随着节水灌溉事业的发展,我国农田喷微灌面积占比将会大幅提高,喷灌技术将会得到大规模应用和快速发展。喷头作为喷灌系统的关键部件,决定着喷灌系统的造价及灌溉质量。负压反馈射流喷头是基于射流附壁切换原理设计的一种具有脉冲特性的新型双喷嘴旋转射流喷头,具有结构简单、造价低、射程远、稳定性好等特点。本文在前人研究基础上对喷头的流道结构进行了系统性优化,并对喷头水量分布有较大影响的驱动板结构进行优化设计,进一步改善喷头的水量分布,提高喷头的水力性能,为射流喷头的研发及工程应用提供理论支撑。论文的主要内容和结论包括:(1)根据现有的研究,确定位差比、侧壁倾角、劈距比、深宽比、弯头曲率半径比、主副喷管相对长度、仰角等7个流道参数的设计区间。通过对162组负压反馈射流喷头流道模型的数值模拟,确定了主喷嘴半径与副喷嘴半径的设计区间,依次为4.0~4.5、3.5~4.5mm。在以上流道结构参数的设计区间内设计正交试验,将进口流量和射程作为评价指标对各结构流道的水力性能进行分析,确定进口流量小、射程远的流道结构为最优模型,其具体参数为位差比0.475、侧壁倾角12.0°、劈距比9.0、深宽比2.5、弯头曲率半径比3.0、主副喷管相对长度组合8×6、主副喷嘴直径组合4.5 mm×3.5 mm、仰角30°,并对优化后流道模型的脉冲特性作进一步研究。(2)将优化后的负压反馈射流喷头模型加工成样机,并搭建负压反馈射流喷头试验台,在0.15~0.30 MPa的进口压力范围内,采用控制变量法,依次改变驱动板倾角、齿槽曲率半径、齿槽深度三个关键结构参数,开展6种倾角、5种齿槽曲率半径、5种齿槽深度16组驱动板结构的水力性能试验。试验结果表明:在0.15~0.3 MPa的进口压力下,喷头射程、进口流量、喷灌强度与驱动板的结构形式无关,依次为13.0~15.0 m、1.265~1.767m~3/h、2.384~2.510 mm/h。随着驱动板倾角的增大,副喷嘴喷洒水量向近处集中,当驱动板倾角为16°时,喷头的水力性能最优;随着驱动板齿槽曲率半径的减小,喷头的水量向近处集中,当驱动板齿槽曲率半径为40 mm,喷头水力性能最优;随着驱动板齿槽深度的增大,喷头的水量向近处集中,当齿槽深度为2.5 mm时,喷头水力性能最优。(3)将优化前后的负压反馈射流喷头及摇臂式喷头的水力性能进行同条件对比试验,试验结果表明:与射流喷头优化前相比,射流喷头优化后的射程提高了6.6%~9.5%,喷灌强度降低了22.3%~28.4%,喷灌均匀系数提高了0.8~4.4个百分点;与摇臂式喷头相比,优化后的喷头射程提高了8.1%~10.4%,喷灌强度降低了10.3%~16.9%,喷灌均匀系数提高了4.0~9.3个百分点。(4)针对优化后的负压反馈射流喷头,利用MATLAB软件依据三次样条插值法对喷头径向水量进行插值,计算不同组合间距下典型区域内的水量分布,然后利用Christiansen公式计算喷灌均匀系数,并确定在进口压力为0.15、0.20、0.25、0.30 MPa的条件下,负压反馈射流喷头正方形组合的最佳组合间距依次为16.5、16.9、17.9、18.6m。