随着世界农业技术的持续发展,我国当前社会下对于农业工程技术的应用也越来越广泛。目前,在农业工程领域中,超声雾化喷头主要是流体式喷头与压电换能器式喷头。流体动力式喷头在结构上相比于压电换能器式喷头要更加简单,使用条件更加广泛,雾滴更小,并且雾化量要远远大于压电换能器式喷头。流体动力式喷头中一个非常重要的类别就是超音速雾化喷头。因此,本文在前人研究超音速雾化的基础上设计了一种超音速雾化喷头。首先以经验公式作为依据,设计拉瓦尔管的结构;然后选取重要参数,利用CAE软件对其进行虚拟正交试验仿真,结果表明:最大的影响因素为拉瓦尔管收缩角的大小,其次为扩张角的大小。然后探究喉部直径对拉瓦尔管的影响,通过仿真得出结论:过小的喉部直径不利于拉瓦尔管的超音速雾化。接着对其他结构进行仿真。首先是不同直径的进水管对雾化的影响,通过调整不同进气压力、不同进水速度,观察拉瓦尔管中气液分布的情况、速度云图与压力云图,并得出结论:不同的进水管直径会影响拉瓦尔管内的速度、压力和气液分布。然后是考虑进水水膜厚度对雾化的影响。通过对不同厚度的水膜进行仿真,得出气液分布图和气压、速度云图,然后将上述影响因素综合起来统一进行虚拟正交试验设计,得出对雾化影响最大的因素为喉部直径。设计两种不同的喷头出口方式,并对其进行仿真分析,得出结论:出口设置在腔体尾部更符合我们预期设计。通过进一步的仿真分析后发现:出口设置在尾部且出口直径在4.5mm时,气流速度最大。在经过仿真之后,将两种喷头制造加工并进行试验。试验的内容为不同压力下雾化粒径的大小。通过水敏纸采集雾滴并结合软件,结果显示:随着压力增大,两种喷头的雾滴粒径均一性都在变好,两种喷头喷出的粒径最小为25.18微米,但是出口设置在尾部的喷头雾化均一性更好。为了能够更好地将喷头应用于农业工程领域,进行了管道喷雾试验。通过对比加湿器雾化单元、压力式喷头和流体式超音速雾化喷头,最终得到结论:超音速雾化喷头表现更好。最后,对出口设置在尾部的喷头进行了管道喷雾的正交试验,来研究在喷头不变的情况下,哪个因素会对管道喷雾影响最大。试验得出结论:影响管道喷雾出雾量最大的因素为管道直径和管道长度,喷雾口的直径也会对喷雾量产生影响,影响最小的为孔间距距离。经过室内试验后,为了使我们设计的喷头在生产时达到更低的成本,更高的性价比,对该喷头进行了材料优化、可靠性分析和结构拓扑优化。通过材料优化,最终在四种不同的注塑材料中,选取了聚乙烯作为注塑材料。在可靠性分析和结构拓扑优化中,对喷头的拉瓦尔管阀芯模块和出口模块进行优化,减去了不必要的材料,减小喷头体积,降低了生产成本。