喷头喷洒雨滴粒径测试的改进研究

色斑法是一种应用广泛的测试雨滴粒径大小的方法。但以往的雨滴率定只考虑色斑直径与雨滴真实粒径的关系,忽略了高度对率定的影响。在大量试验的基础上对数据进行多元回归分析,把高度因素作为影响雨滴粒径测量公式中一个因子。通过数据处理,得到关于高度和色斑直径双因子共同作用下的雨滴粒径的率定公式。并在处理数据过程中对公式的相关性进行了分析,经过与试验数据的比较,发现公式的拟合性好。

高度对色斑法测量雨滴粒径影响的试验研究

以前的色斑法雨滴率定只考虑色斑直径与雨滴真实粒径的关系,忽略了高度对率定的影响。在大量试验的基础上,通过回归分析,得到了以色斑直径和高度为变量的率定公式。研究表明,水滴下落高度小于5 m时需考虑高度的影响;高度大于5m时,高度的影响可以忽略。通过相关性分析,公式的拟合性较好,对以后的色斑法测量雨滴粒径有指导意义。

雨滴粒径的测量方法及其改进研究

18世纪以来 ,人们探索出了许多观测雨滴粒径的方法 ,其中滤纸色斑法操作简便、成本低廉 ,至今仍被广泛应用 ,但传统的数据处理方式不仅工作冗繁 ,而且存在较大误差。实践表明 ,运用AutoCAD软件描绘雨滴色斑图案并计算色斑面积 ,进而运用Excel软件换算出雨滴粒径 ,可大大减少工作量并提高雨滴测量精度。推荐了一种由作者自行设计的雨滴取样器。

基于压电效应的雨量与雨滴谱检测

为了解决雨量及降雨微观特征同步监测的难题,提出基于压电效应的降雨参数感知方法。首先,利用阵列式压电换能器消除传感器的边界效应,准确测量雨滴下落末动量,利用标定响应函数实现雨滴粒径的测量;其次,提出基于电压真有效值信号的雨滴混叠识别方法,实现雨滴数量的估计;最后,综合雨滴粒径和数量获得雨滴谱,通过累加雨滴体积得到降雨量和降雨强度。数学仿真与实物实验表明,本方案可以自动连续测量记录雨滴数量、粒径大小、降雨量和实时降雨强度等信息,能够保证对于大雨、小雨以及降雨微观特征都具有较高的测量精度。

激光雨滴谱仪光学设计与分析

用来描述降水粒子数浓度随粒子尺度变化函数的雨滴谱,是降水最基本的微物理特征量,利用雨滴谱信息可以更清楚地认识自然降水的发展演变过程。从雨滴在矩形光束中的相对位置出发,理论分析了不同尺寸条件下矩形光束透射强度随粒径的变化,结果显示矩形光束的透过率与雨滴尺寸具有很好的线性关系;数值模拟了不同粒径、不同降落速度下雨滴在矩形光束中的渡越时间。并指出利用测量的雨滴粒子大小和下落时间就可获得降水类型(毛毛雨、普雨、降雪、降霰、冰雹以及混合型降水)、降水强度、降水量和粒子波谱(在体积波谱上的粒子分布)等信息。

掺气水射流应用于低压摇臂喷头的试验

为解决固定式旋转喷头低压喷灌时,水射流向末端集中形成水量分布不均匀的问题,提出水气两相射流进行喷灌的方法。在摇臂喷头结构的基础上,增加掺气结构,形成掺气射流喷头,以相同工作水压力、射流仰角、喷嘴出口流量相同为约束,以及不考虑副喷嘴对喷洒的影响,对比了掺气与不掺气2种情况下PY20喷头的射程、径向水量分布、1倍射程间距的正方形组合喷灌均匀系数,雨滴粒径等参数。试验结果表明:原不掺气摇臂喷头出口直径7 mm,安装内径2 mm的掺气管后出口直径改为8.3 mm,此时两者具有相同的出口流量,2种喷头在相同工作压力下具有近似相等的射程;在掺气喷头工作水压低至100 k Pa情况下,喷头仍具有76 mm水银柱高差的掺气负压能力;掺气摇臂喷头改善了径向水量分布线射程中段的水量,使水量分布线发生了中段略微增高、末端略下降的变化,从而使1倍间距的正方形组合喷灌均匀系数在低于国家标准工作压力的200 k Pa情况下,从62.8%提高到68.8%;采用激光雨滴谱仪测量射程中部和末端2个地方的水滴粒径表明:掺气状态下射程中部的水量累积百分比中位直径d50远大于不掺气状态,射流末端对比d50则小于不掺气状态,说明掺气改变了喷头的雨滴粒径分布。该文试验结果证明掺气摇臂喷头在农业喷灌中应用具有可行性。

压电式雨量传感器的自适应标定方法

由于压电式雨量传感器安装使用前一般需要进行准确标定,文中以同步采集的翻斗雨量计输出信号为参考雨量,利用基于模型的自适应训练和优化方法,从而实现在模拟降雨或实际降雨中实现传感器输出关系的标定,实现雨滴粒径以及降雨量的测量。试验结果表明,该方法能替代传统的直接标定方法,简化标定实验的硬件需求,为在气象站及野外环境的降雨检测的应用提供参考价值。

基于CFD定量评估雨量筒的风场效应

本研究基于计算流体动力学(CFD)仿真对雨量筒风场效应进行定量评估,分析传统雨量筒在不同风速和雨滴粒径下的雨滴收集效率和误差来源。结果表明,通常有风、小雨的情况下,传统雨量筒的收集效率随风速增大而降低,随雨滴粒径的增大而增大,这可以为自动气象站降水量观测数据的准确性提高提供重要参考依据。