设施固定管道式二相流常温烟雾系统雾滴沉积试验

针对缺乏设施专用高效施药机具,现有机具雾化性能差,农药有效利用率低,人员受毒害严重等问题,设计了设施固定管道式二相流常温烟雾系统,并结合推车式常温烟雾机,进行了喷雾性能对比试验,同时以结果期苏椒5号为试验对象,研究了作物冠层对二相流烟雾系统雾滴沉积分布的影响。试验设置二相流烟雾系统的工作气压为0.3MPa,液压为0.05MPa,施药流量为2L/min;常温烟雾机放置在温室中间位置距离前方采集区域2m处,风筒与水平地面呈15°倾角,向正前方喷雾,施药流量为1.5L/min,总施药时间为5min。结果表明,二相流烟雾系统每个采集区域的沉积量最大值均出现在喷头喷射方向前方约1m处（采样点4或5,与喷头喷射方向有关）,CV1稳定在25%~35%之间,反映出横向各采样点雾滴沉积量的差异和分布规律的一致性;常温烟雾机雾滴沉积量在前、中、后各区域内的变异系数分别为70%、29%和0,导致前方（7~9m）各采样点雾滴沉积量变异系数高达70%的原因是雾滴集中沉积在烟雾机前方的固定区域（采样点3~6）,而在两侧的沉积量过低,后方（41~43m）沉积量变异系数为0,是因为烟雾机风送距离有限导致后方各采样点无雾滴沉积。从沉积量的区间分布特性看,与常温烟雾机相比,二相流烟雾系统各采集区域雾滴沉积量的变异系数仅为13%。以上结果说明,二相流烟雾系统能够实现整个棚室的无人施药作业,且雾滴沉积分布均匀性较好;棚室内作物的存在有利于雾滴在周围叶片上聚集,雾滴沉积量在竖直高度和不同区域的分布无显著差异,变异系数不大于13%。综上所述,二相流烟雾系统工作性能稳定,雾滴分布均匀,可明显提升对病虫害的防治效果,能够实现人药分离作业。     

基于机器视觉的常温烟雾机喷雾角测量系统

针对常温烟雾机喷雾角测量方法中存在的问题，提出了利用数字图像处理技术结合最小二乘拟合方法对常温烟雾机的喷雾角进行图像检测的方法。该方法实现了喷雾角的非接触测量，避免了常用方法对喷雾现场的干涉，减少了人工测量方法带来的误差。试验结果表明，该方法简单可行，而且能够实现快速检测。     

内燃机驱动常温烟雾机的电气特性

内燃机驱动常温烟雾机的轴流风机动力是由本系统内燃机驱动的直流发电机提供。为了确定电气系统的组成构件及其规格、技术参数，本项目在二相流喷雾试验台上进行了逐项及组合性能试验。掌握了各要素的工作原理、技术性能、匹配参数及合适的工况点，为设计、研制内燃机驱动常温烟雾机提供了依据。     

大棚温室病虫害防治新机具

由农业部南京农机化研究所设计制造的大棚温室病虫害防治新型机具--3YC-50型常温烟雾机,主要用于蔬菜、花卉病虫害防治.其核心作业部件是气液二相流喷头.在高速气流的作用下,在喷嘴处形成局部真空,将药液吸入喷头体内,压缩空气与药液在喷嘴外缘处混合雾化,然后喷射在棚室空间.由于药液雾滴细,能在空间悬浮2 h～6 h,并很均匀地附着到植物各处,防治病虫害效果很佳.     

常温烟雾机棚室喷雾雾滴沉积分布试验研究

应用常温烟雾机进行了棚室喷雾试验,研究常温烟雾施药技术在南方中档塑料棚室内的喷雾适应性、雾滴沉降分布规律、雾滴沉积密度及试验参数设置合理性.结果表明：雾滴沉积均匀性较好,变异系数平均为0.28;雾滴沉积密度很高,平均在31.44粒/mm^2;试验参数设置基本合理.采用常温烟雾施药技术将提升设施农业病虫害防治水平.     

