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农田喷灌,喷头为什么要敲来敲去?

中科院物理所  · 公众号  · 物理  · 2025-05-07 11:05

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你可能会疑惑,喷头想要转动,为何不直接用电机驱动?答案其实很简单:在广阔的农田中,如果每个喷头都要接电驱动,不但安装和维护成本极高,而且电源供应不稳定、管理难度也大。于是工程师们采用了更聪明的做法—— 利用水流本身的动能,让喷头自己“转”起来。 而这“敲来敲去”的动作,就是这个原理的体现。


如果你走近冲击式喷头观察,会发现它的主体旁边有一个小小的摆锤状构件,这便是它的 “撞击器 ”。当水流从喷头内部高速喷出时,会顺势撞击在这个摆锤上,使它产生有节奏的摆动。每当它摆动一次,便会撞击喷头的一侧,推动喷头向某个方向轻微转动。这个动作不断重复,喷头也就随着水流的推动一点点地旋转起来了。 虽然每次转动的角度非常小,但随着撞击次数的累积,喷头就能实现平稳而均匀的360度旋转,将水雾洒满整个灌溉区域。


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🔺 (图片来源:[4])


从结构上看,这种喷头之所以如此设计,其实是充分利用了水流的能量。 水经过加压从喷嘴射出,流速很高,一部分水力被用来撞击摆锤,另一部分则被雾化喷洒出去,实现了“动力”和“灌溉”二合一的效果。 这种设计不仅节省了能源,还大大降低了故障率,即便在偏远的田野里,它也能稳定地工作,不需要电、不需要复杂维护,真正做到了低成本高效率。


冲击式旋转喷头的优势


有人或许会问,喷头直接静止喷洒不行吗?事实上, 如果喷头不旋转,水流只会集中在一个方向,不仅喷洒范围极小,还会导致局部积水、其他区域干旱,灌溉效率大打折扣。 通过旋转,喷头能把水雾均匀撒到一个圆形区域中,避免“这边旱得裂口、那边泡得积水”的现象。不仅如此,喷头的旋转还能有效控制喷洒半径和角度,根据不同作物和地形进行个性化灌溉,达到“因地制宜、因需定量”的目的。


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