多针电极喷雾刀梁静电场特性与雾化效果研究

建立了多针电极喷雾刀梁静电场求解模型,采用Ansoft Maxwell软件分析了多针电极喷雾刀梁空间中电压及电场强度的分布规律,并研究了针电极间距对静电场的影响,通过激光粒度分析仪测量分析了不同针电极间距的刀梁雾化粒径分布规律。结果表明:针电极可将该刀梁附近的最高电场强度提高到2.7×106V/m,针电极附近的电场变化幅度最大,针电极最佳间距为2 mm时多针电极下端可形成分布均匀的高场强区域,此时该刀梁静电喷雾的雾化粒径减小到42μm,且粒径分布均匀,该实验结果与计算结果吻合。     

植保无人飞机油菜杂草防治与效果评估研究

为探索油菜田杂草看麦娘的有效防治,进行植保无人飞机低量施药防治试验,分析不同雾滴粒径、不同飞行高度、不同飞行速度和不同施药液量下雾滴沉积覆盖率、雾滴密度等,结果表明在其他条件相同时,小雾滴粒径(195μm)喷洒的雾滴覆盖率和沉积密度明显大于大雾滴粒径(235μm)喷洒。选取雾滴粒径195μm、高度1.5 m、速度4 m/s、施药液量12 L/hm~2条件下植保无人飞机施药(UAV)与空白对照(CK)、人工施药(Manual)对比,采用反射光谱信息和植被指数进行防治后10天的效果评估,敏感波段区间光谱反射值和植被指数(NDVI、PRI)值均是CK>UAV>Manual,表明常规药液量的人工施药较优,建议植保无人飞机防治杂草看麦娘应增加单位面积的施药液量以提高防效。研究结论为植保无人飞机防治油菜田杂草看麦娘提供参考。     

双流体静电感应喷雾流场测量的试验研究

运用OLID测量系统,对双流体静电感应喷头在不同充电电压和气体压力条件下的喷雾流场进行了测试,对粒径大小、速度分布的测量结果进行了分析和探讨.结果表明:雾滴在气流剪切力和静电力的作用下,在整个流场中粒径与速度均呈中心大、边缘小对称分布;喷嘴气体压力是影响雾滴粒径大小的主要因素,气体压力愈大,荷电雾滴的粒径愈小且分布愈均匀;随充电电压的升高, 雾滴的粒径减小,平均速度值增大,中心与边缘粒径与速度的分布趋向均匀.     

基于CFD的多风道风送喷雾流场数值分析与试验研究

为研究果园喷雾机的气流和雾滴沉积分布情况，通过数值分析与试验相结合的方法，研究了一种适用于果园植保的多风道风送喷雾系统气流场和气液两相流场分布规律。研究结果显示，该多风道风送喷雾系统的外部气流场分布较为均匀，喷射出风口出口处的气流速度试验值与仿真值相对误差＜13.7%，随着测量距离增大，气流速度逐渐衰减，其绝对误差基本在0~2 m/s。雾滴场在-0.6~0.6 m喷雾区域内雾滴沉积量（百分比）的仿真值和试验值相对误差＜14%，数值分析结果较为准确地反映风送喷雾系统的气流分布和雾滴沉积特征。      

PWM间歇式变量喷雾的雾化特性

采用频率在20Hz以内可调、占空比可调的方波信号驱动开关电磁阀,改变电磁阀门开通和关断的时间,实现了基于脉宽调制(PWM)技术的间歇式脉动变量喷雾.以农业喷施中常用的平口扇形喷嘴为例,从间歇式脉动变量喷雾的流量调节范围、雾量分布、喷雾角、雾滴粒径、雾滴速度及喷雾动态特性随流量的变化规律等方面,分析讨论了PWM间歇式脉动变量喷雾的雾化特性.研究结果是,流量调节范围为4.17;随流量的减小,雾量分布向中央集中的趋势很小,雾滴粒径稍增大,喷雾角、雾滴粒径随流量的变化率分别为0.0433(°)/%、0.616μm/%,影响程度很微小;随流量的减小,雾滴速度基本无变化,动能中值直径(KEMD)和比能(SE)随流量的变化率分别为-0.63μm/%、0.2451J/(kg·%),流量控制对喷雾动态特性的影响也较小.     