密闭空间冷烟雾滴沉积分布特性研究

对常温烟雾机进行了密闭棚室喷雾试验,研究常温烟雾施药技术在南方中档塑料棚室内的喷雾适应性、雾滴沉降分布规律、雾滴沉积密度及试验参数设置合理性。结果表明：雾滴沉积均匀性较好,变异系数平均为0．28;雾滴沉积密度很高,平均在31．44粒／mm^2;试验参数设置基本合理。采用常温烟雾施药技术将提升设施农业病虫害防治水平。     

内燃机驱动常温烟雾机及其施药技术

常温烟雾施药法是设施农业病虫害防治的新技术。为了向缺电区域提供施药机具．本项目在研制电力驱动常温烟雾机的基础上，开发了高速空气压缩机、配置了小型汽油机、直流发电装置，研制了3YC-50J型内燃机驱动常温烟雾机。通过机具性能试验、质量检测和田间生产防治病虫害效果试验．表明机具性能良好、质量可靠、使用方便、防效显著：并探索了具体的施药方法。     

一种新型环保节水施药技术——常温烟雾施药技术

设施农业病虫害问题日趋严重，发生的规律和特点不同于露地栽培．迫切需要新的施药技术和机具。常温烟雾施药技术及机具，主要应用于设施农业喷洒农药防治病虫害，同时．在畜场禽舍及仓库的卫生消毒、蘑菇栽培、叶面施肥等场合也有广阔的应用前景。除农业用途之外，常温烟雾施药技术及机具应用还可扩展到工业水雾降温、增湿．宾馆、医院、游乐场所的卫生防疫、杀虫消毒等领域。     

喷雾性能试验台的设计与研究

主要介绍了喷雾性能试验台测试与控制系统的研究与设计.同时,提出了通过数字图像处理和最小二乘法测量喷雾雾锥角、采用超声波精确测距技术进行喷雾均匀性检测以及应用传感器融合技术获取液泵性能参数的理论和方法.由计算机与PLC系统实现实时监控.本试验台的试验条件满足国家标准要求,能自动完成各种类型的农业植保用液力喷杆式喷雾机喷头及液泵的性能试验.     

3YC-50型常温烟雾机

由农业部南京农机化研究所设计制造的大棚温室病虫害防治新型农柳具——3YC-50型常温烟雾机，主要用于蔬菜、花卉病虫害防治。其核心作业部件是气液二相流喷头。在高速气流的作用下，在喷嘴处形成局部真空．将药液吸入喷头体内，压缩空气与药液在喷嘴外缘处混合雾化，然后喷射在棚室空间和蔬菜、花卉等植物上。由于药液雾滴细，能在空间悬浮2～6h，并很均匀地附着到植物各处，防治病虫害效果好。     

塑料温室内的雾滴沉积分布研究

为了开发设施农业病虫害防治的常温烟雾施药技术，在密闭温室内进行了常温烟雾喷雾雾滴沉积试验，对4种机型、3种温室的试验结果作了分析比较，从而探讨了雾滴粒径与沉积密度的相关关系，喷射部件上设置的轴流风机对雾滴分布均匀性的提升作用，作物不同部位的雾滴沉积差异，并推导出施药时喷雾量的测算方法。     

脉冲式烟雾水雾机工作频率影响因素研究

脉冲式烟雾水雾机以脉冲发动机为动力,可施放烟雾或水雾,从而满足植物不同生长时期的施药要求。脉冲式烟雾水雾机工作频率取决于其声学结构条件、加热条件以及药液烟化或雾化时反馈作用共同耦合时的振荡频率。如不满足任一条件或反馈扰动过大,则无法形成振荡系统,或使原有的系统停止振荡,从而导致发动机熄火。通过改变脉冲发动机油门开度、药液类型（用0#柴油和清水代替热雾剂农药和水雾剂农药）以及进入喷管内的药液流量,对脉冲式烟雾水雾机进行了工作频率的影响因素研究。结果表明,不喷药状态时,实际工作频率高于理论工作频率,平均相对误差为26.6%;喷药状态时,热雾剂或水雾剂农药进入喷管内热力烟化或雾化后,均会引起实际工作频率的下降,水雾剂农药雾化后工作频率的下降幅度大于热雾剂烟化后的频率下降幅度,水雾剂农药热力雾化比热雾剂热力烟化对原有脉动燃烧振荡系统的扰动大。据此重新构建了脉冲式烟雾水雾机喷烟雾或喷水雾工作频率的数学模型。喷烟雾和喷水雾状态下,工作频率与药液流量之间均呈负比例线性关系,其比例系数分别为-0.1357、-0.1157Hz·h/L;工作频率与燃油消耗率之间均呈正比例线性关系,其比例系数分别为38.58、30.73Hz·h/L。应用新构建的模型所引起的最大相对误差只有2.2%和1.4%,表明构建的工作频率数学模型可用于脉冲式烟雾水雾机在常规喷药量范围内工作频率的计算。     

