多气流协同式果园V形防飘喷雾装置设计与试验

为提高果园风送式喷雾靶标区域沉积量,减少果树行间雾滴飘移,在常规气流辅助喷雾基础上,设计了一种多气流协同式V形防飘喷雾装置,通过CFD仿真验证其防飘效果.以V形风场风速、横风风速、喷雾压力为因素,分别进行单因素和三因素三水平的苹果树冠层雾滴飘移沉积试验,探析多气流V形风场对雾滴冠层沉积效果的影响规律.结果表明,当横风风...     

果园多风管风送喷雾机风量调控系统设计与试验

目前国内大多数果园风送喷雾机多通过控制风机转速或出风口截面积调整风量，依据果树冠层特征实时变量调控风量的相关研究较少，针对上述问题，本文提出了一种基于果树冠层特征实时调整风量的单风机多风管旁路调风技术。分析对比了节流调风和旁路调风两方案风速调节能力和风场风速空间变化特性，旁路调风结构风速与蝶阀开度线性变化关系更明显，利于风量及风速的控制，因而选择旁路调风方案。该方案基于果树分割冠层层数设置相应数量的扇形出风口，构建了基于果树分割冠层特征的蝶阀开度模型，并依据该模型计算各出风口处蝶阀的理论开度，结合PID变量调控技术控制蝶阀实现各出风口风量实时调控进行变量喷雾。选择普通风送喷雾、自动对靶变量喷雾和变风量喷雾3种模式，以雾滴沉积量和药液飘逸损失为指标，对3种作业模式进行喷雾性能试验，试验结果表明：普通风送喷雾模式下农药飘移量及地面流失量最大；变风量喷雾表面冠层的沉积量比自动对靶风送喷雾模式提高了17.3%，变异系数降低了10.29个百分点，且果树冠层下、果树间的地面沉积量分别降低了26.1%和40.7%，飘移量相比于其他2种喷雾模式分别降低了69.9%和50.9%。     

分行冠内冠上组合风送式喷杆喷雾机工作参数优化

为了改善喷杆喷雾机上两风筒之间作物中部冠层的雾滴沉积率,针对现有的风送式风筒,利用计算流体动力学(CFD)仿真技术对喷杆喷雾机风筒的工作参数进行了仿真分析,优化了风筒入口风速。仿真结果表明:风筒入口风速为v=20m/s时,棉花冠层区域气流场风速较大、横向分布均匀、气流穿透能力较强,完全满足风送系统末速度要求;中、下部冠层区域的气流速度衰减缓慢,有利于雾滴在棉花冠层内部的扩散。同时,利用水敏纸进行大田试验,在两两风筒的中间区域点布置相应的水敏纸,检测作物中部冠层的雾滴沉积率。试验结果表明:作物中部冠层的叶片正面雾滴沉积率达到了82.87%,作物中部冠层的叶片反面雾滴沉积率达到了50.6 7%,与优化前相比正面雾滴沉积率提高了1 7.5 7%,反面雾滴沉积率提高了1 0.8 4%。本研究可为喷杆式喷雾机风机风量的确定提供参数指标,并为风机的选型提供指导。     