气体搅拌下厌氧消化反应器CFD数值模拟及模型研究

采用数值模拟方法对气体搅拌下厌氧消化反应器内气液两相流动进行研究,探讨不同流量下反应器内非牛顿液相的速度场、流场及动力黏度等流体动力学信息,并进一步分析不同多相流模型、相间作用力以及多相湍流模型对液相速度的影响。结果表明:入口气体流量的增大并没有对流场形态和旋涡分布产生明显影响,但能有效降低液相动力黏度峰值,改善厌氧消化反应器内液相的流动性,尤其影响着反应器四周底部区域液相动力黏度。入口流量为2.05 m L/s及5.3 m L/s时,欧拉双流体模型与欧拉双流体模型耦合群体平衡模型(Population balance model,PBM)模拟得到的液相速度与实验值较为接近,并优于欧拉-拉格朗日模型;采用标准k-ε模型(Standard k-ε),重整化群k-ε模型(RNG k-ε)得到的液相速度模拟值优于可实现k-ε模型(Realizable k-ε)。相间作用力考虑为升力及曳力组合时,模拟得到的液相速度与实验值吻合良好。     

风幕式喷杆喷雾雾滴粒径与速度分布试验

为了研究风幕出口风速和风幕出风口与喷口的水平距离对雾滴粒径和雾滴速度分布的影响,运用PDPA测试系统对不同条件下的风幕式喷杆喷雾气液两相流场进行了测试,对雾滴粒径、速度分布的测量结果进行了分析和讨论。结果表明:雾滴在气流场的作用下,随着风幕风速的逐步变大,雾滴的粒径变小且分布均匀,有效地增大了雾滴的沉积、减小了飘移。风幕出风口与喷口水平距离越近时,雾滴的穿透性能越好,向后飘移的趋势越弱。     

双流体荷电雾化的PDA实验

液体荷电雾化技术能够有效降低雾化的粘滞阻力,提高雾化效果,在雾滴形成后电场能减小雾滴表面张力,使雾滴产生二次雾化,进一步减小雾滴粒径,同时可以提高雾滴粒径尺度的均匀性.以空气、水为介质对自行设计的双流体雾化喷嘴进行了实验研究,获得了不同荷电电压与液气比下的雾滴粒径、雾滴轴向射流速度及雾滴的轴向湍流脉动强度,利用相关技术实现了对气液两相速度和湍流脉动强度的测定,探讨了荷电电压对雾滴粒径、轴向射流速度及湍流脉动强度的影响.     

荷电喷雾改善烟气脱硫效果的机理及试验

为了研究荷电喷雾对湿法烟气脱硫的增益作用,探讨荷电雾滴表面特性、荷电特性及运动特性与传质的关系,采用石灰浆荷电雾化的方法进行了荷电喷雾烟气脱硫试验,获得了不同液气比、Ca/S摩尔比和荷电电压下的烟气脱硫效率.结果表明：脱硫效率随着液气比、Ca/S摩尔比、荷电电压的增大而提高,且提高的趋势都在逐渐变缓,提高幅度最大为10%.高压静电场的存在改善了雾滴的表面吸收特性,增加了雾滴表面Ca2＋的含量;荷电雾滴表面张力的减小降低了气体的传质阻力;雾滴带电及非过剩电荷感应极化作用,增加了雾滴吸收SO2的附加作用力;此外,高压静电作用下的二次雾化减小了雾滴粒径,增大了气液接触的总面积;带有同种电荷雾滴之间的相互排斥,雾滴在脱硫塔内部分布均匀.以上诸因素都有利于烟气脱硫效果的改善.     

