喷雾参数对雾滴沉积性能影响研究

为了研究扇形喷嘴不同喷雾方式下的空间沉积情况，利用自行设计的NJS-1型植保风洞，搭建雾滴粒径测试装置与雾滴沉积分布测试装置。选用LURMARK-04F80型标准扇形喷嘴开展雾滴粒径分布与沉积特性试验，分析了喷雾压力与风速对雾滴粒径的影响，同时研究了不同风速、喷雾压力、雾流角及喷头倾角下雾滴沉积特性，并采用3种不同的计算方法对比了雾滴飘移减少百分比的影响因素。雾滴粒径分布试验结果表明，相同风速下，增大喷雾压力会导致DV0.1、DV0.5和DV0.9都变小，同时ΦVol＜100μm变大，雾滴谱宽S变化不大；相同压力下，增大风速导致DV0.1和DV0.5变大，DV0.9变化较小，同时ΦVol＜100μm变小，雾滴谱宽S减小。雾滴沉积分布试验结果表明，压力从0.2MPa增加至0.4MPa时，水平喷雾平面上，距离喷头2～3m处雾滴沉积量基本呈增加趋势，竖直喷雾平面上，距离地面0.1～0.2m处雾滴沉积量呈增加趋势；风速从1m/s增加至5m/s时，在水平喷雾平面以及竖直喷雾平面上，雾滴沉积量整体呈增加趋势；雾流角从-15°变化到15°时，在水平喷雾平面以及竖直喷雾平面上，雾滴沉积量明显加大；喷头倾角从0°变化到30°时，在水平喷雾平面以及竖直喷雾平面上，总体趋势是喷头倾角越大，沉积量越低，但差异不大；同时与参考喷雾相比较，采用3种计算方法得到的雾滴飘移减少百分比（DPRP）表明，喷雾压力、风速以及雾流角对雾滴飘移减少百分比影响较大，特别是侧风风速影响尤为显著。该研究可为田间喷雾作业参数的选择提供试验数据指导。     

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。     

风幕式喷杆喷雾雾滴特性与飘移性能试验

为了描述风幕式喷杆喷雾雾滴特性与飘移性能之间的关系,运用激光粒度分析仪、粒子图像测速(PIV)和集雾试验测量装置对Lechler标准扇形喷头ST110-01在不同喷雾压力、风幕出风口风速和喷雾高度情况下的雾滴粒径、速度分布和飘移进行了试验,但飘移率逐渐变大;在400~600mm时,增大喷雾高度使雾滴粒径变大,雾滴的运动速度逐渐变小且飘移率变小;增大风幕出风口风速使雾滴粒径变小,此时喷雾高度对雾滴飘移率有着很大的影响。该研究可为正确设定喷雾系统运行参数等提供参考,对风幕式喷杆喷雾能够合理地喷施药液、减少雾滴的飘移和增大雾滴覆盖面积具有重要意义。     

锥形风场式防飘移装置雾滴沉积特性研究

喷雾机械在进行植保作业时雾滴飘移和沉降是影响作业效果的重要因素。为减少雾滴飘移和非靶标区域内的无效沉降，设计了一种锥形风场式防飘移装置，以锥风风速、侧风风速、喷雾压力为因素，通过三因素三水平室内雾滴飘移沉积试验，明晰锥形风场对雾滴沉积效果的影响规律。结果表明：3种因素对雾滴的沉积特性都有较为显著的影响，其影响由大到小依次为：锥风风速、侧风风速、喷雾压力。当侧风风速为2m/s时，有锥风作用的雾滴体积中径较无锥风平均降低了11.7%，雾滴覆盖率、沉积密度、沉积量分别提高了21.9%、26.7%、22.6%。响应曲面模型优化结果显示，当侧风风速2m/s、喷雾压力为0.34MPa、锥风风速为16.53m/s时，雾滴沉积量最优值为3.14μL/cm2。当侧风风速大于2m/s时，应该降低喷雾压力、增大锥风风速，从而保证较优的雾滴沉积量。试验验证结果与模型预测基本吻合。     

