施药喷嘴的喷洒性能研究现状及展望

使用植保机械进行化学农药的喷洒是防治作物病虫害最有效的手段之一,施药喷嘴作为植保机械的关键部件,对作业效果起着决定性作用。随着目前植保机械的迅速发展,施药喷嘴的种类和型号不断增加,作业时喷嘴的选型也变得越来越困难,因使用喷嘴不当造成的雾滴飘失距离远、沉积结构差等问题常有发生,使得研究施药喷嘴的喷洒性能变得十分必要,从而为田间作业施药喷嘴的选用提供理论指导和数据支撑。目前施药喷嘴主要分为液力雾化喷嘴和离心雾化喷嘴,简要介绍这两种喷嘴的分类和特点,总结国内外学者对其喷洒性能的研究进展,包括雾化性能和沉积飘移特性,并对比分析飘移潜在指数的常用计算方法。最后,针对我国专业施药喷嘴选型系统尚未建立的情况提出相关建议,分析目前施药喷嘴的喷洒性能研究仍有试验台的搭建不完善、喷洒介质的使用存在局限性等不足,并指出进一步研究施药喷嘴喷洒性能的发展趋势。     

设施农业可控雾滴喷雾机的设计与试验

“江苏省农业三项工程”项目“设施农业可控雾滴施药技术（CDA）研究及设备开发”主要针对我国设施农业棚室作物病虫害防治的特殊要求,以可控雾滴（离心雾化）技术为核心技术,通过对离心雾化机理研究、离心雾化质量影响因素研究等基础理论研究以及新型离心雾化喷射部件、低压小流量潜水液泵、电子控制夹管流量阀、风筒三维转向机构、共基座双转子双速电机、机电一体化自动控制系统等基础部件研究。研制开发了遥控式风送变量可控雾滴喷雾机,为我国设施农业棚室作物病虫害防治提供了适用性强、可靠性好、安全性高、防治效果显著的新型施药技术装备。     

航空喷雾用电动离心喷头试验研究

简述电动离心喷头的结构和工作原理,并利用专用试验台对电动离心喷头进行性能试验.试验表明:雾化盘的转速、喷嘴流ht和喷雾高度对雾滴体积中径和喷幅影响较大,而对雾滴分布均匀影响不大.确定无人直升机喷雾最佳作业参数:喷雾高度5m,流量850m1/min,雾化盘转速3094r/min,雾滴体积中径为296.29u,m ,喷幅3.5m.     

基于无人机的静电离心喷雾装置的设计

静电喷雾是高效、低污染新型施药技术,已成为植保领域的研究热点之一。文章设计了基于无人机的静电离心雾化装置,在喷头部分采用了将静电雾化和离心雾化结合的方法,进一步细化雾滴,为植保喷雾的低量化提供了一种思路。     

物理场辅助农业雾化施药技术的研究现状与展望

现阶段,用于辅助农业雾化施药的物理场主要有磁场、电场、热场、风场、超声场。磁电热等物理场可以优化雾滴特性、提高沉积率;风场可以扰动作物冠层、增强雾滴输运性能,提高雾滴穿透性和雾滴沉积量;超声场可以辅助雾化生成均匀、细微的雾滴。为进一步把握物理场辅助农业雾化施药技术的研究动态,分析了该领域的国内外研究成果,分别对磁场、电场、热场、风场、超声场辅助雾化喷施的应用范围、方式方法等进行总结并针对性地指出研究重点与难点。最后,依据农业雾化施药的需求与特点,结合现有的高新技术,展望了未来各物理场辅助雾化喷施技术的研究方向和思路。     

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。     

气泡雾化喷嘴的试验研究

气泡雾化是一种新型的两相流雾化方法,具有更小的雾滴直径和更低的工作压力.为此,设计了一种新型农业施药用的气泡雾化喷嘴,并对其流量和雾化特性进行了实验研究.其试验结果发现:喷嘴的雾化特性主要受气液比的影响,流量特性比较复杂, 气体流量和液体流量之间相互影响,一相流量的变化必引起另一相的流量变化;水平喷射时,颗粒直径沿径向的分布不对称,下方沿径向增大;上方基本不变.喷嘴出口直径的大小对雾化质量影响较小.     

