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Calculation and verification of formula for the range of sprinklers based on jet breakup length

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International Journal of Agricultural and Biological Engineering 2018年第4期11卷 49-57页

作者： Yue Jiang Hong Li Chao Chen qingjiang xiang Research Center of Fluid Machinery Engineering and Technology Jiangsu UniversityZhenjiang 212013China

Jet breakup length is an important parameter which reflects the length of sprinkler *** on the linear instability theory,the dispersion equation of cylindrical jet was established and the theoretical value of jet breakup length was *** jet breakup length and initial amplitude of surface wave were measured by applying the high-speed photography ***,the numerical simulation was conducted by combining Level Set-VOF method for describing the jet breakup length to verify the theoretical and experimental *** the jet velocity and working pressure range of discussion,the results of comparison showed that the theoretical analysis gave a reasonable explanation to the influence of jet velocity,nozzle diameter and nozzle cone angle on jet breakup *** the theoretical value of jet breakup length with the experimental and simulated values,the three results accorded one *** experimental jet breakup lengths were the lowest and the simulation values were the largest,and the relative error was less than 10%,especially the theoretical value was closer to the average *** choosing the theoretical calculation of jet breakup length,a semi-empirical and semi-theoretical formula of range for the rotating sprinkler was concluded by the curve fitting method and the fitting formula was *** results showed the high accuracy of the ranges determined by this formula and the average relative error was less than 2.5%.The new formula was in good agreement with the data of different types of sprinklers comparing with other empirical formulas,and the error was only 5%.Meanwhile,the possibility of using this formula widely to determine the ranges of same series of sprinkler was confirmed.

关键词： sprinkler irrigation formula cylindrical jet jet breakup length dispersion equation high speed photography Level Set-VOF method

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全射流喷灌喷头射流元件的流场分析

农业工程学报 2010年第1期26卷 135-139,I0006页

作者：向清江袁寿其李红江苏大学流体机械工程技术研究中心镇江212013

全射流喷灌喷头射流元件对喷头工作性能有重要影响,其内部液气两相流动影响着射流元件的尺寸设计。采用流体体积函数两相流数学模型,对射流元件稳定附壁情况下二维及三维流场进行数值模拟,获得射流元件壁面压力分布规律、射流中线速度... 详细信息

全射流喷灌喷头射流元件对喷头工作性能有重要影响,其内部液气两相流动影响着射流元件的尺寸设计。采用流体体积函数两相流数学模型,对射流元件稳定附壁情况下二维及三维流场进行数值模拟,获得射流元件壁面压力分布规律、射流中线速度衰减规律、无因次附壁点距离和液气两相界面坐标位置。壁面静压试验数据与计算值对比具有一致性。在相同入口速度下,随着偏移率的增大,射流元件壁面压力极大值减小,附壁点下移。归纳出小偏移率情况下无因次附壁点距离与偏移率的经验关系式。该研究为射流元件的尺寸设计提供依据。

关键词：喷头流场数值模拟射流元件 VOF模型附壁射流

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低压射流不同喷嘴参数及压力下破碎过程实验

农业机械学报 2015年第3期46卷 78-82,72页

作者：蒋跃李红向清江陈超江苏大学流体机械工程技术研究中心镇江212013

研究了不同低压下喷头喷嘴直径和喷嘴锥角对射流破碎的影响。采用高速摄像仪对低压圆柱射流的射流核心长度和射流破碎长度进行实验,测量了不同喷嘴结构的流量、射程和末端水滴直径。结果表明:同一压力下,当喷嘴锥角不变时,随着喷嘴直径... 详细信息

研究了不同低压下喷头喷嘴直径和喷嘴锥角对射流破碎的影响。采用高速摄像仪对低压圆柱射流的射流核心长度和射流破碎长度进行实验,测量了不同喷嘴结构的流量、射程和末端水滴直径。结果表明:同一压力下,当喷嘴锥角不变时,随着喷嘴直径的增大,喷头流量、射程和喷头末端水滴直径都变大,射流核心长度和破碎长度均增大;当喷嘴直径不变时,随着喷嘴锥角的增大,喷头流量逐渐减小,而喷头射程呈先增大后减小趋势,喷头末端水滴直径也变大,射流核心长度逐渐减小,射流破碎长度先减小后增大。综合考虑射程和雾化效果,直径为5 mm、锥角为45°的喷嘴为最优选择。同时通过对不同Re数和We数的实验和分析,给出了适合低压喷嘴的两种射流特征长度的拟合关联式。