基于双峰分布的风胁迫雾滴沉积分布模型研究

为研究因风胁迫产生的雾滴飘移对雾滴沉积分布的影响规律，设计了三因素三水平的喷雾飘移沉积试验，测定了不同条件下的雾滴沉积量分布。为更好描述雾滴飘移沉积分布情况，建立了基于正态分布概率密度函数的双峰分布式数学模型，系统地表达了沉积范围与沉积量的关系，分析了各水平因素对双峰分布式中各参数的影响。结果表明，沉积量参数k1与k2变化规律相反，随着喷雾高度、喷雾压力和横风风速的增加，k1减小而k2增大，质量由第1峰值分布向第2峰值分布转移；双峰分布的2个位置参数μ1、μ2具有相同的变化趋势，均随着风速、高度的升高而增大，随喷雾压力的升高而减小，因此增大喷雾压力可以减小中心飘移距离；第1和第2峰值分布的范围（尺度参数σ1、σ2）均随着喷雾高度和风速的增加而增加，沉积量分布更加分散；增大喷雾压力可以有效减少第一峰值的质量分散，但对第2峰值分布无影响。本文探究了不同强度横风作用、喷雾高度和喷雾压力对雾滴飘移沉积分布的影响，可为优化农药喷雾技术和增强雾滴抗飘移能力提供参考。     

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。     

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...     

冬小麦田植保无人飞机喷施除草剂雾滴粒径及沉积飘移分布特性评估

随着植保无人飞机作业面积的增加，雾滴飘移风险也日益凸显，尤其以除草剂飘移风险危害最高。为明确除草剂溶液对雾滴粒径的影响及植保无人飞机喷施除草剂雾滴沉积飘移分布特性，本研究通过室内雾化室测定了植保无人飞机安装的离心转盘雾化喷头喷洒清水及常用的15种麦田除草剂溶液的雾滴粒径分布，并通过田间试验在药箱中添加荧光示踪剂（60 g/hm²）测定喷施作业区和飘移区的雾滴沉积量分布。室内测定结果表明，与清水相比，除草剂溶液对雾滴粒径影响显著。除唑草酮水分散粒剂外，其余溶液经离心转盘雾化喷头喷洒后，雾滴体积中径较清水均有所降低，且最大降低22.0%；小雾滴（V<150 μm）比例均有所增加，最大增加50.8%。田间飘移试验表明，植保无人飞机喷洒150 μm雾滴，在环境侧风风速为3.76 m/s时，作业区的雾滴沉积覆盖度和雾滴沉积密度仅为风速0.74 m/s时的41.3%和42.2%，且均匀性显著降低。在飘移区下风向12 m位置，雾滴沉积量为作业区的10%以下；下风向50 m处，雾滴沉积量低于检测限（0.0002 μL/cm²）。飘移比率随风速的增加而增加，当风速达到3.76 m/s时，雾滴飘移比率达到46.4%。不同侧风风速下，90%的累积飘移位置在4.8~22.4 m。对飘移区沉积量与飘移距离、侧风风速拟合，结果表明下风向沉积量与风速呈正比。本研究为植保无人飞机冬麦田不同风速作业下的雾滴飘移距离提供数据支持，为喷雾飘移缓冲带、飘移风险评估提供依据。     

气流辅助防飘移流场三维数值模拟

采用离散相模型、标准k-ε湍流模型与Couple算法,应用计算流体力学软件Ansys Fluent,对气流辅助喷雾流场进行了三维数值模拟.研究气流辅助的防飘移机理,分析不同条件气流辅助喷雾对雾滴飘移的影响.计算结果表明:气流辅助通过改变自然气流运动方向,胁迫雾滴运动,可以明显减少雾滴的飘移量;风量越大,产生的飘移越小;气流方向与垂直方向成30.时,产生的雾滴飘移率最小;喷头越接近辅助气流,产生的飘移越小.自然风速小于5m/s时,辅助气流能够有效地防止雾滴飘移;自然风速大于5m/s时,雾滴飘移率大于40％.     

超高地隙喷杆喷雾机风幕式防飘移技术研究

结合超高地隙喷雾机实际结构,应用ANSYS Fluent软件,采用标准k-ε湍流模型、离散相模型与Couple算法,建立了超高地隙喷杆喷雾机风幕式气流辅助施药技术雾滴沉积飘移分布模型,对飘移率与各影响因素之间的关系进行了仿真研究,确定了不同风机转速下雾滴飘移率与其各影响因素之间的函数关系,并对模拟研究结果的准确性进行了试验验证.研究结果表明,所建模拟模型能够比较准确地反映风幕系统各作业参数对雾滴飘移率的影响规律,其中辅助气流喷射角度、喷头水平安装位置、自然风风速、风机转速,以及辅助气流喷射角度和自然风风速、辅助气流喷射角度和风机转速、喷头水平安装位置和自然风风速、自然风风速和风机转速的交互作用都对飘移率有显著的影响.     

