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
【技术领域】
[0001] 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】
[0002] 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】
[0003] 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。
[0004] -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：
[0005] (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；
[0006] (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lm 处放置激光雨滴谱仪，记录下距喷头lm，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；
[0007] (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):
[0_
⑴
[0009] 式中：D为水滴直径;Pv为水滴累积频率;D5Q为中数水滴直径，η为无量纲参数，λ为 经验参数；
[0010] (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lm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；
[0011] (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D 5Q的水滴累积频率和直径大于等于D5Q的水滴累积频率分段拟合，得到水滴累 积频率公式(2):
[0012] V
(2)
[0013] 式中：Θ为水滴累积频率，D为水滴直径，D5Q为中数水滴直径，Pv为比D小的水滴占所 有水滴的百分比，Pm为经验参数。
[0014] -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，
[0015] 对于喷嘴直径为3.6_~4.2_的喷嘴，水滴累积频率为：
[0016]
[0017]式（1)中：
[0018] D为水滴直径；
[0019] pv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；
[0020] D5Q为中数水滴直径，
[0021] η为无量纲参数，
[0022] λ为经验参数；
[0023] 对于喷嘴直径为4.2_~4.8_的喷嘴，水滴累积频率为：
[0024] )
[0025] 式（2)中：
[0026] Θ为水滴累积频率，
[0027] D为水滴直径；
[0028] Ρν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；
[0029] D5Q为中数水滴直径，
[0030] Pm为经验参数。
[0031] 进一步地，Pm取值范围为0.1~0.8。
[0032] 进一步地，所述喷头的工作压力范围为150kPa~300kPa。
[0033]本发明的优点在于:针对变转速喷头，给出了对于针对不同喷嘴直径的水滴累积 频率计算方法。对于喷嘴直径较大时公式误差较大的情况，引入分段函数表示，通过增加新 的经验参数Pm，改进了水滴累积频率公式。新的公式能更好地能反映变转速喷头喷洒水滴 分布情况，在喷嘴直径较大时，误差减小。
【附图说明】
[0034]图1是本发明所述变转速喷头外流场水滴累积频率计算方法的改进流程图。
【具体实施方式】
[0035]下面结合附图以及具体实施例对本发明作进一步的说明，但本发明的保护范围并 不限于此。
[0036]为让本发明的目的、特征和优点能更明显易懂，以无风条件下变转速喷头外流场 水滴累积频率公式的改进方法为例，做详细说明如下。
[0037] (1)选取Nelson公司的R33喷头，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。模拟无风的工作环境。
[0038] (2)在R33喷头上安装直径为3 · 6mm的喷嘴，工作压力分别选取为200kPa，250kPa， 300kPa，做三次喷头外流场水滴分布试验。进行试验时，在距喷头径向方向每lm处放置激光 雨滴谱仪，记录下距喷头lm，2m，···，Nm处的某一直径的水滴数目，然后叠加同一直径水滴的 数目，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。试验数据如下表1所示。
[0039] (3)以上述表1中水滴直径大小为自变量，水滴累积频率为因变量，拟合得到水滴 累积频率公式如下：
[0040]
[0041 ] 式中：D为水滴直径;Pv为水滴累积频率