考虑射流破碎和液滴形状的喷灌水运动轨迹改进模型构建及验证.pdfVIP

第 39 卷 第 5 期 农 业 工 程 学 报 Vol.39 No.5 2023 年 3 月 Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering Mar. 2023 43 ·农业水土工程· 考虑射流破碎和液滴形状的喷灌水运动轨迹改进模型构建及验证 1,2 3 1,2※ 2,4,5,6 1,2 7 张 锐 ，刘一川 ，朱德兰 ，吴普特 ，郑长娟 ，张晓敏 （1. 西北农林科技大学水利与建筑工程学院，杨凌 712100 ；2. 西北农林科技大学旱区农业水土工程教育部重点实验室， 杨凌 712100 ；3. 中水东北勘测设计研究有限责任公司，长春 130012 ；4. 西北农林科技大学水土保持研究所，杨凌 712100 ；5. 国家节水灌溉杨凌工程技术研究中心，杨凌 712100 ；6. 中国科学院水利部水土保持研究所，杨凌 712100 ； 7. 新疆维吾尔自治区水文局，乌鲁木齐 830099 ） 摘 要：喷洒液滴分布特征是模拟喷头水量和能量分布的基础。为解决现有弹道轨迹模型过度简化运动液滴的破碎过程及形 状变化导致模型精度不足的问题，该研究改进了弹道轨迹模型的液滴破碎过程、运动液滴形状参数和运动液滴阻力系数，提出 了基于能量加权的等效液滴指标，建立了考虑射流破碎和液滴形状的喷洒水运动轨迹改进模型；采用HY50 型蜗轮蜗杆式喷枪 验证了模型精度，对比了不同模型的差异。结果表明：喷嘴直径 20 mm 和工作压力 0.35 MPa 时，改进模型的平均绝对误差 MAE 分别比Fukui 模型和 Li 模型的降低了 43.3%和 75.1% （落地速度）、51.8%和27.1% （落地位置）和61.4%和 76.1% （落地 角度）；以4 个验证工况中落地速度为例，改进模型、Fukui 模型和Li 模型的均方根误差RMSE 平均值分别为0.53、0.93 和2.21 m/s； 归一化均方根误差NRMSE 平均值分别为 0.10、0.17 和 0.40。研究可为应用弹道轨迹模拟喷洒液滴分布特征提供新思路。 关键词：灌溉；模型；喷头；弹道轨迹方程；射流；液滴；能量加权；粒径；速度；角度 doi ：10.11975/j.issn.1002-6819.202211173 中图分类号：S275.5 文献标志码：A 文章编号：1002-6819(2023)-05-0043-10 张锐，刘一川，朱德兰，等. 考虑射流破碎和液滴形状的喷灌水运动轨迹改进模型构建及验证[J]. 农业工程学报，2023， 39(5)：43-52. doi ：10.11975/j.issn.1002-6819.202211173 ZHANG Rui, LIU Yichuan, ZHU Delan, et al. Construction and validation of the improved Ballistic model for sprinkler water trajectory considering jet fragmentation and droplet shape[J]. T