CN107983548B - 一种喷水莲蓬头 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种喷水莲蓬头，包括球状喷头以及设置于喷头表面的圆形喷孔，喷孔数量以及喷孔在喷头表面的分布采用如下方法进行设置：设置喷水莲蓬头能够灌溉树木的层数为k，并设置k初始值为1；计算喷水莲蓬头能够灌溉树木的数量，以及与喷头距离最远的树木的距离r_t；计算喷孔数量与喷水莲蓬头能够灌溉树木的数量相等时喷孔的喷水速度以及喷孔能够喷射的最远水平距离r_hm；判断r_hm是否小于或等于r_t，若是，则先令k＝k‑1，然后计算喷孔数量；计算每一喷孔在喷头表面的位置。本发明可根据待灌溉树木的排布来设置喷孔数量以及分布，从而改善对植物喷水浇灌效果，节省水资源。

Description

一种喷水莲蓬头

技术领域

本发明涉及机械结构技术领域，尤其涉及一种喷水莲蓬头。

背景技术

人们日常生活中、环保部门或绿化部门常常会为了给植物浇灌而花费大量人力物力。为简化人们浇灌操作，喷水莲蓬头应运而生。一般来说，喷水莲蓬头包括球状喷头及设置于所述喷头上的多个喷水孔，水经输水管道进入所述喷头，并最终从所述喷水孔喷出，从而实现对植物浇灌。但目前市面上的普通喷头对绿化带或者树林等大规模数量的植物进行浇灌时，浇灌效果往往并不乐观，容易导致浇灌不均匀，及水资源浪费。而且，由于现有喷水莲蓬头中，喷水孔在喷头表面的数量以及分布不合理，导致目前市面上并没有喷头可控制水流浇灌指定区域，例如浇树时，大部分水浇灌在没有树的地方，很少一部分水浇灌在树的根茎附近，导致水资源大量浪费，浇灌效率不高。甚至对于某些娇贵植物，不正确的浇水，会导致植物腐烂或干枯。

发明内容

本发明提供一种喷水莲蓬头，用以解决现有的喷水莲蓬头容易造成水资源浪费、且喷水浇灌效果较差，以实现根据待浇灌区域植物的分布情况来调整喷水孔在喷头表面的数量以及位置分布，从而改善喷水莲蓬头的浇灌效果。

为解决上述问题，本发明提供了一种喷水莲蓬头，包括球状喷头以及设置于所述喷头表面的圆形喷孔，进入喷头中的水经所述喷孔喷出，所述喷孔的数量以及所述喷孔在所述喷头表面的分布采用如下方法进行设置：

第一步：设水的总流量为Q，每一所述喷孔半径为r，所述喷头距离地面的高度为l，所述喷水莲蓬头能够灌溉的树木的层数为k，并设置k的初始值为1；

第二步：根据下式(1)计算所述喷水莲蓬头能够灌溉树木的数量n：

n＝(2k+1)²-1 (1)

并根据下式(2)计算与所述喷头距离最远的树木的距离r_t：

第三步：根据下式(3)计算所述喷孔的数量与所述喷水莲蓬头能够灌溉树木的数量均为时所述喷孔的喷水速度v₀：

式(3)中，S₀表示每个喷孔的面积且S₀＝πr²；

根据下式(4)计算所述喷孔能够喷射的最远水平距离r_hm：

式(4)中，g表示重力加速度；

第四步：判断r_hm是否小于或等于r_t，若否，则令k＝k+1，并重复第二步、第三步；若判断得到r_hm小于或等于r_t，则先令k＝k-1，并采用上式(1)计算所述喷孔的数量；

第五步：根据下式(5)、(6)、(7)和(8)计算每一喷孔在所述喷头表面的位置：

式(5)表示任一喷孔喷出的水的轨迹方程，x，y，z表示轨迹的三个正交方向，θ₀表示所述喷孔在所述喷头坐标系下的天顶角，r_h表示所述喷孔与任一棵树的水平距离，t表示水从所述喷孔喷出到落地的时间,

表示所述喷孔在所述喷头坐标系下的方位角。

本发明提供的喷水莲蓬头，可根据待灌溉的树木的分层排布特性来设置喷孔的数量以及分布，从而改善对植物的喷水浇灌效果，节省水资源。

附图说明

附图1是本发明具体实施方式中计算喷孔数量的流程示意图；

附图2A是本发明具体实施方式中喷孔数量与树木数量均为80时的喷灌示意图；

附图2B是本发明具体实施方式中喷孔数量与树木数量均为80时的喷孔在所述喷头表面的分布示意图；

附图3A是本发明具体实施方式中喷孔数量与树木数量均为120时的喷灌示意图；

附图3B是本发明具体实施方式中喷孔数量与树木数量均为120时的喷孔在所述喷头表面的分布示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明提供的喷水莲蓬头的具体实施方式做详细说明。

本具体实施方式提供了一种喷水莲蓬头。所述喷水莲蓬头，包括球状喷头以及设置于所述喷头表面的圆形喷孔，进入喷头中的水经所述喷孔喷出，所述喷孔的数量以及所述喷孔在所述喷头表面的分布采用如下方法进行设置：

第一步：设水的总流量为Q，每一所述喷孔的半径为r，所述喷头距离地面的高度为l，所述喷水莲蓬头能够灌溉的树木的层数为k，并设置k的初始值为1。

第二步：根据下式(1)计算所述喷水莲蓬头能够灌溉的树木的数量n：

n＝(2k+1)²-1 (1)

