针对目前喷头在低压工况下喷洒均匀性较差、射程变短等问题,依据面积相同原则设计多种形状的异形喷嘴,运用ANASY软件对其内流场进行三维仿真模拟,模拟结果表明:倒U形喷嘴出口断面的速度分布高速区域所占面积最大,整个出口的速度一致性较好,有利于提高喷头射程,改善喷灌均匀性.通过测量低压喷头的性能参数,包括射程、水量分布和末端水滴直径,来验证数值模拟的准确性.试验结果表明:倒U形喷嘴的射程约为圆形喷嘴的1.110倍,稍低于数值模拟的计算结果,基本在2%左右;工作压力为300 k Pa时,喷头的末端水滴直径以倒U形喷嘴最小为4.21 mm,说明倒U形喷嘴的雾化性能最好;倒U形喷嘴的水量分布近似呈三角形,其组合均匀性系数均在82%以上,圆形和圆角矩形喷嘴的水量随喷头距离的变大先增大后减小,均低于倒U形喷嘴的组合均匀性系数.数值模拟和试验结果表明,倒U形喷嘴的水力性能优于其他3种喷嘴,在提高喷灌均匀性的基础上,还增大了射程.
为了探索全射流喷头喷洒水滴直径分布规律,采用激光雨滴谱仪测量技术对喷头的喷洒水滴速度及直径等参数进行测量,并采用个数加权法对水滴分布进行统计分析,总结全射流喷头距喷头不同距离及150~350 k Pa压力工况下的水滴频率分布及水滴累计频率分布的变化规律.研究结果表明:距离喷头越近,喷头喷洒的水滴直径越小,且小直径低速度水滴数量越多,水滴累计频率曲线斜率越大.压力增大时,距喷头不同距离的水滴累计频率曲线斜率逐渐减小,说明水滴直径沿径向大小分布较为均匀.在距喷头不同的距离下,水滴频率呈对数正态分布趋势.将水滴累计频率分布分别采用玻尔兹曼函数与指数函数分布进行对比,2种函数拟合精度均较高,可为全射流喷头喷灌质量的预测提供理论依据.
为研究喷头压力对水量分布模型的影响,以低压喷头为例,对其进行水力性能试验.通过计算矩形组合下不同压力的喷灌组合均匀系数Cu和组合分布均匀系数Du,探索喷头压力对水量分布模型的影响.结果表明：对于低压喷头,喷灌强度随压力增大先逐渐增大,达到一定值后基本保持不变.在距喷头不同距离时,不同压力下的喷灌强度变化情况不同.在低压范围内,压力对喷灌组合均匀系数和组合分布均匀系数的影响较明显.在100~200 k Pa范围下,Cu和Du均随着压力的增大而增大.在200~300 k Pa范围下,Cu与Du均变化不大.最终提出二者的函数关系式,为多因素下水量分布模型的建立提供理论依据.
