异形喷嘴自由射流破碎长度及射程的实验研究

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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）０４／０５－０１４９－０５＊异形喷嘴自由射流破碎长度及射程的实验研究蒋跃，李红，向清江，陈超（江苏大学流体机械工程技术研究中心，江苏镇江２１２０１３）摘要：依据面积相同原则，设计了２种形状的异形喷嘴，测量了异形喷嘴的流量、射程和末端水滴直径，并与圆形喷嘴对比分析，同时在实验基础上分析了喷嘴出口形状、压力及锥角的改变对射流破碎长度的影响。结果表明，工作压力相同时，射程和末端水滴直径均以圆形喷嘴最大，三角形喷嘴最小；同一压力下，三角形喷

2、嘴的射流破碎段最短，而四边形喷嘴的射流破碎段最长；随着喷嘴锥角的增大，异形喷嘴在锥角为５５°时射流射流破碎长度段最短，而圆形喷嘴在锥角为４５°时破碎段最短，说明圆形喷嘴选择锥角４５°时射程和雾化效果均为最优。关键词：异形喷嘴；射流；低压；破碎长度；射程中图分类号：Ｓ２７４．２；Ｓ２７７．９＋４文献标志码：Ａｄｏｉ：１０．１３５２２／ｊ．ｃｎｋｉ．ｇｇｐｓ．２０１４．０４／０５．０３２蒋跃，李红，向清江，等．异形喷嘴自由射流破碎长度及射程的实验研究［Ｊ］．灌溉排水学报，２０１４，３３（４／５）：１４９－１５３．［１－２］随着喷灌技术的发展，对射流的射程及雾化效果的要求越来越高

3、。异形喷嘴作为一种非圆形新型喷［３－６］嘴，在某些条件下其性能比普通喷嘴更优越，具有改善喷头射程和雾化状况等优点，广泛应用于多领［７］域。为此，以异形喷嘴为研究对象，研究正三角形和正四边形喷嘴在不同压力条件下的流量、射程和末端水滴直径，同时研究喷嘴喷孔形状、工作压力和喷嘴锥角对低压射流破碎长度的影响。为异形喷嘴射流的应用提供一定的指导。１实验装置及喷嘴设计射流破碎实验装置由流量计、压力表、喷头、光源、皮尺、黑幕、高速摄影仪及采集计算机构成系统。使用美国产ＩＤＴ高速摄影仪，实验光源采用１２０ＷＬＥＤ白光灯。图１圆形喷嘴结构示意图（单位：ｍｍ）图２异形喷嘴结构示意图（单位：ｍｍ

4、）实验中选用正多边形中边数最少的正三边形和正四边形作为异形喷嘴的喷孔形状，与圆形喷嘴进行对比实验。圆形喷嘴结构如图１所示，其中Ｄ为喷嘴喷孔直径，取５ｍｍ；Ｒ为喷嘴锥形进口直径；θ为喷嘴锥角，分别取３５°、４５°和５５°。为了对比异形喷嘴和圆形喷嘴的性能，按照同样压力下面积相同原则确定异形喷嘴的尺寸，详见图２。为了尽量排除喷嘴结构对射流特性的影响，各喷嘴除了喷孔形状不同外，其余结构参＊收稿日期：２０１４－０３－０８基金项目：国家自然科学基金项目（５１３７９０９０）；国家高科技研究发展计划（８６３计划）（２００６ＡＡ１００２１１）作者简介：蒋跃（１９８７－），男，博士研究生，研

5、究方向为节水灌溉的理论研究。Ｅ－ｍａｉｌ：ｊｙ２６１７１５２６７＠１２６．ｃｏｍ通讯作者：李红（１９６７－），女，研究员，博士生导师，博士，研究方向为新型节水灌溉设备及流体机械产品的研究。Ｅ－ｍａｉｌ：ｈｌｉ＠ｕｊｓ．ｅｄｕ．ｃｎ１４９数均相同。２结果与分析２．１异形喷嘴的水力性能参数分析２．１．１流量和射程的测量以ＰＹ２１５型喷头为样品，其离地安装高度为０．８５ｍ，喷射仰角为２３°，喷头工作压力设为２００、２５０、３００、３５０、４００ｋＰａ，每个压力重复３次实验求平均值。测量２种异形喷嘴的流量和射程，并与圆形喷嘴对比，结果如表１所示。表１ＰＹ２１５型喷头不同压力下的流量

6、和射程喷嘴喷嘴流量／（ｍ３·ｈ－１）射程／ｍ形式锥角２００ｋＰａ２５０ｋＰａ３００ｋＰａ３５０ｋＰａ４００ｋＰａ２００ｋＰａ２５０ｋＰａ３００ｋＰａ３５０ｋＰａ４００ｋＰａ３５°１．２９０１．４３０１．５７２１．７２４１．８４７１５．９１７．０１７．９１８．５１９．０圆形４５°１．１９２１．３５０１．５０７１．６１８１．７３２１６．１１７．２１８．０１８．５１９．７５５°１．１４０１．３０１１．４１５１．５２９１．６３５１４．１１６．８１７．６１８．２１８．８３５°０．９７４１．１１０１．２３０１．３４６１．４４９１４１４．９１５．７１６．１１６．４三角形４５°０．９４９１

7、．０７８１．１９８１．２９９１．３９３１４．５１５．１１５．８１６．３１６．８５５°０．９２６１．０５２１．１５３１．２６３１．３１７１２．７１３．４１３．７１４．４１４．５３５°１．３２５１．５９３１．６４５１．８２３１．９５２１４．６１５．９１６．８１７．４１８．１正方形４５°１．３１８１．５０４１．６１２１．８０２１．９１８１４．８１６．０１７．２１７．６１８．５５５°１．３０７１．４８４１．６０１１．７７４１．９０６１４．５１５．６１６．２１６．９１７．６由表１可知，在２００～４００ｋＰａ压力下，随着压力的