气流雾滴胁迫和冠层孔隙变化对沉积性能影响解耦研究

气流辅助喷雾中气流导致的冠层孔隙变化和对雾滴胁迫作用的影响是耦合的,两者最终影响雾滴沉积性能,明晰两者的耦合比例对沉积性能的影响,可为风送参数优化和喷雾模式改进提供指导。本文以盛花期棉花为研究对象,通过设计解耦试验方案,分析气流辅助施药过程中气流雾滴胁迫和冠层孔隙变化对雾滴沉积行为的不同影响。首先,借助高速相机标定棉花枝叶风载下的变形量,得到气流速度、叶面积、变形量三者间的拟合关系,通过仿真叶片风载变形试验得出,仿真叶片与真实叶片的风载变形相对误差在17%之内,从而确定了仿真枝叶模型应用于风送喷雾试验的可行性;然后,基于棉花生长发育的枝叶构型3/8规律,搭建冠层孔隙可风载变形的方案1棉花模型,测量方案1棉花冠层内气流场数据,计算风载后枝叶变形量,并使用物理手段固定枝叶变形量,形成风载变形后冠层孔隙固定的方案2棉花模型,将自然状态下棉花枝叶固定,保持风载下冠层孔隙不变作为方案3棉花模型;最后,针对3种试验方案的棉花模型,通过改变辅助气流风速进行了风送沉积试验。结果表明：相较于冠层孔隙变化,气流对雾滴的胁迫作用更有利于雾滴在冠层内的沉积行为,两者对于雾滴沉积量的提升比例分别为39.81%和10.52%;相比于气流对雾滴的胁迫作用,冠层孔隙增大形成的雾滴运移通道更有利于雾滴在冠层内的均匀分布,两者对沉积均匀性的提升比例分别为42.71%和1.10%。本研究可为基于不同作物冠层孔隙变化特性的新型喷雾模式设计提供参考。     

风送式喷雾机风筒结构设计与试验研究

基于棉花喷施落叶剂的需求,针对现有的棉花风送式施药机,设计了一种风送式喷雾机风筒,并利用计算流体动力学(CFD)仿真技术对风送式喷雾机风筒内外流场的三维区域进行了仿真,研究风筒气流场分布。仿真结果表明:风筒4个出风口处的速度分布均匀,整个风筒内流场区域风速变异系数较小。同时,通过试验验证了该仿真模型的可靠性,并将设计的风筒安装在喷雾机上进行实际大田作业,检验风送式喷雾机的雾滴沉积分布情况。试验结果表明:棉花整个冠层的叶片正面雾滴沉积率达到了79.58%,叶片反面雾滴沉积率达到了33.38%,冠层上部、中部、下部叶片正反面雾滴平均沉积率相差均1 0%,整个冠层雾滴沉积分布均匀性较好。     

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。     

新型风送式喷雾机风筒设计与研究

为提高矮化密植植物的施药效果,在现有风送式喷杆喷雾机基础上,设计了一种新型风送式喷雾机风筒,并对风筒内外流场进行CFD仿真,监测外流场距离出风口不同距离平面上风速风大小。结果表明:外部气流场风速分布均匀,能量损失少;将设计的风筒安装在喷雾机上进行实际大田作业,检验风送式喷雾机的雾滴沉积分布情况,验证仿真结果的准确性。雾量沉积分布试验结果表明:棉花冠层内部叶片正面雾滴平均覆盖率达到88.30%,叶片反面达到42.83%,上、中、下部冠层叶片正面雾滴平均覆盖率最大相差7.25%,叶片反面最大相差9.75%,整个冠层雾量沉积分布均匀性较好,冠内组合风送施药效果明显提高。     

果园风送喷雾风力调控试验台设计及试验

目前，果园风送喷雾技术与装备正在朝着精准化和智能化方向发展。果园喷雾控制对象主要为喷施药量和风力供给量，果树冠层内外药液沉积分布很大程度上取决于风送系统风力供给，只有风力和药量均得到精确控制，才能实现果园对靶精准喷雾。为此，基于轴流风机设计了风机转速、进风口面积和出风口导流板倾斜角度可独立调控的果园风送喷雾风力调控试验台，通过直流电机调速实现风机转速调节；进风口采用百叶结构，通过调节百叶倾斜角度实现进风口开度大小调节；出风口采用塔式结构，通过22路舵机控制出风口不同喷头位置处导流板倾斜角度独立调节，并基于C#语言开发了上位机界面。利用试验平台开展了风机转速、进风口面积和出风口导流板倾斜角度独立调控风力变化特性试验，结果表明：出风口风速风量变化与风机转速和进风口面积调节呈正相关，出风口风速在垂直方向分布位置随导流板倾斜角度增加发生改变，同时分别建立了出风口最大风速与风机转速和进风口面积之间的关系模型。喷药过程中，可通过风机转速与导流板倾斜角度联合调节或进风口面积与导流板倾斜角度联合调节实现出风口风速风量在果树冠层垂直方向分布位置和大小调节。研究结果为实现根据果树冠层体积和枝叶稠密度变化进...     

