试析卷盘式喷灌机喷头水力损失研究

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1、吉林农业大学硕士学位论文卷盘式喷灌机喷头水力损失研究姓名：李萍申请学位级别：硕士专业：农业机械化工程指导教师：王和平20060501卷盘式喷灌机喷头水力损失研究摘要水足一切生命过程中不可替代的基本要素，水资源是国民经济和社会发展的重要基础资源。随着全球水资源供需矛盾的日益加剧，节水农业成为当今具有世界意义的焦点问题之一，节水灌溉技术势在必行。我国作为历史悠久的农业大国，农业灌溉已有上千年的历史。鉴于我国水资源日益紧缺的趋势及农业灌溉水的利用率低、浪费严重的问题，70年代以来特别是改革开放以来，我国大力发展节水灌溉。喷灌是

2、一种机械化高效节水灌溉技术，是现代灌溉中较为先进的灌水方法，如同自然降雨。在输水、灌水、作物吸水的各个环节中，喷灌都具有特有的节水增产作用，被世界各国广泛应用。喷灌机按运行方式可分为定喷式和行喷式两类。常用的有人工移管式喷灌机、双摇臂式喷灌机、滚移式喷灌机、卷盘式喷灌机、中心支轴式喷灌机、平移式喷灌机。本文主要研究卷盘式喷灌机。卷盘式喷灌机从60年代开始在欧洲生产和使用，是目前性能可靠、质量优良的喷灌设备。卷盘式喷灌机主要由卷盘、输水软管、喷头车三大部分组成，具有机械化程度高、操作管理简易、适应性强、灌水效果好等优点，在

3、国际、国内市场上均有广阔的发展前景。但因卷盘式喷灌机仍存在一些缺点，如单喷头卷盘喷灌机耗能较高，水力损失较大等，所以卷盘式喷灌机的优化设计显得尤为重要。卷盘式喷灌机的优化设计的一部分要体现在喷头的内部流道构造上。根据流体动力学中对管内流体流动状态的分析可知，在本试验给定的参数条件下，喷头内流体即水的流动为粘性、不可压缩的湍流流动。喷头的水力损失主要是沿程水力损失和局部水力损失两种，以局部水力损失为主。而局部水力损失主要发生在喷头的弯管、稳流器、喷嘴处，当水流经这些部件时，流动方向或流动速度发生变化，在流动路程上，产生涡流

4、及二次流，水流不能充分发展，造成主流能量的损失。而喷头的喷嘴只有满足一定的压力才会有好的喷洒效果，喷嘴压力可由喷头工作压力减去喷头内过流部件的压力损失值得到。此压力损失值的大小反映了喷头设计和制造的水平，是评价喷头好坏的指标，应小于49KPa。目前世界上的名牌喷头都是采用较好的稳流器来消除大的水流脉动和减少雷诺数，以降低紊流程度减少水头损失，从而获得较大的喷嘴压力来提高雾化程度。为了得到最佳的喷头构造，对装有不同型式稳流器的喷头进行试验研究，计算喷头过流部件压力损失。本文是采用计算机软件模拟计算和台架试验相结合的方法达到

5、最终试验目的的。在台架试验中，根据试验装置的流程图，将水泵、玻璃转予流量计、阀门、压力表、喷头、铁管等试验材料组装成测定喷头水力损失的试验装置，完成试验台的搭建。调节阀门的开度，调整压力表读数，使其达到所设定的工作压力，记下流量计读数，更换喷头，继续测量。得到工作压力分别为250KPa、300KPa、350KPa、400KPa、450KPa的四种流道结构的喷头水力损失值。模拟试验中，使用大型有限元分析软件ANSYS／FLOTRAN对喷头内流场进行数值模拟分析。ANSYS／FLOTRAN是基于有限元技术的CFD软件，是求解

6、二维、三维流体流动和传热问题的强有力的工具。实现喷头内流场仿真，只需要对流道建模即可，直接利用ANSYS的交互式方法构建1／2喷头流道模型，并对该模型进行网格划分和施加边界条件，激活标准K．￡湍流模型进行求解计算，最后得到装有不同型式稳流器的喷头内流体的速度矢量图、压力等值线图及喷头压力损失模拟试验值。模拟试验数据和台架试验实测数据对比分析后，两种试验方法的数据基本上吻合，误差均在2．5％以下，从而可用模拟试验数据代替台架试验数据，一些台架试验无法测得的数据得以测定，提高了试验结果的精度，减少了试验次数。将模拟试验数据绘

7、制成曲线图，通过对曲线变化趋势的分析，最后得出与小型卷盘式喷灌机配套使用的最佳PYS20型喷头为7mm喷嘴直径的筋片形稳流器喷头。关键词卷盘式喷灌机，喷头，水力损失，ANSYS／FLOTRAN仿真软件ⅡResearchofhydrauliclossesofsprinklerheadofhardhosetravelerAbstractWateristhefinallybasicelementduringourlifeprocess，natureresourceofwateristheimportantbasicresour

8、ceofcivileconomicsandsocialdevelopment．Asthecontradictionofsupplyanddemandofthewaterresourceallovertheworldmoreseriousdaybyday,agricultureofeconomizingonwaterb