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

本发明专利技术提供了一种变转速喷头外流场水滴累积频率公式的计算方法及其改进方法，具体为：在选定的变转速喷头上安装直径较小的喷嘴，在三种工作压力情况下，利用激光雨滴谱仪做三次喷头外流场水滴分布试验，记录并整理出水滴累积频率数据，拟合水滴累积频率与水滴直径大小关系公式。之后再安装直径较大的喷嘴，在某一工作压力下利用激光雨滴谱仪做喷头外流场水滴分布试验，记录并整理出水滴累积频率数据，分段拟合水滴累积频率公式。本发明专利技术为喷头外流场水滴累积频率公式的建立提供理论依据。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术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。
技术介绍
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。
技术实现思路
针对现有技术中存在不足，本专利技术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。本专利技术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)：Pv=1-eλ(D/D50)n---(1)]]>式中：D为水滴直径；Pv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)：θ={Max(Pv;Pm×PvD50),D≤D50Pv,D≥D50---(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，Pm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：Pv=1-eλ(D/D50)n---(1)]]>式(1)中：D为水滴直径；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；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：θ={Max(Pv;Pm×PvD50),D≤D50Pv,D≥D50---(2)]]>式(2)中：θ为水滴累积频率，D为水滴直径；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；D50为中数水滴直径，Pm为经验参数。进一步地，Pm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。本专利技术的优点在于：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。附图说明图1是本专利技术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。具体实施方式下面结合附图以及具体实施例对本专利技术作进一步的说明，但本专利技术的保护范围并不限于此。为让本专利技术的目的、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。(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。(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。(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：Pv=1-eλ(D/D50)n---(1)]]>式中：D为水滴直径；Pv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。200kPa下水滴累积频率数据处理结果：λ＝-0.5264250kPa下水滴累积频率数据处理结果：λ＝-0.5658300kPa下水滴累积频率数据处理结果：λ＝-0.5647故λ平均值为-0.5523变转速喷头外流场水滴累积频率与水滴直径大小关系曲线公式为：Pv=1-e-0.5523(D/D50)n]]>表1喷嘴直径为3.6mm的NelsonR33喷头在不同压力下外流场水滴累积频率数据(4)在NelsonR33喷头上安装一种直径为4.6mm的喷嘴，设定工作压力为250kPa，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水滴直径数本文档来自技高网...

【技术保护点】
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)：Pv=1-eλ(D/D50)n---(1)]]>式中：D为水滴直径；Pv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)：θ=Max(Pv;Pm×PvD50),D≤D50Pv,D≥D50---(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，Pm为经验参数。...

【技术特征摘要】
1.一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)：
Pv=1-eλ(D/D50)n---(1)]]>式中：D为水滴直径；Pv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...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘俊萍，鲍亚，
申请(专利权)人：江苏大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32