推车式离心雾化喷雾机性能试验研究

对推车式离心雾化喷雾机进行性能试验研究，研究旋转式离心雾化特征、雾滴直径、雾滴沉降分布规律、雾滴沉积密度均匀性、风送低量喷雾效果等，掌握各参数相互匹配关系与工作机理，为进一步优化改进、产业化设计、关键部件精确工艺研究等提供技术支撑。     

两种离心雾化喷头性能试验研究

研究离心雾化喷头的性能是为了得到精密喷洒的工作参数，丰富我国在该领域的知识。从一系列转速、直径、网目以及有无齿等多因子试验，来评价雾滴分布曲线和雾滴尺寸．通过作规律性的探索．得到离心雾化喷头性能的主要影响因素取决于转速大小。     

设施农业可控雾滴智能施药技术研究与应用

为解决我国设施栽培作物病虫害防治过程中施药量大、农药利用率低,高效防治技术与装备匮乏等问题,利用高速摄影、激光粒度分析等方法,开展可控雾滴雾化机理研究,探明不同雾化器结构参数和工作参数(转速、流量)等对雾滴粒谱的影响主效应。基于离心雾化技术,生物最佳粒径理论等,完成可控雾滴雾化器等关键基础部件的创新研发;集成激光识别、自动化控制等技术,研制设施农业可控雾滴智能施药装备,完成自动识别、定位喷洒对象的自走式对靶喷洒作业,从而在保证防效的同时,提高农药有效利用率,减少农药使用量。通过田间试验可知,转速1 500～3 000 r/min条件下,可控雾滴智能施药装备的雾滴粒径在30～200μm无级可控,且水平射程≥8 m,实现人机分离作业,提高作业效率,避免化学农药对施药人员的危害。     

无人直升机远程控制喷雾系统

设计了基于德国VARIO公司的多用途无人机的远程控制低量喷雾系统。在无人机上搭载了包括药箱、控制箱、液泵、管路系统、悬臂装置和雾化喷头的喷雾系统,并设计了专用于无人机喷雾的远程控制系统,通过地面远程遥控控制喷雾系统的施药工作。对影响离心雾化喷雾效果主要因素进行理论研究和性能试验,获得了雾化盘直径为80 mm的离心雾化喷头的最佳作业参数,即雾化盘转速为6 000 r/min、喷雾量为48 L/h,雾滴的体积中径为138.558μm和喷幅为3.42 m。     

电动转笼二次残差补偿雾化模型建立与试验

为解决航空施药作业时雾滴粒径变量精细控制的难题，采用二次回归正交试验与机器学习相结合的方法建立了二次残差补偿雾滴粒径模型。在以Aerial-E型电动转笼雾化器为控制对象的雾化试验平台上进行了二次回归正交试验，分析了雾滴粒径与风速、施药流速、雾化器转速之间的相关性，建立了雾滴粒径模型；为了提高雾滴粒径模型预测精度，添加补偿因子建立了第1次优化雾滴粒径补偿模型；利用机器学习构建了第2次残差预测模型，将第2次残差预测模型与第1次优化雾滴粒径补偿模型线性叠加，得到了二次残差补偿雾滴粒径模型。为验证二次残差补偿雾滴粒径模型的有效性，进行了模型验证试验与对比试验，试验结果表明，二次残差补偿雾滴粒径模型预测偏差绝对值最大为10.78%，其预测值与测量值的决定系数R2为0.95，比无补偿雾滴粒径模型提高了0.06，比第1次优化雾滴粒径补偿模型提高了0.05。将二次残差补偿雾滴粒径模型进行了等效变形，得到了电动转笼二次残差补偿雾化模型，基于该模型设计了电动转笼雾化系统，并进行了系统应用试验，结果表明，该系统雾滴粒径设定值与测量值的决定系数R2为0.94，雾滴相对分布跨度均小于1.6，实现了在恒定风速、施药流速条件下雾滴粒径的控制。本研究结果可实现航空施药作业时雾滴粒径变量精细控制。     

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.     

离心雾化（可控雾滴）测试技术与装备

该装备可用于离心雾化部件转速、流量、雾滴粒谱、喷雾分布模型及几何尺寸测试,并可对雾化过程进行测控,为离心雾化机理研究和新型离心雾化喷射部件的研发提供高水平的试验研究平台.     