果园风送式喷雾机仿形喷雾试验研究

为研究果园风送式喷雾机风速及雾量垂直分布对雾滴在果树冠层内穿透沉积的影响,本文通过调整喷雾机导流板角度及喷头喷雾角度,并测量风速及雾量的垂直分布,使其分布曲线与果树冠层轮廓匹配.试验结果表明,当风速及雾量垂直分布呈单边纺锤形、并与现代化种植模式果树纺锤形树冠轮廓吻合时,雾滴在果树冠层中各部分枝叶正反面都有充分而均匀的沉积,因此,通过调节风速及雾鼍垂直分布使与果树冠形匹配,是提高雾滴在冠层中沉积分布均匀性的有效途径.     

基于Porous模型的多旋翼植保无人机下洗气流分布研究

植保无人机进行果树施药时,果树冠层周围及内部的下洗气流时空分布对雾滴的附着和分布有重大影响,为明确无人机下洗气流时空分布规律,针对六旋翼植保无人机,结合RANS方程、RNG k-ε湍流模型、Porous模型、滑移网格技术及SIMPLE算法,建立了六旋翼植保无人机悬停施药下洗气流时空分布的三维CFD模型。数值模拟结果表明:无果树时,旋翼下洗气流近似呈"圆柱形"向下发展,到达地面后形成地面铺展,在旋翼正下方0. 6～1. 7 m区域内出现速度范围为3. 0～4. 0 m/s的"Z方向(竖直向下)速度稳定区";有果树时,冠层对旋翼下洗气流有明显的阻挡作用,不再出现"Z方向速度稳定区"。以本文模拟的3棵果树为例,Ⅰ号果树冠层周围气流从冠层上半部区域开始呈"圆锥形"向下发展,以一倾斜角发展到地面形成小范围地面铺展,地面铺展末端出现近地面卷扬,Ⅱ、Ⅲ号果树冠层周围气流卷扬严重,在计算区域内无明显地面铺展;旋翼中心正下方Z方向速度最大接近8 m/s,随着冠层压力损失系数的增大,旋翼中心正下方Z方向速度衰减加快,同时旋翼气流向四周产生扩散;计算冠层内部Z方向最大速度衰减比发现,除Ⅲ号果树冠层下半部,无果树和Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ号果树冠层内部Z方向最大速度衰减比依次增大。试验表明,无果树时旋翼正下方0. 3、0. 8、1. 3、1. 8 m处和近地面2. 3 m处试验值与模拟值的相对误差分别在10%以内和不大于25%,总体拟合优度0. 984 6,数值模拟准确;试验果树与模拟果树冠层内部的气流速度分布规律具有很好的一致性。     

基于风送辅助的螺旋风送装置结构设计与试验研究

针对目前喷雾作业中的雾滴雾化效果差、沉积率小、叶片背面药液附着率低等问题,设计了一套由风箱和螺旋风口套组成的风送装置。运用CFD技术对风送装置的流场进行了仿真,结果表明:该风箱结构具备较好的分布风压的能力,螺旋风口套结构能够极大地提高出口风速且改变风向。对装有螺旋风口套和未装有螺旋风口套的两种工况下的试验平台进行喷雾作业,并对雾滴覆盖率和雾滴粒径体积中值等参数进行测量,结果表明:螺旋风口套安装后,提高了树冠各层的雾滴覆盖率,叶片背面药液附着率提高了2.7%,叶片正反面的药液附着率差值缩小至9.6%;树冠的雾滴体积中值直径相比减小了21.6%,说明螺旋风口套的设计细化了雾滴直径,提高了雾滴覆盖率和药液利用率。     

