《氣液兩相射流噴頭水流空間破碎機理及模型研究》是依託江蘇大學，由劉俊萍擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：氣液兩相射流噴頭水流空間破碎機理及模型研究
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：劉俊萍
- 依託單位：江蘇大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
噴灌是發展節水農業的有效途徑，氣液兩相射流噴頭為國內原創的新型噴灌裝備，現有噴頭噴灑模型缺乏多因素影響下的水滴運動及分布描述而顯得科學依據不足，不能真實反映氣液兩相流情況下的水流運動規律。本項目以氣液兩相射流噴頭外流場水力特性為研究對象，擬對水流空間破碎機理及模型進行深入系統的研究。具體內容包括：研究噴頭出口含氣率、工作壓力、雷諾數及風速對水滴運動的影響；對噴灑水流外部流場進行數值模擬，揭示水滴運動特性參數的變化規律；對噴灑水流中的水滴形成、水滴運動及分布參數進行測量及定量表達，建立氣液兩相射流噴頭水滴運動及分布模型；提出氣液兩相射流噴頭水流空間破碎機理，構建相應的水量分布三維空間結構模型。預期研究結果對氣液兩相射流噴頭的結構最佳化及灌水效率等參數的預測具有重要學術價值和實際意義。
結題摘要
全射流噴頭是一種新型的灌溉設備，為氣液兩相流，具有結構簡單、水力性能優秀等特點。目前，對於全射流噴頭的外部噴灑水滴分布特性的研究尚不夠深入，系統研究其外部流場水力特性對全射流噴頭的結構改進、性能最佳化以及推廣套用均具有重要意義。本文採用理論分析、試驗研究及數值計算相結合的方法系統研究了全射流噴頭噴灑水舌破碎機理、噴灑水滴分布規律和噴灑水滴運動規律。 本文主要研究內容有以下幾個方面： (1)通過對全射流噴頭結構及射流附壁原理的全面分析，初步研究了全射流噴頭的射流形式、噴灑水舌破碎過程及噴灑水滴二次破碎理論。對全射流噴頭噴灑水舌的表面波進行了不穩定性分析，發現表面波的振幅隨距離的增大而增大。噴灑水舌由於表面波振動而破碎產生的水滴粒徑範圍較大，通過對噴灑水滴在空氣中運動時的受力分析得到了噴灑水滴的最大穩定直徑。 (2) 通過雷射雨滴譜儀測試了全射流噴頭的噴灑水滴信息，採用了“3準則”進行了異常數據的識別與剔除，提高了測試數據的可靠性；系統的分析了全射流噴頭噴灑水滴直徑、水滴頻率、水滴速度、水滴打擊動能的分布規律，並建立了相應的計算模型。結果表明，所建立的數學模型能準確反應全射流噴頭的噴灑水滴分布及運動規律，各種模型擬合的相關係數均在0.9以上。最佳組合間距和動能強度分布均勻性係數分別為1.2R、1.0R、1.1R、1.0R、1.1R和56.6%、71.1%、76.2%、77.2%、72.9%。為進一步實現全射流噴頭的精確噴灌提供了理論依據。 (3)分析了噴灑水滴在空氣中運動時的受力情況，進一步探討噴灑水滴空氣阻力係數對噴灑水滴運動軌跡的影響，建立了噴灑水滴的運動模型，並採用隨機模擬方法以及MATLAB軟體對噴灑水滴的運動軌跡進行了數值計算。模擬結果表明，平均水滴直徑的誤差隨著距噴頭距離的增大由53%減小到2%；水滴累積頻率與水滴速度的變化趨勢基本相同，誤差較小；水量分布與水滴動能的相對誤差均小於20%。因此，隨機模擬方法能較好的模擬全射流噴頭外部流場噴灑水滴分布特性，提供了一種較好的研究噴頭噴灑水滴分布特性的方法。
