1、隨著水資源日益短缺，推廣包括大型移動式噴灌在內(nèi)的節(jié)水灌溉技術(shù)已成為緩解農(nóng)業(yè)灌溉領(lǐng)域水資源危機的發(fā)展趨勢，目前大型移動式噴灌設(shè)備工作壓力普遍較高，且與之配套的噴頭正常工作壓力一般不低于100kPa。為了降低能量的過度消耗，發(fā)展低壓移動式噴灌，開發(fā)與之配套的低能耗噴頭是未來發(fā)展的趨勢。本文以噴灌領(lǐng)域較為常見的非旋轉(zhuǎn)折射式噴頭為研究對象，通過試驗分析與理論計算的方法，分析了該噴頭的水力性能。針對該噴頭噴灌強度大的問題，對噴頭流道結(jié)構(gòu)進行了優(yōu)化

2、;針對單噴頭移動水量分布較差的問題，通過建立不同角度流道水量疊加理論，開發(fā)出新型低壓折射式噴頭，并對新開發(fā)的噴頭水力特性進行了分析。具體研究如下:
　　(1)對Nelson D3000噴頭單流道水力性能進行了室內(nèi)試驗，通過分析發(fā)現(xiàn)該噴頭噴灑出的水量和能量的擴散與噴頭的安裝高度和工作壓力等因素有關(guān)。提升安裝高度或者增大噴頭工作壓力，很大程度上加速了射流水舌的碎裂，使得噴灑的水量及能量擴散更為均勻。雖然高度提升會對峰值水量和峰值能量有

3、一定的削弱作用，但是從水量和能量分布來看，單條流道噴灑出的水量和能量仍聚集在末端0.75倍的射程處，在實施噴灌過程中，對于某些噴灑點，在峰值水量和峰值能量過境時，較大的噴灌動能對作物和土壤的作用力較大，增大了打擊傷害的概率。因此為了降低水量和能量峰值對作物的打擊傷害，有必要開發(fā)出一種低壓力噴頭，并減小單流道峰值水量和能量過于集中的問題。
　　(2)針對折射式噴頭水量分布模擬軟件較少的問題，基于彈道軌跡理論，在考慮有風(fēng)時水滴運動蒸發(fā)

4、條件下，以Java—Eclipse作為開發(fā)工具編寫出有風(fēng)條件下適用于折射式噴頭的噴灌水量分布計算軟件。在模型求解過程中，通過回歸分析建立了不同壓力及噴嘴直徑下Nelson D3000型噴頭出流速度及角度模型，并基于折射式噴頭噴灑模型、彈道軌跡方程和水滴蒸發(fā)模型，編寫出了的噴灌水量分布的計算程序;該軟件在已知噴頭工作壓力、噴嘴直徑、噴頭安裝高度及環(huán)境條件條件下，可以計算出噴灑粒徑分布、單噴頭水量、能量分布及蒸發(fā)損失，并通過與實測值對比，驗

5、證了該計算軟件的精準性。
　　(3)為了改善現(xiàn)有的低壓折射式噴頭噴灑峰值水量過大的問題，需要開發(fā)出新型低壓折射式噴頭。在設(shè)計過程中，選擇了較為常見的矩形、Y形、V形，埡口形和五邊形5種流道出口截面形式的噴盤，通過對五種類型噴盤單條流道峰值水量和噴灑射程進行測試，以峰值水量最小、噴灑射程最大為優(yōu)選目標，甄選出Y形截面噴盤水力性能最優(yōu)。選擇Y型噴盤截面形式，以噴盤流道個數(shù)和流道出射角為設(shè)計因素，采用激光快速成型技術(shù)開打印出5種流道個數(shù)

6、、5種出射角度（2因素5水平）共25個噴盤。通過對25種噴盤在不同工況下的水力性能試驗，建立了噴灑射程和峰值強度分別與流道角度、流道個數(shù)的函數(shù)模型，以最小峰值強度和最大噴灌射程為優(yōu)選目標，計算了噴盤最優(yōu)流道個數(shù)27個和最佳挑射角度為18.9°。并對低壓噴盤單流道水量峰值強度、噴灑射程進行了驗證試驗，結(jié)果顯示，峰值強度、噴灑射程的測量值與計算值差異性較小，表明建立的峰值強度模型和噴灑射程模型準確度較高，優(yōu)化的流道個數(shù)和挑射角度等參數(shù)較為合

7、理，可以采用此參數(shù)開發(fā)工作壓力小于100kPa的低壓噴頭。固定流道個數(shù)27個，挑射角度18.9°，采用等流道夾角設(shè)計的方法開發(fā)出一種噴盤，通過對該噴盤移動水量分布的試驗發(fā)現(xiàn)，任一工況下該噴頭水量在垂直于移動方向上的分布不均勻，應(yīng)對該噴盤流道夾角進行進一步的優(yōu)化分析。
　　(4)在對流道夾角的優(yōu)化過程中，以雨量筒收集的折射式噴頭單流道水量作為原始數(shù)據(jù)，建立基于單流道水量分布數(shù)據(jù)的移動式單噴頭移動水量分布計算方法，以不同流道夾角下單流

8、道水量在垂直于噴灌機行走方向上的投影分布進行累加，計算出單噴頭在垂直于行走方向的水量分布。根據(jù)折射式噴頭不同流道噴灑水量累積理論，采用Java—Eclipse作為開發(fā)工具開發(fā)了折射式噴頭設(shè)計程序，并采用該軟件，結(jié)合優(yōu)化出的流道水量分布數(shù)據(jù)，以移動單噴頭水量呈三角形分布為設(shè)計目標，通過試算的方法，計算出噴頭27條流道的最佳布置角度，27條流道設(shè)計角度分別為24°、35°、46°、57°、68°、79°、90°、101°、112°、123°

9、、134°、145°、156°、191°、202°、220°、240°、252°、264°、276°、288°、300°、320°、338°、349°和360°。并采用激光快速成型的方法制作出了噴頭樣件，并通過室內(nèi)試驗測得了移動條件下噴頭單側(cè)水量分布特性，通過與計算值的對比，發(fā)現(xiàn)新開發(fā)出的噴頭水量分布形式與預(yù)期基本相符，該噴頭可裝配在移動式噴灌設(shè)備上實施噴灌作業(yè)。
　　(5)為了測試新型低壓噴頭其他的性能參數(shù)，通過室內(nèi)試驗，測定了

10、不同安裝高度下該單噴頭的水滴粒徑分布范圍、峰值噴灌強度以及噴灑射程，并與Nelson D3000噴頭進行對比。結(jié)果顯示，任意工況下，新型噴頭噴灑的水滴直徑普遍小于Nelson D3000型噴頭，峰值噴灌強度較低，噴灑射程較大，采用該噴頭實施低壓噴灌作業(yè)時，一定程度上會降低噴灌水滴對作物和土壤的打擊傷害概率，減小土壤侵蝕。采用開發(fā)出的折射式噴頭水量分布與均勻度計算軟件，對有風(fēng)條件下設(shè)計的噴頭和Nelson噴頭的組合噴灌均勻度進行了模擬，與