电动履带式立式喷杆喷雾机设计与试验

针对我国设施作物生长中后期的植保机械化难题,采用远程遥控技术与液力雾化技术设计一款适用于设施温室大棚行间行走并进行施药作业的电动履带式立式喷杆喷雾机。该机具主要由底盘、行走系统、喷杆高度调节系统、喷杆平衡系统、喷杆安装座、喷雾系统、电动控制系统和遥控系统等组成,其中控制系统可通过遥控手柄对机具前进方向、喷雾系统调整与作业进行遥控控制。开展实验室与田间喷雾试验,对样机进行性能测试。试验结果表明:喷雾机各喷头流量误差率低于10%、不同喷雾高度之间雾滴粒径变异系数低于15%,喷雾性能良好;雾滴粒径符合最佳生物粒径理论对雾滴粒径的要求。同时由田间试验结果可知,不同冠层沉积量分布与雾滴密度分布较好,沉积量均大于0.3μg/cm~2,雾滴密度均大于25个/cm~2,作物叶片正面的沉积分布与雾滴密度分布均匀性优于叶片背面。电动履带式立式喷杆喷雾机性能良好,可满足设施温室吊蔓甜瓜的行间施药作业,达到农机与农艺结合的目标。     

矮化密植果园喷雾机选型试验研究

为了提升林果生产机械化水平,北京市正大力推广林果矮化密植技术。为此,针对目前市场林果植保机械型号多及喷雾质量参差不齐的问题,开展了适合林果新种植模式下的植保机械选型试验研究,并选取了4种喷雾机。试验结果表明:针对果园篱壁型冠层,3种地面喷雾机在喷量为喷枪常规喷量条件下(施药量108L/6 6 7 m2),冠层雾滴分布平均密度均超过100个/cm2,对靶风送式变量喷雾机在施药量40L/(667m2)条件下,雾滴沉积平均密度达62个/cm2,植保多旋翼无人机在施药量为1L/(667m2)时,雾滴沉积平均密度达67个/cm2,均远超过20个/cm2的行业标准。因此,建议选用风量、施药量可调喷雾机或喷雾机配备不同型号喷头,以实现不同冠层密度变量施药。     

无人机喷雾参数对粳稻冠层沉积量的影响及评估

主要研究了植保无人机在水稻灌浆期喷施磷酸二氢钾(KH2PO4)的作业效果及八旋翼无人机喷雾参数对水稻叶片雾滴沉积分布的影响,测试分析了无人机在水稻灌浆期植保作业时雾滴的沉积效果。研究采用雾滴测试卡接收雾滴,通过调节无人机的作业高度进行雾滴沉积量评估试验。根据作业高度不同,共设计3组试验,高度分别是3、4、5m。结果表明:不同作业高度时,雾滴在水稻冠层和下层具有不同的沉积效果,且分布均匀性的变异系数也不同。作业高度5m时,雾滴在水稻叶片上的总沉积量最少,均匀性最差,冠层和下层的变异系数分别为92.11%、150.29%;作业高度3m时,雾滴在水稻叶片上的总沉积量高于4m和5m时的沉积量,均匀性较好,冠层和下层的变异系数分别为32.94%、49.47%。3组作业高度均显示:雾滴在水稻冠层的沉积量高于下层叶片,叶片正面的沉积量高于反面,叶片反面沉积量可达到正面叶片的1/2以上。本研究对八旋翼无人机高效利用、提高农药喷施作业效率、增加水稻产量具有深远的意义。     

轴流风机结构优化设计及内部流动特性分析

针对如何提高便携式轴流风机的运行性能,通过对其结构进行优化设计,主要研究转子部件的叶片数及叶片安装角的改变对叶轮与导叶匹配性的影响.基于SST k-ω湍流模型,采用数值模拟探究其内部流动特性,并通过试验验证其可靠性.研究结果表明:叶片安装角对轴流风机性能影响较大,而叶片数的影响相对较小.通过对比分析不同模型间的内流特性,确定了适合便携式轴流风机的叶片安装角和叶片数;发现叶顶泄漏涡的发展对后导叶的影响随着安装角的变化存在不同,并诱发叶轮与导叶交界区域流体扰动,影响叶轮和导叶的匹配性;湍动能在叶轮叶片进口处存在最大值,叶顶区因叶顶泄漏,其湍动能相较与叶根区更大.便携轴流式风机结构优化和内部流动特性的分析对其设计具有一定的指导意义.     