气流辅助式喷雾工况参数对雾滴飘移特性的影响

采用三维流场的多相流计算流体力学模型,研究雾滴在自然风影响、辅助气流胁迫和自身重力作用下在连续相和雾滴粒子群离散相耦合的交互作用,并分析了不同工况参数对雾滴漂移特性的影响.结果表明:增大风筒气流出口速度,可以胁迫雾滴向靶标运动,减少雾滴飘失率.当喷嘴流量较小时,雾滴飘失率变小的趋势最为明显.然而喷嘴流量过大时,雾滴整体抗飘失能力显著下降.辅助气流的喷雾角对减少雾滴飘失相对于自然风速、辅助气流风速没有显著的影响.     

施药技术参数对旋翼植保无人机喷雾特性的影响

植保无人机的高质量作业是农业航空实现精准作业的前提,因此对喷雾系统作业特性进行研究显得尤为重要。为了探究影响植保无人机喷雾质量的因素,本研究应用喷雾性能综合试验台（吉林省农业机械研究院研制）对无人机在不同旋翼转速、喷雾高度、离心喷头转速情况下的雾滴沉积分布、雾滴粒径进行了试验测试并对12组试验的沉积特性和粒径数据进行了回归分析。结果表明,同组参数的3次重复试验一致性较好,雾滴发生明显飘移且最大有效沉积率为46.31%,最小为31.74%,由此雾滴有效沉积率均低于50%;对比雾滴粒径D_V10、D_V50和D_V90的回归分析结果,喷雾高度P值大于0.5,喷头转速和旋翼转速P值小于0.5,由此可知,喷雾高度对沉积量影响极显著,但对雾滴粒径的影响不显著;喷头转速和旋翼转速对雾滴粒径影响极显著,而对沉积量影响不显著。本研究试验结果可为提高无人机作业质量和喷洒效率提供理论依据及数据支撑。     

喷雾技术参数对雾滴飘移特性的影响

为了研究不同技术参数对雾滴漂移特性的影响,在可控风洞环境条件下测试了不同型号喷头在不同喷雾技术参数下的抗飘失能力,结果表明:喷头型号变小、喷雾压力和风速增大都增加了飘失对于喷雾高度变化的敏感程度,Lu喷头的敏感程度大于ID喷头;改变喷雾方向角对雾滴飘失的影响相对于风速、喷头型号并不显著.     

助剂影响大载荷植保无人机喷洒沉积特性的试验研究

为了研究助剂对大载荷植保无人机喷雾沉积分布均匀性、雾滴抗飘移性和抗蒸发性的影响,通过添加5种喷雾助剂改变液滴的表面张力,并利用热线风速仪测量了FR-200大载荷植保无人机不同作业环境下的风速和温度,对FR-200大载荷植保无人机的雾滴沉积分布均匀性、抗飘移性和抗蒸发性这3种喷洒沉积特性进行了试验研究.试验采用图像处理软件DepositScan分析雾滴沉积参数,获得雾滴沉积分布规律.结果表明:大载荷植保无人机添加喷雾助剂进行施药作业时,能提高靶区范围内的沉积浓度,溶液的表面张力越低、雾滴沉积分布越均匀;在侧风作用下大载荷植保无人机不使用助剂时飘移现象十分明显,加入5种喷雾助剂后均能明显改善雾滴抗飘移性;通过分析不同温度对雾滴沉积的影响,发现温度升高时,添加助剂可以提高大载荷植保无人机喷洒雾滴的沉积浓度,说明助剂可以改善雾滴的抗蒸发性.     

