旋转式喷头具有结构简单，工作可靠等优点，因此被广泛应用于喷灌工程中。但是，对于喷头的研究大多集中在外特性水力性能方面，对射流破碎机理研究较少，而射流空间破碎研究是提高喷头水力性能，尤其是实现低压均匀喷洒，以及优化喷头结构的关键。因此，对喷灌喷头射流空间破碎过程问题的深入研究，掌握射流破碎机理，具有重要的理论意义和实用价值。　　本文以摇臂式喷头为研究对象，分析不同工作压力及喷嘴结构尺寸对喷头水力性能的影响；从自由紊流射流理论出发，通过高速摄影技术分析喷头射流破碎形态特征，得出射流破碎长度；采用PIV测量技术对射流外流场进行流速试验研究，得出射流初始段长度；采用CFD软件对射流外流场进行三维数值模拟，得到射流破碎长度和射流初始段长度；建立了三维轴对称扰动下的圆柱液体射流色散方程，通过数值求解，结合射流破碎长度的理论计算公式，得出射流破碎长度理论值，并将理论结果与试验结果、模拟结果进行对比；最终，基于射流破碎长度与喷头射程之间的关系，拟合得到预测喷头射程的半理论半经验公式，为预测喷头的水力性能提供了依据。　　主要研究内容和研究成果有：　　（1）选取PY115型喷头为样机，设计喷嘴主要几何结构参数，通过对喷头进行水力性能试验，研究了工作压力、喷嘴主要几何结构尺寸（喷嘴出口直径、喷嘴锥角）对喷头水力性能的影响。通过研究，得到了不同工作压力、不同喷嘴尺寸下喷头射程、流量、喷灌强度及水滴直径的变化规律。　　（2）搭建了射流破碎特性研究试验系统，提出了基于高速摄影法和图像处理的圆柱射流形态、射流表面波初始振幅和射流破碎长度提取方法。采用高速摄影直射法对射流形态进行分析，得到不同工作压力、不同喷嘴尺寸时圆柱射流的形态特征，得到相应的射流破碎长度；采用高速摄影阴影法获得不同工作压力、不同喷嘴尺寸时圆柱射流表面波振幅，并通过Image J图像处理软件测量出表面波初始振幅大小。最终，得到工作压力、喷嘴尺寸对射流表面波初始振幅、射流破碎长度的影响规律。　　（3）搭建了射流外流场PIV测量试验台，对射流外流场进行速度场试验研究。试验基于射流流体速度梯度相关性原理，采用分段测量技术对射流速度场进行分析。通过试验分析，得到了不同工作压力、不同喷嘴尺寸时射流出口流速及射流轴线最大流速的变化规律，以及工作压力、喷嘴结构尺寸对射流各垂直断面处流速及流速分布宽度的影响规律，最终由射流轴线处流速um与射流出口平均流速u0的比值为1时所对应的射流长度确定出射流初始段长度。　　（4）采用CFD模拟方法对喷头射流外流场进行了数值模拟研究。采用三维非定常N?S方程作为控制方程，标准k??紊流模型封闭雷诺时均方程，并采用CLSVOF方法追踪射流气液两相交界面变形，同时采用PISO算法耦合速度场和压力场，对射流外流场进行三维数值模拟，得到不同工作压力、不同喷嘴尺寸时射流外流场的液相体积分布，分析得出射流的破碎长度值，并与高速摄影试验值作对比。同时，通过数值模拟射流外流场的速度场分布，得到不同工作压力、不同喷嘴尺寸时射流速度等值线图分布及流场分段断面流速分布，分析得出射流的初始段长度值，并与PIV试验值做出比较。　　（5）根据射流气液两相控制方程和相应的边界条件，采用正则模方法，在三维轴对称扰动条件下推导出圆柱射流的色散方程，并对其进行求解。分析不同射流速度、不同喷嘴半径和不同喷嘴锥角时射流最大扰动增长率和不稳定波数的变化规律，并通过数值计算所得的最大扰动增长率计算得到不同工作压力、不同喷嘴尺寸时射流破碎长度理论值。通过对比，分析了试验结果、模拟结果和理论结果的准确性及可靠性。　　（6）基于喷头喷射长度、射流破碎长度和喷头射程的关系，通过数据拟合得到喷头射程的半理论半经验公式。利用喷头射程的实测值验证拟合公式，对比分析国内外常用射程公式，最后选用同一系列的其他喷头对拟合公式进行验证。研究表明，本文公式计算值与实测值的相对误差较小，具有较高的精度。与其他公式相比，本文公式相对误差较小，比其他公式精度高。同时，本文公式对于同一系列喷头适用性较强，可广泛应用于旋转式喷头的射程计算。