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喷灌系统由水泵设备、管道设备及喷洒设备构成,在工作压力固定的情况下,喷头结构为影响喷头水力性能的主要因素,喷头结构直接影响灌溉质量的好坏及喷灌系统工作性能的稳定,所以可以通过改进喷头结构的方式来改善喷头性能,目前有多种结构的异型喷嘴适合摇臂式喷头使用,但往往存在局部水头损失过大导致能耗大等问题,直接影响到喷头的流量和射程。本文提出了弯道式异形喷嘴设计方案并介绍了弯道式异形喷嘴的原理和特点,通过快速成型技术制作出弯道式异形喷嘴并进行实测试验,通过计算流体力学技术对弯道式异形喷嘴进行数值模拟,系统地研究了弯道式异形喷嘴摇臂式喷头水力性能及其关键技术。主要研究工作和创新点有:(1)提出了弯道式异形喷嘴设计方案,运用快速成型技术制作出喷嘴样机,并进行试验,研究了弯道式异形喷嘴的弯道参数对喷头水力性能的影响规律。结果表明:在250kPa低压条件下,弯道式异形喷嘴较于圆形喷嘴,流量增大、射程增加,流量系数略微减小。且弯道深度越大,弯道条数越多,流量与射程增加越大。用方差分析法确定了弯道式异形喷嘴主要结构参数对喷头喷灌组合均匀度的影响规律:影响喷头组合喷灌均匀性系数主次顺序为弯道深度、弯道条数、弯道曲率。弯道式异形喷嘴的最佳参数为:喷嘴增加3条深度为0.75mm,曲率为2 mm-1的弯道,该喷嘴在18～25m组合间距下的平均喷灌组合均匀性系数为86%,最优间距下喷灌组合均匀系数可超过90%。(2)运用熵权法对弯道式异形喷嘴进行多目标优化,选取250kPa工作压力下的喷头射程、喷灌强度、流量系数、平均组合均匀性系数等评价指标,得到弯道式异形喷嘴结构参数的最优组合为:弯道条数为3,弯道深度为0.75mm,弯道曲率为2 mm-1。(3)运用计算流体力学(CFD)方法及软件来评价喷头工作性能,首先利用三维建模软件Solidworks创建弯道式异形喷嘴喷头的三维内流道模型,然后利用fluent软件对弯道式异形喷嘴喷头的内流场进行仿真模拟,获得喷嘴出口截面处的流速及湍动能分布规律,结合喷头内流场模拟和喷头水力性能参数,建立起相关性模型。结果表明:喷头平均组合均匀度随着距圆心2.5mm外的表层水体平均湍动能增大而增大,呈正相关性。喷嘴的流量系数随着喷嘴出口截面出的平均湍流动能增大而减小的趋势,呈负相关性。(4)运用模糊数学综合评价法,建立起以流量系数、喷灌强度、喷头射程和平均组合均匀性系数为评价指标的弯道式异形喷嘴喷头评价模型。将优化前的喷头和优化后喷头进行综合评价,结果表明:优化后喷头的综合喷洒性能要优于优化前的喷头。