液体张力对风场中雾滴特性影响的试验研究

为研究液体表面张力对远射程风送式喷雾机外部流场中雾滴特性与分布的影响,使用ANSYS ICEM软件建立了远射程风送式喷雾机出风口及外部流场的三维模型,采用CFD数值模拟探究液体表面张力分别为60.3、54.5、44.6、38.4、31.8mN/m时流场中雾滴粒径、密度、速度和沉积分布情况。结果表明:喷雾压力为1.8MPa时,各采样面上雾滴体积中值粒径随着喷雾距离的增加而变小,降低液体表面张力可以细化流场中雾滴粒径。不同液体表面张力下,喷筒出风口轴心范围0～1m区间内雾滴密度在流场中是最大的;当液体表面张力从60.3mN/m下降至31.8mN/m时,雾滴密度0.07kg/m~3所占面积沿喷筒出口轴线方向逐渐增加。雾滴平均速度随喷雾距离的增加而减小,液体表面张力对距离喷筒出口1～6m区域内雾滴平均速度影响最大,表现在液体表面张力越大雾滴平均速度越小。相同采样点上,雾滴沉积量随液体表面张力降低而减少。将雾滴沉积量的数值试验结果与田间试验结果进行χ~2检验,证明了所采用的模型仿真结果可信。     

悬挂式常温烟雾机气流场与雾滴沉积三维模拟与试验

基于CFD三维模拟技术,建立了常温烟雾机在密闭温室内作业的气流速度场模型及雾滴沉积分布模型,分析了常温烟雾机的气流速度场及雾滴沉积分布特性,并进行试验验证。模拟结果表明,常温烟雾机有效风送距离与风送速度呈正比,在喷雾高度为1.5 m时常温烟雾机风送距离最短;风送速度为5 m/s和25 m/s时雾滴质量流率较大,风送速度为20 m/s以上、喷雾高度在2.0 m以上时,雾滴沉积均匀性较好。模拟与试验结果对比说明,在风机作用区域内,所建立气流速度场数值模型模拟相对误差为10%~35%,雾滴沉积分布模型模拟相对误差为15%~35%,可较准确预测常温烟雾机气流速度场与雾滴沉积分布。     

植保无人机作业参数对雾滴在茶树冠层沉积分布影响研究

为获得相对较好的植保无人机喷雾雾滴沉积效果,提高病虫害防治效果,本文采用喷头流量、作业高度、飞行速度的三因素三水平正交试验法,应用小型四旋翼农用植保无人机进行喷雾试验。根据雾滴沉积密度和沉积量及其均匀性数据结果,分析得出影响雾滴沉积密度和均匀性,以及沉积量的因素主次顺序均为飞行速度、喷头流量、作业高度,而影响沉积量均匀性的因素主次顺序则是作业高度、喷头流量、飞行速度;较佳的作业参数组合是喷头流量2.5 L/min、作业高度2.5 m、飞行速度2.0 m/s,此参数组合下,雾滴覆盖率为17.4%,雾滴粒径DV.1、DV.5、DV.9分别为263.39μm、546.33μm、872.67μm,雾滴密度及其变异系数分别为97.30个/cm~2、57.97%,雾滴沉积量及其变异系数分别为1.45μL/cm~2、42.70%。通过优选植保无人机作业参数,不仅可以提高喷雾雾滴沉积效果,还将为获得较好病虫害防治效果奠定基础。     

荷电喷雾两相流场的试验

为研究荷电喷雾两相流动中雾滴在静电力与流体力的共同作用下运动特性和湍流脉动特性对其传热传质的影响,采用相位多普勒粒子动态分析仪（Particle Dynamic Analyzer,PDA）对荷电喷雾两相流场进行了测量．将荷电两相流动中粒径小于10μm的雾滴作为连续相,其余粒子作为离散相,实现了荷电喷雾两相流动的测量．获得了不同液气比下雾滴粒径、两相速度与湍流脉动强度等随荷电电压的变化关系．试验结果表明：雾滴粒径随着荷电电压的增大而明显减小;不同的荷电电压下气液两相流动速度趋于一致,荷电雾滴具有良好的跟随性;荷电喷雾两相的湍流脉动强度差异较大,雾滴本身在静电力作用下产生较大的脉动．     