并根据下式(2)计算与所述喷头距离最远的树木的距离r_t，

第三步：根据下式(3)计算所述喷孔的数量与所述喷水莲蓬头能够灌溉的树木的数量均为时所述喷孔的喷水速度v₀：

式(3)中，S₀表示每个喷孔的面积且S₀＝πr²，之所以采用(3)式计算所述喷孔的喷水速度，是因为水的不可压缩性，流入所述喷头的水量与从所述喷孔喷出的数量相等，即dt时间内Qdt＝nS₀v₀dt。

根据下式(4)计算所述喷孔能够喷射的最远水平距离r_hm：

式(4)中，g表示重力加速度；

第四步：判断r_hm是否小于或等于r_t，若否，则令k＝k+1，并重复第二步、第三步；若判断得到r_hm小于或等于r_t，则先令k＝k-1，然后采用上式(1)计算所述喷孔的数量。此处是基于所述喷孔喷出的水所能达到的最大水平距离内灌溉的树最多。

第五步：根据下式(5)、(6)、(7)和(8)计算每一喷孔在所述喷头表面的位置：

式(5)表示任一喷孔喷出的水的轨迹方程，

表示所述喷孔在所述喷头坐标系下的方位角，θ₀表示所述喷孔在所述喷头坐标系下的天顶角，r_h表示所述喷孔与任一棵树的水平距离，t表示水从所述喷孔喷出到落地的时间。

对于上式(5)和(6)得到从一喷孔喷出的水在与水平方向垂直的竖直方向上的轨迹方程如下式(9)所示：

首先求出所述喷孔能喷出水最远水平距离，将上式看作关于cotθ₀的一元二次方程，当初速度v₀为定值时，令z＝-l，取判别式△＝0，可得最远水平距离r_hm和对应的抛射角θ_m之间的关系如下式(10)所示：

然后再采用上述第二步道第四步的步骤，通过不断改变所述莲蓬头能够灌溉的树木的层数k的值来调整所述喷孔数量n，通过不断改变喷孔数量n(即所述莲蓬头能够灌溉的树木的数量)而改变所述喷孔的喷水速度v₀，进而实现对所述喷孔喷出的水所能达到的最远水平距离r_hm以及与所述喷头距离最远的树木的距离r_t的调整，直至r_hm第一次小于或等于r_t，则上一次的树木的层数k即为最大覆盖层数，即得到k的最终数值，并根据k的最终数值以及第五步的步骤得到所述喷水莲蓬头上喷孔的数量以及位置分布信息。

本具体实施方式提供的喷水莲蓬头，可根据待灌溉的树木的分层排布特性来设置喷孔的数量以及分布，以最少的喷孔数量实现最佳的灌溉效果，从而改善对植物的喷水浇灌效果，节省水资源。

以下举例进行说明，附图2A是本发明具体实施方式中喷孔数量与树木数量均为80时的喷灌示意图，附图2B是本发明具体实施方式中喷孔数量与树木数量均为80时的喷孔在所述喷头表面的分布示意图，附图3A是本发明具体实施方式中喷孔数量与树木数量均为120时的喷灌示意图，附图3B是本发明具体实施方式中喷孔数量与树木数量均为120时的喷孔在所述喷头表面的分布示意图。如图2A、2B、3A、3B所示，植树方法为在正方形网格的格点上植树，正方形的边长为λ，即相邻树木之间的栽种间隔也为λ。喷头的安置规则为：设喷头安置高度为l，喷头安置在某正方形格点上(此格点处不种树)，且周围有足够多的树。喷头喷水的落点恰好为树根上，覆盖的树组成正方形格点，以方便多个喷头无遗漏无重复的灌溉所有树。上述正方形网格只是举例说明，本领域技术人员根据实际需要还可以在其他任意形状区域采用本具体实施方式提供的方法构建喷水莲蓬头来灌溉。表1是与图3B对应的球形喷头上120个喷孔的球坐标，即表1为Q取1L/s时能够浇灌120棵树、球形的喷头上对应的120个喷孔位置的球坐标(角度制)。

表1与图3B对应的球形喷头上120个喷孔的球坐标(角度制)

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (1)

1.一种喷水莲蓬头，包括球状喷头以及设置于所述喷头表面的圆形喷孔，进入喷头中的水经所述喷孔喷出，其特征在于，所述喷孔的数量以及所述喷孔在所述喷头表面的分布采用如下方法进行设置：

第一步：设水的总流量为Q，每一所述喷孔的半径为r，所述喷头距离地面的高度为l，所述喷水莲蓬头能够灌溉的树木的层数为k，并设置k的初始值为1；

第二步：根据下式(1)计算所述喷水莲蓬头能够灌溉的树木的数量n：

n＝(2k+1)²-1 (1)

并根据下式(2)计算与所述喷头距离最远的树木的距离r_t：

第三步：根据下式(3)计算所述喷孔的数量与所述喷水莲蓬头能够灌溉的树木的数量均为设定时所述喷孔的喷水速度v₀：

式(3)中，S₀表示每个喷孔的面积且S₀＝πr²；

根据下式(4)计算所述喷孔能够喷射的最远水平距离r_hm：

式(4)中，g表示重力加速度；

第四步：判断r_hm是否小于或等于r_t，若否，则令k＝k+1，并重复第二步、第三步；若判断得到r_hm小于或等于r_t，则先令k＝k-1，并采用上式(1)计算所述喷孔的数量，所述喷孔的数量与所述喷水莲蓬头能够灌溉的树木 的数量相等；

第五步：根据下式(5)、(6)、(7)和(8)计算每一喷孔在所述喷头表面的位置：

式(5)表示任一喷孔喷出的水的轨迹方程，θ₀表示所述喷孔在前喷头坐标系下的天顶角，r_h表示所述喷孔与任一棵树的水平距离，t表示水从所述喷孔喷出到落地的时间，

表示所述喷孔在所述喷头坐标系下的方位角。

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