旋转式喷头射程的试验研究及计算公式

旋转式喷头射程的试验研究及计算公式

干浙民杨生华

【摘要】在PY

2

型系列喷头射程试验的基础上用曲线拟合方法，得出了旋转式喷头射程公式。用该公式计算的射程具有较高的精度并可广泛适用于其他类型的喷头。依据该公式进行喷灌系统规划设计，可节约能源和设备投资，能满足作物对喷灌的技术要求，可显著提高经济效益。

叙词：喷头射程公式

前言

喷头是喷灌系统中的喷洒设备，其中用得最多的是旋转式喷头。喷头的射程是重要的性能指标之一，它决定了湿润面积的大小和喷灌强度，并在喷灌系统规划设计中确定最优的喷头间距和管道间距，从而在保证合理均匀度情况下尽可能降低设备成本和能源消耗。因此，求得精确的喷头射程公式将有助于实现最佳经济效益。

从20年代开始，国内外学者就不断提出旋转式喷头射程公式，不下二三十个。由于喷射的水流运动具有复杂性，从理论上推导是很困难的。因此，只能基于试验，得出经验公式。前人公式中的绝大多数虽然也是根据试验数据得出的，但由于条件的限制，试验数据本身就不够正确，因而得出的射程公式与实际情况出入较大或仅适用于某一范围。江苏理工大学建有世界上最大的圆形喷灌试验大厅，具有作全圆径向布置的标准量雨筒和先进的测试仪表，可得到比较可靠的试验数据，由这些试验数据拟合成的射程公式，更符合实际情况。

1 射程试验结果

影响喷头射程的因素有工作压力、喷嘴直径、喷射仰角、风力、粉碎机构、旋转速度等。由于无风时的射程是计算各种风力、风向情况下射程的基础，是我们所要求的，所以风力影响可忽略；粉碎机构是为了提高雾化而采取的特殊措施；至于喷头旋转速度，一般对于中射程喷头旋转一周为1～3 min，远射程喷头旋转一周为3～5 min。因此，喷头射

程R主要与工作压力h

p

、喷嘴直径d、喷射仰角α有关，它们的函数关系是

R=f(α，h

p

，d)

我们采用与前人常用的经验公式相同的形式作为数学模型，即：R

＝f（α）*hρ

p *d r。当喷头仰角α一定时，上式变为：R=ξ*h m

p

*d n。

对于一组给定的喷头，α、h

p

、d已确定，因此，ξ、m、n这3个未知数只要求解由试验数据给出的3个以上方程式即可得到。试验次数越多，给出的方程式就越多，误差也越小。因此，对每一喷头选取3个

工作压力。考虑到试验装置的最大容量，只对10PY

2、15PY

2

、20PY

2

喷头

的射程进行测定，试验结果见表1。

表1 喷头射程试验结果

表2 ξ、m、n值

2 喷头射程公式

用最小二乘法，数据由计算机处理，得到回归系数，于是得旋转式喷头射程公式

R=ξ*h m

p

*d n

式中R——喷头射程，m h\-p——工作压力，MPa

d——喷嘴直径，mm

ξ、m、n值见表2。

3 公式的精度及适用性

3.1 本文公式计算值与实测值的相对误差

本文公式是按曲线拟合而得的统一的计算公式，它的计算结果必然与实测值有一定的误差，表3列出了射程的实测值与计算值的相对误差。

表3 射程的实测值与计算值比较

从表3中可以看出，除个别几点外，相对误差均在2.5％以下，说明本文公式对试验数据的拟合程度较好。

3.2 本文公式与其他经验公式比较

已有近30个射程公式，这里仅选出我国常采用的4个公式进行比较(见表4)。

表4 本文公式与常用公式的射程计算值比较

表中4个公式是： 卡瓦扎公式

0.45

常文海公式R=1.70d0.487h

p Array

加维林公式

冯传达公式

从表4可以看出：

(1) 对喷射仰角30°的喷头，卡瓦扎公式和常文海公式相对误差较大，而冯传达公式与本文公式差不多。

(2) 对22.5°、15°、7°低仰角喷头，加维林公式和冯传达公式相对误差较大，而本文公式相对误差较小，比以上4个公式精度高。3.3 本文公式对其他类型喷头的适用性

以下喷头的基础上得出的，为得出该公式本文公式是在测试20PY

2

系列以及世界著名的雨鸟、佩洛对其他类型喷头的适用性，我们与PY

1

特喷头进行比较，结果见表5。

表5 本文公式与其他类型喷头射程比较

从表5可以看出，相对误差均在3.5％以下，说明本文提出的射程公式能与其他类型喷头射程很好吻合，进一步显示了该公式的普遍意义。

喷头通常是在有风情况下喷洒的，风对喷头射程的影响很大，为提高喷头的抗风能力，国内外已广泛采用较低仰角的喷头，而用于树下喷灌的喷头，其仰角更低。根据前人公式计算的射程来进行规划设计，会造成组合喷灌强度过大或产生漏喷现象并会使设备投资和能源消耗增加。本文的射程公式，提供了30°、22.5°、15°、7°等4种喷射仰角，从而避免了上述问题的产生，使规划设计的喷灌系统经济效益显著提高。对于30°以下的其他喷射仰角，可以用插入法计算。

收稿日期： 1997-05-12

干浙民江苏理工大学副研究员， 212013 镇江市

杨生华江苏理工大学硕士

参考文献

1 GB5670.1～5670.3—85旋转式喷头试验方法, 1985.

2 喷灌工程设计手册编写组. 喷灌工程设计手册. 北京: 水利电力出版社, 1989.

3 李世英. 喷灌喷头理论与设计. 北京: 兵器工业出版社, 1995.

THE FORMULA AND EXPERIMENTAL RESEARCH ON THE

RANGE

OF THE WHIRL SPRINKLER

Gan Zhemin Yang Shenghua

(Jiangsu University of Science and Technology)

Abstract

The formula was concluded from the results of extensive experimental investigations upon the ranges of the series PY1 sprinklers. The high accuracy of the ranges determined by this formula and the possibility of this