脉冲式烟雾水雾机热力雾化水剂农药效果分析

针对脉冲式烟雾水雾机在喷施水雾剂农药时常出现滴液、流液或较大雾滴群等雾化不良现象，通过改装6HYW-60S型脉冲式烟雾水雾机，将药液流量设置成可调的测试装置，设定5个油门开度及4个药液流量，测试了脉冲发动机喷药前后的气流速度、温度及各喷药工况下的雾滴粒径分布。结果表明，在最小的油门启动开度到最大的油门工作开度可调范围内，对应的脉冲发动机燃油消耗率变化范围较小（相对变化13.0%），喷管内对应的气流温度与速度也发生同等程度的变化。喷药时，喷管口处的气流温度与速度发生明显变化，由不喷药时约700℃的高温气流下降为75℃左右的雾滴流，相应的气流速度下降了16%左右；油门开度及药液流量对雾滴流温度的影响非常小，但对雾滴流速度的影响非常明显，油门开度增大，雾滴流速度明显增加，药液流量增大，雾滴流速度明显下降。在各油门开度下，对最小药液流量20L/h的雾化效果均不佳，尤其距喷雾出口较近处存在大量的300μm以上的较大雾滴，这些大雾滴极易跌落至地面，无法有效喷施到目标物上；药液流量增大至40L/h及以上时，各油门开度下的雾滴体积中径均较小，同一工况下各位置点的平均值不超过60μm。热力雾化的雾滴粒径分布曲线不是单一峰值的正态分布形态，常会出现不同中心雾滴粒径的雾滴群，且这些雾滴群的中心雾滴粒径基本保持一致。从喷雾出口喷出的雾滴流中，喷管中心轴线上的雾滴细小均匀、雾化充分，中心轴线上方的雾滴一般比中心点处稍大，中心轴线下方雾滴明显增大，且距中心轴线越远的下方，雾滴增大越明显，即雾滴流中较大雾滴群的量逐渐增加。以药液流量60L/h及油门开度90°为最佳雾化工况，在整个喷施区域内均形成了良好的雾化效果。     

不同管径水平管道气液两相流动数值模拟

为更好了解管道中的气液两相流运动过程,揭示气液在不透明管道中的分布规律及运动形态,提高管道自压输水在实际工程中的安全性.基于已有研究成果,应用Fluent软件进行三维水平管道的数值模拟研究,并分析了不同管径、流速下两相流流态,及压力、流速等各项水力要素的变化.结果表明:三维CFD模拟可较好地展示管道气液两相分布规律;增大液相折算速度可以发生流型的转化,随着管径的增大,气泡流-塞状流的过渡表现为更高的液相折算速度,从80 mm管道中的小于4 m/s过渡到160 mm管道中的4 m/s;随着液相折算速度和管径的减小,由气团引起的压力波动随之减小,其中2.8 m位置处的最大压差由9 439.2,12 826.5 Pa减小到9 136.0 Pa;管道上壁面流速下降梯度高于下壁面,且气泡越大,差值越明显.工程上认为若无法避免输水过程中的气体存在,采用较小的液相折算速度和管径时,由气团引起的压力波动随之变小,认为此时管道更为安全.     

基于PDPA的双流体撞击式喷嘴雾化特性研究

使用自主搭建的一套基于相位多普勒粒子分析仪(PDPA)的开放式雾化试验台,开展了不同工况下双流体雾化流场的测试试验,研究了气体流量和水流量对雾化特性(包括喷雾锥角、有效射程以及雾滴粒径、速度、个数的分布)的影响。结果表明:随着气体流量的增大以及水流量的减小,喷雾锥角呈增大趋势,雾滴的索特平均直径(SMD)、速度以及个数均呈减小趋势,而有效射程随着气体流量以及水流量的增大而增大;随着轴向距离的增大,雾滴的SMD、速度以及个数均呈现增大的分布规律;随着径向距离的增大,雾滴的SMD呈增大的分布规律,而雾滴速度以及个数呈现先增大后减小的分布规律。气体流量和水流量对喷嘴出口与振动头之间区域的湍流程度、对冲现象有明显影响,进而显著影响雾化特性。当气体流量为0.8 m3/h、水流量为35 L/h时,与优化前(气体流量为0.95 m3/h、水流量为40 L/h)相比,SMD减小了21.50%,有效射程、雾滴速度、雾滴个数分别增加了10.26%、39.08%、61.54%,喷嘴雾化能耗降低的同时综合雾化效果得到了提升。     

