本文系国家863计划项目“精确灌溉技术与产品”(编号:2011AA100506)、国家自然科学基金项目“全射流喷头水流空间破碎机理及模型研究”(编号51309117)和“全射流喷头内湍流特性及射流附壁机理研究”(编号:51109098)等项目的部分研究内容。全射流喷头是一种新型的灌溉设备,具有结构简单、水力性能优秀等特点。目前,对于全射流喷头的外部喷洒水滴分布特性的研究尚不够深入,系统研究其外部流场水力特性对全射流喷头的结构改进、性能优化以及推广应用均具有重要意义。本文采用理论分析、试验研究及数值计算相结合的方法系统研究了全射流喷头喷洒水舌破碎机理、喷洒水滴分布规律和喷洒水滴运动规律。本文主要研究内容有以下几个方面:(1)通过对全射流喷头结构及射流附壁原理的全面分析,初步研究了全射流喷头的射流形式、喷洒水舌破碎过程及喷洒水滴二次破碎理论。对全射流喷头喷洒水舌的表面波进行了不稳定性分析,发现表面波的振幅随距离的增大而增大。喷洒水舌由于表面波振动而破碎产生的水滴粒径范围较大,通过对喷洒水滴在空气中运动时的受力分析得到了喷洒水滴的最大稳定直径。(2)采用单因素的试验方法分析了喷头工作压力、安装高度、喷嘴直径、喷头仰角对全射流喷头射程的影响,得到了多因素下的全射流喷头射程经验公式,并通过理论分析与试验相结合得到了多因素下多类型喷头的射程经验公式。结果表明,所得到的全射流喷头计算射程与试验值的误差小于5%,其他类型喷头小于10%,完全可以满足实际工程需要。(3)通过激光雨滴谱仪测试了全射流喷头的喷洒水滴信息,采用了“3?准则”进行了异常数据的识别与剔除,提高了测试数据的可靠性;系统的分析了全射流喷头喷洒水滴直径、水滴频率、水滴速度、水滴打击动能的分布规律,并建立了相应的计算模型。结果表明,所建立的数学模型能准确反应全射流喷头的喷洒水滴分布及运动规律,各种模型拟合的相关系数均在0.9以上。最佳组合间距和动能强度分布均匀性系数分别为1.2R、1.0R、1.1R、1.0R、1.1R和56.6%、71.1%、76.2%、77.2%、72.9%。为进一步实现全射流喷头的精确喷灌提供了理论依据。(4)分析了喷洒水滴在空气中运动时的受力情况,进一步探讨喷洒水滴空气阻力系数对喷洒水滴运动轨迹的影响,建立了喷洒水滴的运动模型,并采用随机模拟方法以及MATLAB软件对喷洒水滴的运动轨迹进行了数值计算。模拟结果表明,平均水滴直径的误差随着距喷头距离的增大由53%减小到2%;水滴累积频率与水滴速度的变化趋势基本相同,误差较小;水量分布与水滴动能的相对误差均小于20%。因此,随机模拟方法能较好的模拟全射流喷头外部流场喷洒水滴分布特性,提供了一种较好的研究喷头喷洒水滴分布特性的方法。