气流作业下雾滴粒径稻株间分布特性与风洞模拟试验

为探究气流涡旋作业方式对航空喷施雾滴粒径分布的影响,以XR-Teejet 110015型压力式扇形航空喷头为研究对象,在风洞和田间环境中进行了雾滴粒径测试试验。风洞测试模拟田间环境风速设置气流速度,同时设置了3种喷施压力,使用激光粒度分析仪测量雾滴粒径。田间试验以四旋翼无人机为施药载体,对杂交水稻进行精准对靶喷施,并对各架次无人机旋翼气流与冠层互作程度不同所形成的涡旋形态对应的雾滴粒径分布特性进行了分析。结果表明:风洞条件下,各测试喷头均处于非常细的雾化等级,雾化性能良好且稳定;田间试验中,涡旋形态对雾滴粒径分布影响显著; 3种涡旋形态下,小于200μm的雾滴粒径综合平均占比分别为73. 52%、74. 21%和84. 20%,与风洞测试结果较为一致,但田间试验所得雾滴粒径值明显偏高;明显的涡旋形态与小范围涡旋形态雾滴粒径在作物各层位分布趋势较为平缓,各层雾滴体积中径变异系数均处于3. 96%～10. 66%之间,无涡旋形态各层雾滴粒径分布则体现较大的波动性,变异系数也较高,处于9. 49%～17. 11%之间,说明较为明显的涡旋形态有助于雾滴在作物冠层垂直空间的穿透,达到更好的施药效果。研究结果可为农用无人机田间精准喷施作业提供参考。     

压力旋转喷嘴静电喷雾雾滴粒径分布试验

为了研究一种高压静电压力旋转喷嘴的雾化特性，采用浸入法测量了该喷嘴喷雾雾滴粒径在喷嘴轴向的分布状况。试验选择了3个可变操作条件：液体压力、液体流量及静电电压情况下。试验结果表明：随着液体压力、液体流量及静电电压的增加，喷雾雾滴粒径都变小且分布都会更均匀。通过对不同条件下试验数据的分析比较，发现这3个条件对雾滴粒径分布的影响存在相姜牲一苴巾替由．由．压的影响相对茹女．     

静电喷嘴雾化特性与沉积效果试验分析

为了探究电极材料对静电喷嘴雾化效果和荷电性能的影响,确定设计的静电喷嘴的最佳作业参数,并明确静电作用对雾滴沉积效果的影响,以电极材料、电极电压、喷施压力和喷孔直径为喷施变量,针对设计的静电喷嘴进行室内雾化和沉积试验。研究结果表明:设计的静电喷嘴最佳电极电压为8 k V,最佳电极材料为紫铜,最佳喷施压力为170 k Pa;相比于非静电喷雾,静电作用开启后,静电喷嘴的有效喷幅增加约50 cm;在3个采样层的雾滴沉积密度依次增加了23、19、10个/cm2;在喷嘴雾化的所有雾滴中,粒径在50~120μm区间的雾滴受静电作用影响最大,静电作用开启后,此区间段内的雾滴沉积数量增加了约2倍,当雾滴粒径大于120μm时,雾滴沉积密度随雾滴粒径的增大呈下降趋势;沉积的雾滴主要是粒径在180μm以下的雾滴,因此适合最佳生物粒径为180μm及180μm以下的作物。     

一种基于时间序列图像中的雾滴匹配方法的实现

在利用图像处理进行喷嘴雾化性能检测过程中,为了能够解决同一雾滴在相邻两幅图像中的自动匹配问题,提出了应用雾滴邻域匹配概率算法,实现了对不同时刻图像中的同一雾滴进行匹配的方法.实验结果表明:该方法实现了对同一雾滴在不同帧图像中的自动匹配,匹配速度快、正确率高.     

旋翼气流式静电雾化装置的试验研究

将静电喷雾技术和气流辅助喷雾技术结合,设计旋翼气流式离心静电雾化装置,应用于设施农业的病虫害防治。研制环状电极使雾化后的雾滴荷电,并在旋翼气流的作用下增加雾滴的穿透性,从而提高雾滴在中下层的沉积量。建立包括荷质比测试、雾滴粒径测试和雾滴沉积效果试验的雾化性能测试系统,并开展试验研究。研究结果表明,雾滴的荷质比会随充电电压的增大而增大,随转盘转速的增大有增大的趋势,荷质比最大值为1.58mC/kg;转盘转速对雾滴粒径有明显影响,随着转盘转速增加,雾滴粒径变小,其变化范围为86.55~118.62μm,能够满足设施农业超低量喷洒作业要求。当离心式喷头转盘转速为6 000r/min、旋翼转速1 200r/min、充电电压8kV时,雾滴在靶标中层、下层的均匀性和沉积效果较好。研究结果对旋翼气流式离心静电雾化装置在设施农业上的应用提供技术参数。     

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。