本文系“十三五”国家重点研发计划“适宜西北典型农区的绿色高效节水灌溉装备研制与开发”(编号:2016YFC0400202)的部分研究内容。随着世界能源危机的不断加剧,雾化技术需要更高的标准来实现节能、节水的目标。针对于目前雾化喷头发展中存在的雾化压力高、雾化范围小等问题,提出一种低压雾化喷头结构设计。针对此喷头,选择Hyd型喷嘴作为低压雾化喷头样机的喷嘴,设计出一种外部结构,利用离心力提高低压条件(0-0.15 MPa)下液体经过喷头喷洒后的雾化效果。通过理论分析与试验研究,研究Hyd型喷嘴与低压雾化喷头的雾化性能,为后期低压雾化喷头的应用提供理论参考。本文研究内容具体包括以下几个方面:(1)提出一种低压雾化喷头的结构设计,选择Hyd型喷嘴作为试验样机,利用外部小型电机带动的锥角喷盘为液体提供离心力,提高了液体雾化效果。对孔径0.3 mm、0.5 mm、0.8 mm与1.0 mm的Hyd型喷嘴进行0.05 MPa、0.08 MPa、0.11 MPa与0.14 MPa四种不同压力条件进行了雾化性能试验。结果表明:随着压力的增加,喷嘴流量增加,孔径0.8 mm与1.0 mm的喷嘴在同一压力下较孔径0.3 mm与0.5 mm的喷嘴流量显著较大;不同孔径的喷嘴在压力变化时,都表现出中心区域雾场强度大的现象,随着距喷嘴中心处距离增大,雾场强度随之减小的趋势。(2)通过PIV(Particle Image Velocity)试验系统对样机Hyd型喷嘴进行图像采集,利用图像处理软件对Hyd型喷嘴的雾化角、雾化速度场及液体破碎进行了图像分析。结果表明:孔径0.3 mm喷嘴在压力为0.14 MPa时,在喷嘴轴向方向形成线状射流的趋势,在压力为0.11MPa时喷嘴轴向方向形成线状射流,并分散成大量细小液滴;孔径0.5 mm喷嘴在压力为0.14 MPa时,射流分散并没有形成线状射流,随着压力的减小,在压力为0.11 MPa时有形成线状射流的趋势;孔径0.8 mm喷嘴在0.11 MPa压力以上、孔径1.0 mm喷嘴在压力为0.08 MPa以上形成截面成环状的锥形液膜射流。随着压力减小,轴向速度、径向速度与合速度在出口附近达到最大值,压力较大时,速度变化梯度比较明显;轴向速度在雾化区域中心部分较左右两侧速度大,合速度主要受到轴向速度大小影响,径向速度在整个雾化速度场基本呈现对称分布。(3)通过正交试验法对低压雾化喷头结构参数进行了试验方案设计,在单喷头径向水量分布的基础上,利用均匀性计算模型对低压雾化喷头均匀性进行分析。结果表明:径向水量分布形状基本相似,在接近雾化射程末端时,都出现最高雾化水量点,且最高水量点左右两侧雾化水量减小,基本形态呈现正态分布;低压雾化喷头的最远雾化射程达到了1.95 m;低压雾化喷头随着组合间距增大时,均匀性系数有减小的趋势;喷头在正方形的组合方式时均匀性系数大于三角形组合方式;影响雾化射程的主次顺序为孔径、锥盘夹角、压力、间距;对正方形组合均匀性系数的影响主次顺序为孔径、间距、压力、锥盘夹角;对三角形组合均匀性系数的影响主次顺序为锥盘夹角、孔径、间距、压力。