而易见的改进、替换或变型均属于本发明的保护范围。

Claims (2)

1.一种阻尼喷头水滴平均直径分布模型建立方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1：选定带有散水齿的阻尼喷头型号，阻尼喷头的喷洒状态划分为两种：射流水柱接触散水齿和射流水柱未接触散水齿；
S2：选定喷头的工作压力范围内的N种工作压力，N>3，固定喷头使射流水柱接触散水齿，分别做喷头外流场水滴直径分布试验；每次试验中，在距喷头径向方向每1m处放置激光雨滴谱仪，记录下距喷头1m，2m，…，Nm处的某一直径的水滴数目，再利用公式(1)(2)计算出不同距离下的水滴平均直径；
式中：Dv为水滴平均直径，mm；di为第i级标准筛目对应的水滴直径，mm，i＝1,2,3,…；wi为水滴直径di所对应的质量,kg；mi为直径为di的水滴个数；τ为水的密度，kg/m3；
S3：在S2中选定的N种工作压力下，固定喷头使射流水柱未接触散水齿，重复步骤S2；
S4：将步骤S2中数据以水滴平均直径Dv为自变量，距喷头距离r和工作压力P为因变量，使用公式(3)拟合水滴平均直径分布公式，得到射流水柱接触散水齿时的水滴平均直径分布公式(4)；
Dv＝a+br+cP+dr2+eP2 (3)
式中：Dv为水滴平均直径，mm；r为距喷头距离，m；P为喷头工作压力，kPa；a,b,c,d,e为拟合系数
Dv＝a1+b1r+c1P+d1r2+e1P2 (4)
式中：Dv为水滴平均直径，mm；r为距喷头距离，m；P为喷头工作压力，kPa；a1,b1,c1,d1,e1为拟合系数；
S5：将步骤S3中数据以水滴平均直径Dv为自变量，距喷头距离r和工作压力P为因变量，使用公式(3)拟合水滴平均直径分布公式，得到射流水柱未接触散水齿时的水滴平均直径分布公式；
Dv＝a2+b2r+c2P+d2r2+e2P2 (5)
式中：Dv为水滴平均直径，mm；r为距喷头距离，m；P为喷头工作压力，kPa; a2,b2,c2,d2,e2为拟合系数；
S6：联合S4和S5中计算出的射流水柱接触散水齿时和射流水柱未接触散水齿时的水滴平均直径分布公式，得到带有散水齿的阻尼喷头外流场水滴平均直径分布的公式(6)；
式中：Dv为水滴平均直径，mm；r为距喷头距离，m；P为喷头工作压力，kPa; a1,b1,c1,d1,e1,b2,c2,d2,e2为拟合系数。
2.根据权利要求1所述的一种阻尼喷头水滴平均直径分布模型建立方法，其特征在于，选定阻尼喷头的工作压力范围为150kPa～300kPa；阻尼喷头的旋转喷洒角度为360°。
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