微型无人机低空变量喷药系统设计与雾滴沉积规律研究

针对我国施药机械和农药使用技术严重落后带来的农药用量大、资源有效利用率低、农作物产量和品质下降等问题,设计了微型无人机脉宽调制型变量喷药系统,并利用风洞的可控多风速环境,通过荧光粉测试方法对悬停无人机变量喷药的雾滴沉积规律进行了试验研究。变量喷药系统由地面测控单元和机载喷施系统两部分组成,基于Lab Windows/CVI的地面测控软件,采用频率为10 Hz、占空比可调的脉冲信号经无线数传模块远程控制机载喷施系统;机载喷施系统以ARM Cortex-M3系列的STM32F103VC微处理器为核心,接收地面控制信号实时调节电动隔膜泵电动机转速,以改变系统喷雾压力和喷药量,实现变量喷雾调节。悬停风洞试验中,选择了PWM占空比、喷孔直径、电动离心喷头转速等变量,对不同距离和风速条件下雾滴沉积效果进行了试验研究。试验结果表明,风速是影响雾滴沉积效果的最显著因素,雾滴沉积以抛物线形式分布在采集区域,沉积高峰区随风速增加不仅远离喷头,且飘移沉积量逐渐减少;雾滴粒径在风速小于3 m/s时对沉积效果影响不显著,当风速大于3 m/s时,不同粒径的雾滴均发生飘移,飘移沉积量明显减少且沉积范围向远离喷头运动;粒径101.74μm的雾滴更易发生飘移,沉积高峰区集中在距离喷头4 m以外,且飘移沉积量明显低于粒径164.00μm与228.16μm的雾滴。     

植保无人机飞行作业参数对玉米施药作业效果影响研究

为了研究植保无人机在玉米病虫害防治及叶面肥喷洒中的作业效果,以无人机的飞行高度和飞行速度为试验因素进行正交试验,分析植保无人机在不同的作业参数下,玉米上、中、下3个层级的雾滴沉积密度和雾滴沉积均匀度,并结合极差和方差分析选择最优作业参数。试验结果表明：无人机在飞行高度为2.5 m、飞行速度为5 m/s时,无人机施药作业效果较好,上、中、下层的雾滴沉积密度分别为10.89、4.18、2.65个/cm²,雾滴沉积均匀度分别为25.06%、27.40%、48.56%。同时,考虑无人机作业参数受作业地点限制,无人机在不同飞行高度下的最优飞行速度参数分别为：高度2 m时速度为5 m/s、高度2.5 m时速度为5 m/s、高度3 m时速度为5 m/s。     

超声气力喷雾装置设计与试验

针对机械化病虫害防治中存在的农药利用率低、喷药效果差、环境污染、作物药害和操作者中毒等问题,利用超声雾化技术,通过设计超声气力喷头、超声波控制系统以及喷头智能行走机构等搭建一台超声气力喷雾装置,并对该平台进行不同工况的喷雾试验研究。采用KEYENCE LK G5000高精度激光位移传感器对100W,200W,300W下雾化面振幅进行测量,结果显示:超声发生器的输出功率与喷头雾化面振幅呈正相关;利用雾滴测试卡和专用分析软件测量统计3种功率下气压值分别为0MPa、0.02MPa、0.05MPa和0.08MPa的雾滴粒径和分布均匀性,结果表明:雾滴体积中径均值由79.15μm减小至30.2μm;功率提高导致分布均匀性变异系数由44.58%减少至14.18%,气压提高导致该系数由22.44%减少至5.93%;通过分析喷头移动速度为0mm/s、流量为3.3mL/min时的喷雾状态,得到该流量下喷头最佳工况:功率为300W,气压值为0.05MPa。     

M18系列飞机不同施药浓度下的雾滴沉积分布

针对航空施药中存在的雾滴飘移严重、利用率低等问题,对水稻田施药后药液的沉积分布进行了分析。通过M18系列飞机在水稻田进行田间试验,在施药作业中雾化喷头在50m/s的喷洒速度下,进行了3种不同的液体直径对雾滴的直径、数量和沉积密度的比较。结果表明:-40～50m的水敏纸均有药液沉积,主要集中在-25～-20m之间,且随着漂移距离的增加,药液沉积量逐渐减少。分析结果表明:3个采样区中液体直径越大,相应的雾滴粒径越大,雾滴数量越少,沉积点数主要分布在-25m和至0m范围内。本研究对合理喷施农药、提高喷洒效率、防治病虫害大面积暴发具有重要意义。