关键词：喷嘴圆柱射流破碎过程核心长度破碎长度

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变射程喷头在坡地喷灌中的应用

农业工程学报 2011年第8期27卷 115-119页

作者：向清江陈超魏洋洋江苏省流体机械工程技术研究中心镇江212013

传统单喷头在坡地上进行喷灌时,水量分布会发生改变。为提高坡地上喷洒均匀性,采用一种压力/流量调节装置与20型全射流喷头结合,使上坡射程增大,下坡射程减小,从而改善坡地上单喷头的水量分布。根据喷头的旋转均匀性满足行业标准要求,... 详细信息

传统单喷头在坡地上进行喷灌时,水量分布会发生改变。为提高坡地上喷洒均匀性,采用一种压力/流量调节装置与20型全射流喷头结合,使上坡射程增大,下坡射程减小,从而改善坡地上单喷头的水量分布。根据喷头的旋转均匀性满足行业标准要求,平地喷洒形成的射程差符合上、下坡射程差的要求,以及调节装置形成的压力损失不能太大三个约束条件,对调节装置的关键尺寸,调节片基本开孔半径进行了优化,结果表明半径选择3mm合适。坡地上径向水量分布以及射程的试验数据表明,这种变射程喷头适合大约10°坡度的调节,具有改善水量分布的作用,在坡地组合喷灌中具有优势。

关键词：农业工程喷灌应用坡地射程全射流喷头

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掺气水射流应用于低压摇臂喷头的试验

农业工程学报 2016年第16期32卷 54-58页

作者：向清江许正典陈超李红江苏大学流体机械工程技术研究中心镇江212013

为解决固定式旋转喷头低压喷灌时,水射流向末端集中形成水量分布不均匀的问题,提出水气两相射流进行喷灌的方法。在摇臂喷头结构的基础上,增加掺气结构,形成掺气射流喷头,以相同工作水压力、射流仰角、喷嘴出口流量相同为约束,以及不考... 详细信息

为解决固定式旋转喷头低压喷灌时,水射流向末端集中形成水量分布不均匀的问题,提出水气两相射流进行喷灌的方法。在摇臂喷头结构的基础上,增加掺气结构,形成掺气射流喷头,以相同工作水压力、射流仰角、喷嘴出口流量相同为约束,以及不考虑副喷嘴对喷洒的影响,对比了掺气与不掺气2种情况下PY20喷头的射程、径向水量分布、1倍射程间距的正方形组合喷灌均匀系数,雨滴粒径等参数。试验结果表明:原不掺气摇臂喷头出口直径7 mm,安装内径2 mm的掺气管后出口直径改为8.3 mm,此时两者具有相同的出口流量,2种喷头在相同工作压力下具有近似相等的射程;在掺气喷头工作水压低至100 k Pa情况下,喷头仍具有76 mm水银柱高差的掺气负压能力;掺气摇臂喷头改善了径向水量分布线射程中段的水量,使水量分布线发生了中段略微增高、末端略下降的变化,从而使1倍间距的正方形组合喷灌均匀系数在低于国家标准工作压力的200 k Pa情况下,从62.8%提高到68.8%;采用激光雨滴谱仪测量射程中部和末端2个地方的水滴粒径表明:掺气状态下射程中部的水量累积百分比中位直径d50远大于不掺气状态,射流末端对比d50则小于不掺气状态,说明掺气改变了喷头的雨滴粒径分布。该文试验结果证明掺气摇臂喷头在农业喷灌中应用具有可行性。

关键词：喷头喷洒粒径掺气水射流摇臂喷头水量分布雨滴粒径低压喷灌

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基于附壁射流理论的全射流喷头射流元件设计

江苏大学学报（自然科学版） 2009年第3期30卷 274-278页

作者：李红袁寿其向清江陈超江苏大学流体机械工程技术研究中心江苏镇江212013

采用附壁点模型及控制面模型分析射流附壁模型,推导出附壁半径,以及对应各种位差时的附壁距离的计算方法.编程对10PXH,30PXH隙控式全射流喷头射流元件的附壁半径、附壁距离进行了初步计算,计算结果与实际采用的结构尺寸基本吻合,可以用... 详细信息

采用附壁点模型及控制面模型分析射流附壁模型,推导出附壁半径,以及对应各种位差时的附壁距离的计算方法.编程对10PXH,30PXH隙控式全射流喷头射流元件的附壁半径、附壁距离进行了初步计算,计算结果与实际采用的结构尺寸基本吻合,可以用来指导射流元件的结构设计.并利用木村模型对射流核心区域的流动进行了分析,核心区域的计算结果表明射流元件内附壁现象基本上发生在初始段内.