扇形喷头雾滴粒径分布风洞试验

利用开路式风洞系统和Sympatec激光粒度仪测试了参考喷头的雾谱尺寸以此作为喷头雾谱等级的依据。对扇形雾喷头在不同压力、风速、喷头与激光粒度仪距离情况下的雾滴粒径、数量和范围进行了试验。试验结果表明,压力、风速、喷头与激光粒度仪之间距离的增大,都导致扇形雾喷头的雾滴体积中径变小,尺寸小于150μm的雾滴占全部雾滴体积的百分比变大,增加了农药脱靶飘移的可能性,同时压力和风速的增大都导致部分喷头的雾谱等级降低。为了保证激光粒度仪对雾滴粒径测试结果的可靠性,可以使用风洞试验和调整喷头与激光粒度仪的距离,来减小因细小雾滴通过激光束过程中速度迅速衰减而对测量结果带来的影响。     

Spray Drift from Hydraulic Spray Nozzles: the Use of a Computer Simulation Model to Examine Factors Influencing Drift

The effects on spray drift of nozzle size, angle and operating pressures for boom-mounted hydraulic nozzles operating over a range of meteorological and crop conditions, was investigated using computer simulation. The results showed that the measurements of droplet size, particularly the percentages of spray volume in droplets less than 100 μm in diameter, critically influenced spray drift. Measurements made with an optical imaging system gave data which showed insensitivity to some of the parameters studied, in particular, nozzle size. Results using measurements from this instrument indicated greater spray drift from 80° nozzles mounted at 0·5 m above the crop than from 110° nozzles operating over a comparable range of flowrates and positioned 0·35 m above the crop, despite the coarser spray quality produced by the nozzle with the smaller fan angle. Further simulations were carried out using data from a Phase Doppler analyser in which better resolution of size was possible at droplet diameters <100 μm. Using this data, the model indicated an increase in the mass flux of down-wind airborne spray in conditions that encouraged evaporation; this effect was probably over-estimated because of the assumed constant local air moisture content.Spray drift was shown to increase approximately linearly with wind speed; the rate of increase for a given spray sheet angle and operating pressure was a function of nozzle size. The simulation was also used to demonstrate that a measurement of wind speed made at a height of 2 m above a tall crop signifies a greater drift hazard than the same wind speed measured over a short crop at the same height above the ground.     

不同转速和不同水平风速对离心式喷头喷雾漂移的影响

在离心式喷头喷雾系统中,转速和水平风速是影响其喷雾漂移的主要原因。为此,对雾滴建立能量方程,从理论方面描述了雾滴漂移的程度;搭建了离心式喷雾系统试验平台,分析不同转速下雾滴直径变化情况以及不同转速、不同水平风速对离心式喷头喷雾漂移的影响规律。雾滴漂移率的理论计算和试验结果表明:水平风速不变时,理论漂移率与试验漂移率都随着转速增大而增大;转速不变时,理论漂移率和试验漂移率也随着水平风速的增大而增大;当喷头转速和水平风速都较大时,漂移率急剧上升且达到了非常大的数值;理论漂移率和试验漂移率之间的误差不超过3%,说明从能量角度对雾滴的喷雾性能进行理论描述是合理、可行的。该理论分析和试验研究可为离心式喷头喷雾系统实际应用提供参考。     

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。     

多旋翼无人机旋翼下方风场对航空喷施雾滴沉积的影响

风场是影响航空喷施雾滴沉积分布特性的重要因素之一。为了揭示多旋翼无人机旋翼下方风场对雾滴沉积分布的影响机理,通过无人机旋翼风场测量系统测量多旋翼电动无人机旋翼下方的风场分布,同时结合航空喷施雾滴在水稻冠层的沉积情况,分析旋翼下方X、Y、Z 3个方向的风场对雾滴沉积分布的影响,并对试验结果进行了方差分析和回归分析。结果表明:在无人机旋翼下方3向风场中,X和Y向风速对有效喷幅区内雾滴沉积量的影响不显著,Z向风速的影响极显著;X向风速对有效喷幅区内雾滴沉积穿透性的影响不显著,Y和Z向风速的影响分别为显著和极显著;X和Y向风速对雾滴沉积飘移的影响均不显著,Z向风场的影响显著;且当水平方向上X、Y向风速峰值越小、垂直方向上Z向风速峰值越大时,雾滴沉积均匀性越好,最佳值达到36.44%。另外,有效喷幅区内雾滴沉积量与因素Z向风速之间的回归模型及有效喷幅区内雾滴沉积穿透性与因素Y和Z向风速之间的回归模型的决定系数R~2分别为0.868和0.842,表明模型可以为实际作业提供指导。