[发明专利]一种低压均匀喷洒喷头空间流道的优化设计方法

说明书

本发明涉及一种低压均匀喷洒喷头空间流道的优化设计方法，属于节水灌溉喷灌系统中的关键设备的设计方法。具体为：在确定喷头的型号及进口直径的情况下，确定出口截面形状大小、流道偏转角、流道型线的半径和弧长以及出口仰角的尺寸，实现喷头空间流道的结构优化。并且实现在不同进口直径条件下空间流道的参数化设计，得到喷头空间流道结构参数的确定方法。本发明形成了低压工况下空间流道的设计方法，实现了喷头水力性能的优化，且高效节能。

技术领域

本发明属于一种用于节水灌溉设备的结构优化设计方法，特别是一种低压均匀喷洒喷头空间流道的优化设计方法。

背景技术

我国作为人口众多的农业大国，缺水问题十分严重。因此，推广节水灌溉是我国农业技术发展的重中之重。喷灌技术是目前高效用水技术之一，而喷头作为实施喷灌的关键设备，其水力性能和运转性能在很大程度上决定喷灌系统的灌溉质量。

喷头的流道要完成压力水流进入、转弯、能量交换和喷射几项工作。流道的结构形式几何尺寸，断面形状和表面粗糙度等，都影响喷头的水力性能。为降低喷头流道内部水力损失，实现水力性能的优化，对于小型低压喷头，常采用喷嘴外侧安装碎水机构，安装异形喷嘴或将喷嘴处斜开切口等形式，提高喷头的雾化特性，增加近喷头处水量，但射程往往会有所降低。

在目前研究中结构设计主要集中在副喷嘴、多流道技术、散水机构和异形喷嘴等设计上，但喷头空间流道参数的优化设计，可以改善喷头水力性能，提高喷头工作稳定性。在设计过程中应重点考虑，但相关的研究却很少。为解决上述问题，提出一种低压均匀喷洒喷头空间流道的设计方法，以改善喷头均匀性差、射程短等问题，并且对完善喷头流道的设计方法具有重要意义。

经检索，目前还没有相关的申报专利。

发明内容

针对上述低压喷头存在的缺陷或不足，本发明的目的在于，提供一种低压均匀喷洒喷头空间流道的优化设计方法，以解决喷头在低压工况下工作均匀性差的问题，并且实现射程的增加。

为了实现上述任务，本发明采取如下的技术解决方案：

一种低压均匀喷洒喷头空间流道的优化设计方法，包括如下步骤进行：

步骤一：待优化的低压均匀喷洒喷头的进口截面为圆形，进口直径为D；喷头出口截面面积S_a；进口截面和出口截面之间的流道型线呈圆弧形；所述进口直径D和所述出口截面面积S_a均为固定值；

步骤二：建立三维坐标系，以进口截面的圆心为原点，以原点的竖直方向作为坐标系的Y轴，流道型线的圆心位于坐标系的X轴上，并且流道型线与Y轴的切点恰好落于坐标系的原点处；

步骤三；选定进行低压均匀喷洒喷头空间流道优化所需的变量参数：包括流道偏转角α、流道型线的圆弧半径r、流道型线的弧长L、出口仰角γ和出口截面的形状；其中：流道偏转角α定义为进口截面圆心和出口截面形心所形成的直线与Y轴的夹角；流道型线的弧长L定义为从进口截面的圆心到出口截面型心的弧线流道的长度；出口仰角γ定义为低压均匀喷洒喷头喷射的水流与水平面所成的交角；

步骤四：运用三维造型软件，绘制步骤三中不同变量参数下的空间流道；

步骤五：运用数值模拟技术分析步骤四中不同变量参数下的空间流道的流场特性，运用正交试验方法分析其模拟结果，得到进口直径D和出口截面面积S_a为固定值的情形下，低压均匀喷洒喷头喷洒性能达到最优时的出口截面形状和对应的变量参数。

步骤六：改变进口直径D和出口截面面积S_a的固定值,重复上述步骤，得到当进口直径D和出口截面面积S_a取若干组不同固定值下，低压均匀喷洒喷头空间流道达到最优的对应不同的变量参数组合；