关键词：全射流喷头附壁射流理论结构设计射流元件木村模型

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异形喷嘴变量喷头结构设计及其水量分布试验

农业工程学报 2010年第9期26卷 149-153页

作者：袁寿其魏洋洋李红向清江江苏大学流体机械工程技术研究中心镇江212013

为提高灌溉质量,降低喷灌系统工程投资,在摇臂式喷头基础上安装动静片和改装异形喷嘴装置,研制了一种新型的异形喷嘴变量喷洒喷头,介绍了其结构形式及工作原理。对安装异形喷嘴的变量喷头和圆形喷嘴变量喷头进行了对比试验研究及分析,... 详细信息

为提高灌溉质量,降低喷灌系统工程投资,在摇臂式喷头基础上安装动静片和改装异形喷嘴装置,研制了一种新型的异形喷嘴变量喷洒喷头,介绍了其结构形式及工作原理。对安装异形喷嘴的变量喷头和圆形喷嘴变量喷头进行了对比试验研究及分析,并绘制了单喷头三维水量分布图和径向水量分布曲线。研究表明,异形喷嘴变量喷头运行可靠、基本能够实现三角形喷洒域,减小了现有的变域喷洒喷头喷洒均匀性容易受工作压力波动的影响,与圆形喷嘴的摇臂变量喷头相比其喷洒性能良好,减小了雨滴打击强度,改善了喷灌均匀性。经计算其平均喷灌强度ρ为6.74mm/h。用异形喷头装置可以改善变量喷头喷洒均匀度。

关键词：喷嘴喷洒结构设计水力学异形喷嘴变量喷洒水力性能水量分布均匀度

椭圆截面形状大回转消防水炮炮管内流数值模拟

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排灌机械工程学报 2022年第4期40卷 391-397页

作者：徐捷袁寿其薛林向清江江苏大学国家水泵及系统工程技术研究中心江苏镇江212013 应急管理部上海消防研究所上海200032

以大回转型大流量消防水炮炮管为研究对象,对3种流量工况下圆截面和不同离心率椭圆截面消防水炮炮管内三维定常流动进行数值计算,分析不同截面炮管内流体水力损失和出口流态,得到截面变化对消防水炮炮管内部流动的影响规律,结果表明:在... 详细信息

以大回转型大流量消防水炮炮管为研究对象,对3种流量工况下圆截面和不同离心率椭圆截面消防水炮炮管内三维定常流动进行数值计算,分析不同截面炮管内流体水力损失和出口流态,得到截面变化对消防水炮炮管内部流动的影响规律,结果表明:在3种流量工况下,圆截面炮管与非圆截面炮管水力损失Δp差异较小,变化范围在2.7%以内;出口湍动能随着炮管截面的椭圆离心率增大而增大,从云图分布中可看出峰值且逐渐偏离管道的中心轴线;出口涡通量J随着椭圆离心率的增大而减小,可达到小于圆截面J值的情况,说明压扁管道可减小出口截面上旋涡强度;竖向椭圆截面炮管平均出口速度偏差Δu小于圆截面炮管出口值,且随椭圆离心率的增大而减小,表明竖向压扁管道带来更好的速度均匀分布.相同离心率的竖向椭圆截面炮管比横向的椭圆截面炮管的平均出口速度偏差值低21%,竖向压扁的方式优于横向压扁方式.大回转水炮炮管数值模拟对比后的结果表明,改变流道截面将改善出口流态.

关键词：消防水炮炮管弯管截面形状数值模拟水力性能

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消防水炮主体弯管的绕转结构出口流态分析

排灌机械工程学报 2020年第4期38卷 378-383页

作者：薛林袁寿其向清江徐婕江苏大学国家水泵及系统工程技术研究中心江苏镇江212013 应急管理部上海消防研究所上海200032

采用标准k-ε湍流模型对180 mm管内径消防水炮的3种绕转结构(传统回转、半回转、大回转)内部流动进行了数值模拟,对比和分析了水力损失和出口流态,其中出口流态参数包括平均湍动能、速度分布曲线和迪恩涡.结果表明:随着弯管曲率R/d的增... 详细信息

采用标准k-ε湍流模型对180 mm管内径消防水炮的3种绕转结构(传统回转、半回转、大回转)内部流动进行了数值模拟,对比和分析了水力损失和出口流态,其中出口流态参数包括平均湍动能、速度分布曲线和迪恩涡.结果表明:随着弯管曲率R/d的增大,3种形式的水炮主体的水力损失均减小,相同的R/d=1.4情况下传统回转结构具有最小的水力损失,半回转结构水力损失最大;绕转结构的出口速度分布曲线显示,管轴线附近速度低而速度峰值出现在管壁附近,表明出口处流体带有旋转的特点;在R/d=1.4情况下,大回转结构形式的出口具有最小的平均湍动能值,出口流线具有1个顺时针方向的基本涡,与传统回转结构出口涡形态一致,涡量积分后得到的旋涡强度小于传统回转结构.大回转的绕转结构形式有利于后续水炮炮管和喷嘴内部流动.

关键词：消防水炮弯管二次流速度分布曲线水力损失