[发明专利]一种变转速喷头外流场水滴累积频率的计算方法及其改进方法

说明书

技术领域

本发明涉及节水灌溉喷灌系统中喷头外流场水滴累积频率的计算方法及其改进方法。

背景技术

喷头是喷灌系统的关键部件之一，与摇臂式喷头，全射流喷头等传统喷头相比，变转速喷头具有更好的均匀性、较低喷灌强度，能广泛应用于果树苗木等经济作物、蔬菜花果等灌溉。变转速喷头外流场水滴分布特性是评价喷灌质量的重要指标之一，直接影响作物的品质。研究喷洒水滴分布有助于研究水量分布规律、打击动能、灌水效率，水射流的受风影响程度。同时对水土保持的研究也有一定的理论价值和实际意义。而水滴累积频率是反映外流场水滴分布特性的重要指标之一。现有的水滴累积频率公式在大喷嘴下误差较大，不能准确地反映出喷头外流场水滴分布情况。

发明内容

针对现有技术中存在不足，本发明提供了一种变转速喷头外流场水滴累积频率公式的改进方法。本发明是通过以下技术手段实现上述技术目的的。

一种变转速喷头外流场水滴累积频率的计算方法的改进方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)选定变转速喷头型号，设置喷头的工作压力范围为150kPa～300kPa，喷嘴直径范围为3.6mm～4.8mm；定义喷嘴直径范围为3.6mm～4.2mm的喷嘴为直径较小的喷嘴，喷嘴直径范围为4.2mm～4.8mm的喷嘴为直径较大的喷嘴；模拟设置所述喷头的工作环境；

(2)在选定的变转速喷头上安装一种直径较小的喷嘴，在喷头的工作压力范围内的三种工作压力下，做三次喷头外流场水滴分布试验；每次试验中，在距喷头径向方向每1m处放置激光雨滴谱仪，记录下距喷头1m，2m，…，Nm处的某一直径的水滴数目，然后叠加所有测量点处同一直径的水滴数目，之后计算小于等于某一水滴直径的所有测量点的所有水滴累积数目，最后计算小于某一直径的水滴占所有水滴的百分比，即水滴累积频率；

(3)将步骤(2)中数据以水滴直径大小为自变量，水滴累积频率为因变量，拟合水滴累积频率公式，得水滴累积频率计算公式(1)：

式中：D为水滴直径；P_v为水滴累积频率；D₅₀为中数水滴直径，n为无量纲参数，λ为经验参数；

(4)在选定的变转速喷头上安装一种直径较大的喷嘴，设定喷头的工作压力范围内的某一工作压力，在距喷头径向方向每1m处放置激光雨滴谱仪，记录下距喷头不同距离时不同直径水滴的数目，然后叠加同一直径水滴的数目，之后计算小于等于某一水滴直径的所有测量点的所有水滴累积数目，最后计算小于某一直径的水滴占所有水滴的百分比，即水滴累积频率；

(5)将步骤(4)中数据，以水滴直径大小为自变量，水滴累积频率为因变量，对于直径小于等于D₅₀的水滴累积频率和直径大于等于D₅₀的水滴累积频率分段拟合，得到水滴累积频率公式(2)：

式中：θ为水滴累积频率，D为水滴直径，D₅₀为中数水滴直径，Pv为比D小的水滴占所有水滴的百分比，P_m为经验参数。

一种变转速喷头外流场水滴累积频率的计算方法，其特征在于，

对于喷嘴直径为3.6mm～4.2mm的喷嘴，水滴累积频率为：

式(1)中：

D为水滴直径；

P_v为水滴累积频率，即直径比D小的水滴占所有水滴的百分比；

D₅₀为中数水滴直径，

n为无量纲参数，

λ为经验参数；

对于喷嘴直径为4.2mm～4.8mm的喷嘴，水滴累积频率为：

式(2)中：

θ为水滴累积频率，

D为水滴直径；

P_v为水滴累积频率，即直径比D小的水滴占所有水滴的百分比；

D₅₀为中数水滴直径，

P_m为经验参数。

进一步地，P_m取值范围为0.1～0.8。

进一步地，所述喷头的工作压力范围为150kPa～300kPa。