组合桨搅拌槽内部流场数值模拟

针对组合桨组合形式在不同应用场合的匹配问题,采用计算流体力学(CFD)的分析方法,基于Fluent仿真软件,分析双螺带及六斜叶涡轮桨基于不同组合位置的内部流场情况采用多重参考系(MRF)方法建立基础模型,基于Navier-Stokes方程和标准k-ε湍流模型对搅拌槽内部流体产生的流场进行数值计算,得到搅拌桨在240 r/min的搅拌转速下产生的流场数据.分析搅拌器在特定界面处轴向、周向、径向的速度矢量图以及其综合速度云图,并对位置互换的流场进行分析和比较,选出上双螺带桨下涡轮桨为最佳的桨叶组合形式,此种组合桨型对于提升搅拌器在相关领域的应用和发展等有参考价值.     

航空专用离心喷头雾化性能试验与影响因子研究

针对航空施药模式下喷头喷雾参数与雾化参数关系不明确的问题,本文结合喷雾性能测试与建立代理数学模型,讨论了CN1215型航空专用离心喷头主要工作参数对雾滴体积中径(Dv50)、喷幅的影响规律。标定了离心喷头喷雾参数对应的供液系统工作参数,在室内无风环境下测试了不同喷头流量(100～350 m L/min)、喷头转速(8 000～10 000 r/min)下的雾滴中径及喷幅。以喷头喷雾参数(喷头流量、喷头转速)作为试验因素,以航空离心喷头雾化后雾滴体积中径Dv50、对应喷幅为响应因数,分别采用四阶响应面法(Response surface method,RSM)、克里金法(Kriging)、椭球基神经网络(Ellipsoidal basis function neural network,EBFNN) 3种数学方法逼近试验因素与响应因数之间的关系,建立了喷头雾化参数(Dv50、对应喷幅)与喷头喷雾参数(喷头流量、喷头转速)之间的代理数学模型,3种代理模型对Dv50的决定系数R~2分别为:0. 705、0. 718、0. 925,3种代理模型关于Dv50对应喷幅的决定系数R~2分别为:0. 819、0. 890、0. 930。基于EBFNN隐式代理数学模型建立了两个雾化参数的响应面,实现了喷雾参数影响下的雾滴Dv50、喷幅的快速预测。     

超高地隙风幕式喷杆喷雾机施药性能试验

对超高地隙自走式喷杆喷雾机风幕系统进行田间试验,研究了喷雾压力、喷雾机作业速度、风幕出口风速及植物冠层特性对雾滴沉积量、沉积量均匀程度以及飘移率的影响。研究结果表明,风幕出口风速是雾滴沉积量、沉积均匀程度和飘移率的决定因素,风幕出口风速与雾滴穿透性能呈正相关关系,风幕系统能够有效地减少雾滴的飘移;植物冠层的特性对雾滴穿透性能有较显著影响;相同作业速度时,增大喷雾压力可使雾滴单位面积沉积量增加,提高喷雾沉积效果,但对穿透性能影响不大;喷雾机作业速度对雾滴沉积量也有一定的影响,但影响较小。     

不同施药机具在玉米田间的雾滴沉积分布试验

针对我国玉米等高秆作物生长中后期的机械化植保难题,进行了3WX-1000G喷杆喷雾机、3WX-2 0 0 0 G喷杆喷雾机、STORM1 5 0 0风送远程喷雾机等3种大型自走式施药机具的玉米田间喷雾试验,比较分析了不同施药技术与机具对雾滴沉积分布规律的影响,为筛选技术水平先进,并与玉米病虫害防治要求相适应的施药技术与植保机具的技术提升提供依据。试验结果表明:风幕辅助气流能有效提高雾滴在玉米冠层内的沉积量和覆盖率,在冠层中部和下部的平均沉积量比无风幕时提高了36.4%和17%;冠层各部分的覆盖率均比无风幕时有所提高,冠层下部增长率最高,达到28%;风幕辅助气流还能有效改善雾滴在玉米植株上的分布均匀性;风送式远程喷雾机的风力辅助作用有助于将雾滴向远程输送,大大提高了喷幅及作业效率,但大量雾滴集中于喷幅的前段区间,使其在整个喷幅范围内的雾量分布均匀性远差于喷杆喷雾机,最大变异系数超过1。