全射流及摇臂式喷头水量分布形状分析及组合计算

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1、灌溉排水学报２０１４年８月第３３卷第４／５期ＪｏｕｒｎａｌｏｆＩｒｒｉｇａｔｉｏｎａｎｄＤｒａｉｎａｇｅ文章编号：１６７２－３３１７（２０１４）０４／０５－０１６８－０３＊全射流及摇臂式喷头水量分布形状分析及组合计算刘俊萍，袁寿其，李红，朱兴业（江苏大学流体机械工程技术研究中心，江苏镇江２１２０１３）摘要：以全射流喷头和摇臂式喷头为例，分析喷头喷洒水力性能，总结７组不同喷头主副喷嘴结构参数和不同工作参数下对应的水量分布形状，并选取水量分布函数进行拟合；同时，计算不同间距下的组合均匀性。结果表明，选取的水量分布函数拟合效果较好，形状基本一致，误差较小。１Ｒ、１．１Ｒ、１．２Ｒ、１．３Ｒ和１

2、．４Ｒ组合间距下，第３组、第４组水量分布的均匀性系数较高，且大部分超过０．８５，第７组水量分布的均匀性系数最低。关键词：全射流喷头；摇臂式喷头；水量分布；函数拟合；组合计算中图分类号：Ｓ２７７．９＋４文献标志码：Ａｄｏｉ：１０．１３５２２／ｊ．ｃｎｋｉ．ｇｇｐｓ．２０１４．０４／０５．０３７刘俊萍，袁寿其，李红，等．全射流及摇臂式喷头水量分布形状分析及组合计算［Ｊ］．灌溉排水学报，２０１４，３３（４／５）：１６８－１７０．［１］喷灌是节水灌溉的一种重要形式，在国内外都具有广阔的推广前景。喷洒的均匀性是喷灌质量的一个重要指标，主要由喷头的布置形式、工作压力及喷头的水力性能决定。当动力源一定

3、时，单喷头的水力性［２］能，即水量分布直接影响喷洒的均匀性。喷头的水量分布形状有多种，每个形状都可拟合成一个函数。水［３－６］量分布函数的核心是水量与空间位置（坐标）的关系，而喷灌水量概率分布只考虑水量大小，不考虑空间位置。全射流喷头和摇臂式喷头在不同工况下喷洒的水量分布形状不同，不同的水量分布形状的组合均匀性对比分析研究鲜见报道。为此，通过大量试验，选取７种不同水量分布形状，分析其分布函数，同时进行组合均匀性计算，为进一步研究组合水量模拟提供理论基础。１材料与方法以７种常见的不同水量分布形状为例，进行分布函数分析及组合计算。水量分布试验在江苏大学流体机械工程技术研究中心室内喷灌试验厅进

4、行。该试验厅（直径４４ｍ，高１８ｍ）为室内喷灌大厅，室内场地没有妨碍物，排除了风的干扰，试验数据测量具备良好的条件。试验设备包括ＰＸＨ和ＰＹ系列喷头、管路系统、水泵机组、自动测量系统。表１喷头结构及工作参数水量分布形状第１组第２组第３组第４组第５组第６组第７组（喷头型号）（ＰＸＨ１０）（ＰＸＨ２０）（ＰＸＨ２０）（ＰＹ２０）（ＰＹ３０）（ＰＸＨ３０）（ＰＸＨ３０）主喷嘴直径／ｍｍ４８８６．３９１０１０副喷嘴直径／ｍｍ１１１３４１１工作压力／ｋＰａ２５０１５０２７０３５０４００３５０１７０试验采用０．４精度级压力表读取喷头工作压力，０．５精度级电磁流量计读取流量，自动数据采集系统测量喷头的

5、点喷灌强度，测量点每隔１ｍ一个量雨筒（直径２０ｃｍ，高６０ｃｍ），以喷头为中心，共２条射线，每条＊收稿日期：２０１４－０３－２１基金项目：国家自然科学基金项目（５１３０９１１７、５１１０９０９８）；国家高技术研究发展计划（８６３）项目（２０１１ＡＡ１００５０６）；江苏省高校自然科学研究项目（１３ＫＪＢ２１０００３）；中国博士后科学基金项目（２０１３Ｍ５３０２３９）；江苏省博士后基金项目（１３０１１４４Ｃ）；江苏大学高级专业人才科研启动基金项目（１３ＪＤＧ０２８）作者简介：刘俊萍（１９８２－），女，辽宁海城人。助理研究员，硕士生导师，主要从事流体机械及排灌机械研究。Ｅ－ｍａｉｌ：ｌｉｕｊｕ

6、ｎｐｉｎｇ４０１＠１６３．ｃｏｍ１６８射线２０个量雨筒，测量点喷灌强度数值通过ＲＳ４８５总线传送给电脑，在电脑上直接读取。喷头安装在圆形喷灌试验厅的中心试验台上，使喷头全圆喷洒。喷头结构及工作参数如表１所示。２结果与分析２．１水量分布函数分别对７组数据进行函数拟合，函数的选择以函数本身的二维坐标形状与水量分布形状的吻合度为主ｘ－ｘｃ［７］要依据。根据水量分布的基本形状，设ｚ＝，则水量分布函数为：ｗ－ｘ－ｘＡｘｃ２ｘｃ槡ｃｘｗ（１）第１组：ｙ＝ｙ０＋Ｉ１ｅｗ槡ｘ（ｘ）第２组：２Ａ－０．５ｚ２ａ３２ａ４（ｚ４３１０ａ３（ｚ６４２）（２）ｙ＝ｙ０＋｛ｅ［１＋ｚ（ｚ－３）＋－６ｚ＋３）＋－１５ｚ

7、＋４５ｚ－１５］｝ｗ槡２π３！４！６！ｘ－ｘ０－－ｚｐｔ第３组：ｙ＝ｙ０＋Ａ（１－ｅ）ｅ２（３）第４组：ｙ＝Ａ＋Ｂｘ（４）（－ｚ）（－ｅ－ｚ－１）（５）第５组：ｙ＝ｙ０＋Ａｅ－ｚ４Ａｅ第６组：ｙ＝ｙ０＋（１＋ｅ－ｚ）２（６）Ａ第７组：ｙ＝ｙ０＋２４６（７）１＋Ａ１（２ｚ）＋Ａ２（２ｚ）＋Ａ３（２ｚ）式中：ｘ为距喷头的距离（ｍ）；ｙ为点喷灌强度（ｍｍ／ｈ）；ｘ０、ｙ０、ｘｃ、ｗ、Ａ、Ａ１、Ａ２、Ａ３、Ｂ、Ｉ１、ａ３、ａ４、ｔ２、ｐ均为