隙控式全射流噴頭理論及試驗(yàn)研究.pdf

1、隙控式全射流噴頭是國(guó)家863計(jì)劃項(xiàng)目“新型噴滴灌系統(tǒng)關(guān)鍵設(shè)備的研制與產(chǎn)業(yè)化開發(fā)(項(xiàng)目號(hào)：2004AA224010)”主要研究?jī)?nèi)容之一。 由于全射流噴頭獨(dú)特的“附壁”工作原理，使得噴頭具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、水力性能優(yōu)秀、多功能的特點(diǎn)，適應(yīng)了噴頭多功能及節(jié)能的發(fā)展趨勢(shì)。因此，對(duì)全射流噴頭進(jìn)行射流附壁理論、性能試驗(yàn)及可靠性試驗(yàn)等方面的全面、深入、系統(tǒng)的研究，建立全射流噴頭設(shè)計(jì)方法，具有重要的理論研究意義及實(shí)用推廣價(jià)值。 本文從自由紊動(dòng)

2、射流理論及附壁流動(dòng)理論出發(fā)，計(jì)算分析射流元件內(nèi)附壁點(diǎn)位置及射流核心區(qū)長(zhǎng)度，指導(dǎo)噴頭作用區(qū)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)；研究運(yùn)轉(zhuǎn)控制理論，設(shè)計(jì)噴頭運(yùn)轉(zhuǎn)控制系統(tǒng)，并對(duì)運(yùn)轉(zhuǎn)控制系統(tǒng)進(jìn)行動(dòng)力學(xué)分析，推導(dǎo)獲得最大驅(qū)動(dòng)力矩的結(jié)構(gòu)尺寸；總結(jié)影響噴頭性能的主要尺寸，進(jìn)行大量對(duì)比試驗(yàn)，并結(jié)合正交試驗(yàn)，分析各種水力性能要求下的最佳尺寸組合；采用CFD軟件對(duì)射流元件在直射、正向附壁和反向附壁等運(yùn)行狀態(tài)下進(jìn)行二維、三維數(shù)值模擬，并將模擬結(jié)果與理論分析、試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行對(duì)比。通過以上

3、對(duì)隙控式全射流噴頭較為深入系統(tǒng)的研究，初步建立了噴頭的設(shè)計(jì)方法。 主要研究?jī)?nèi)容和研究成果有： (1)介紹了隙控式全射流噴頭的工作原理及結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，制定了1個(gè)系列6種規(guī)格噴頭的設(shè)計(jì)參數(shù)。全射流噴頭性能參數(shù)的制定高于國(guó)家《旋轉(zhuǎn)式噴頭》標(biāo)準(zhǔn)的要求。設(shè)計(jì)了噴頭射流元件的穩(wěn)流系統(tǒng)、水封系統(tǒng)、信號(hào)接收及輸送系統(tǒng)、作用區(qū)系統(tǒng)，并研制了全射流噴頭獨(dú)特的反向機(jī)構(gòu)。 (2)分別使用附壁點(diǎn)模型與控制面模型，推導(dǎo)出附壁半徑，以及對(duì)應(yīng)各種位

4、差時(shí)的附壁距離的計(jì)算過程和方法。首次編程對(duì)全射流噴頭10PXH、30PXH射流元件的附壁半徑、附壁距離進(jìn)行了初步計(jì)算。并利用木村模型對(duì)核心區(qū)域的流動(dòng)進(jìn)行了分析。 (3)研究全射流噴頭運(yùn)轉(zhuǎn)控制理論，指出實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定切換狀態(tài)關(guān)鍵尺寸的設(shè)計(jì)要求。設(shè)計(jì)噴頭附壁控制運(yùn)轉(zhuǎn)系統(tǒng)，分別闡述具體運(yùn)行參數(shù)，即信號(hào)接嘴位置、導(dǎo)水管長(zhǎng)度、間隙C寬度等結(jié)構(gòu)尺寸的設(shè)計(jì)原理。對(duì)噴頭轉(zhuǎn)動(dòng)力矩進(jìn)行分析，推導(dǎo)出全射流噴頭的附壁驅(qū)動(dòng)力及力矩、摩擦阻力及力距計(jì)算公式。首次

5、利用附壁射流中心線方程及動(dòng)量方程推導(dǎo)了理論狀態(tài)下，附壁力矩最大值與結(jié)構(gòu)尺寸之間的關(guān)系。并由剛體轉(zhuǎn)動(dòng)定律得出全射流噴頭的力矩公式，及全射流噴頭轉(zhuǎn)角公式。 (4)建立了基于RS485總線的分布式測(cè)試水量分布測(cè)試系統(tǒng)。試驗(yàn)研究工作壓力、主要水力尺寸對(duì)水力性能的影響。進(jìn)行了各種結(jié)構(gòu)參數(shù)對(duì)噴頭水力性能影響的正交試驗(yàn)。得到了射程、水量分布、頻率、附壁力矩等最優(yōu)情況下的最佳結(jié)構(gòu)參數(shù)組合。 (5)研制完成了測(cè)試全射流噴頭工作穩(wěn)定性的耐久

6、性試驗(yàn)臺(tái)和耐磨損試驗(yàn)臺(tái)，進(jìn)行了隙控式全射流噴頭的耐久性試驗(yàn)研究和耐磨損試驗(yàn)研究。試驗(yàn)表明，隙控式全射流噴頭耐久性能好，己安全運(yùn)轉(zhuǎn)2000小時(shí)以上，耐磨性能還需進(jìn)一步深入研究。 (6)采用三維非定常N-S方程作為控制方程，利用標(biāo)準(zhǔn)K-紊流模型封閉雷諾時(shí)均方程，并利用VOF方法求解追蹤自由表面的形狀和位置，采用PISO算法耦合速度壓力場(chǎng)，首次對(duì)噴頭射流元件內(nèi)部流動(dòng)的不同運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行了二維、三維數(shù)值模擬，初步揭示了內(nèi)部流動(dòng)的一般規(guī)律。