多旋翼无人机不同作业参数对花生冠层雾滴沉积分布特性的影响

为探究无人机航空喷施时花生冠层雾滴沉积分布规律,设计无人机不同喷雾作业参数对花生冠层的雾滴沉积分布影响的试验。该试验以DJ T20型多旋翼电动无人机进行作业,以清水代替农药喷施采集雾滴沉积数据,以图像处理软件Depositscan来分析采集来的水敏纸数据。结果表明：各组试验的雾滴沉积分布趋势均相似,在靶区内雾滴沉积大致呈正态分布,受环境风场的影响,大量雾滴在中心航线左侧沉积,受无人机起飞时速度和高度的影响,各区域内第一条采样带R1的雾滴沉积效果较好;从雾滴沉积量、沉积密度均匀性分析可知,当飞行速度为2.5 m/s、喷雾流量为1.6 L/min,飞行高度为3.5 m时,喷雾效果最佳,为最佳作业组合;飞行高度、飞行速度对靶区内雾滴沉积量、雾滴沉积均匀性影响均显著。该研究对提高无人机喷施效率具有十分重要的指导意义。     

山地果园管道自动喷雾系统设计与试验

基于管道的自动喷雾技术及设施可以解决山地果园植保作业中喷雾作业效率低、劳动强度大、移动式喷雾机械难以进入的问题。本研究设计了适用于山地果园的管道自动喷雾系统,主要包括喷雾首部、喷雾管道、自动喷雾控制器及喷雾小组等结构,计算了山地果园管道药液压力损失,研制了自动喷雾控制器,并开发了控制程序。喷雾作业时,喷雾首部将药液经管道引入果园,利用自动喷雾控制器控制电磁阀,逐次打开或关闭喷雾小组,实现手动控制或自动控制喷雾。为确定电磁阀持续开通时间,进行了喷雾有效性试验。结果表明,控制喷雾小组的电磁阀持续开通8 s即可保证喷雾的有效性;采用这种管道自动喷雾设施的喷雾作业效率为2.61 hm²/h,与人工喷雾相比,提高了喷雾作业的效率。本研究可为山地果园的喷雾技术及智能施药设施的研发提供参考和思路。     

液位监测技术在植保无人机中的应用分析

为了探究适合植保无人机药箱液位实时监测的可行方法,阐述了国内外常见的接触式和非接触式液位监测方法,包括差压式、浮体式、电极式、电容式、超声波式、激光式、光电式、流量计式、机器视觉式、雷达式等主要方法,指出了植保无人机作业过程中,其药箱存在的特点,包括液面波动剧烈、药液的理化特性各异、药箱空间小、防腐蚀要求高等,并对上述常见液位测量方法用于植保无人机药箱液位测量时存在的局限进行了分析,在此基础上,探讨了适合植保无人机质量轻、功耗小、精度高、耐腐蚀药箱液位监测方法及装置,并针对植保无人机药箱液位监测中需克服的难题,提出了气压式液位无线监测的解决方案,为进一步开发适用于植保无人机的药箱液位监测装置提供参考。     

精准施药技术与装备发展现状分析

精准施药以提高农药利用率、降低农药残留对食品和环境污染为目的,是施药发展的方向。为此,首先介绍了国内外精准施药技术发展现状,包括变量施药控制系统、控制算法、对靶施药控制技术和基于处方图施药技术现状分析。其次,分析了国内外精准施药装备发展现状:普遍应用于果园的风送施药机极大提高了工作效率及喷雾均匀性;风幕式喷杆喷雾机适用于大田喷雾,在减小劳动强度的同时提高了喷雾均匀性,降低了药液漂失量;循环喷雾机以回收利用沉积药液为目的,可提高药液的利用效率,减轻对环境的污染。最后,通过比较国内外相关领域的研究现状,指出国内精准施药技术研究不足,需要利用电子信息和自动化技术进一步提升精准施药装备水平。     

车载式施药机末端执行器流量控制策略研究

我国是农业大国,农业经济的健康、快速发展是我国现代经济稳步增长的可靠保障,现代化农业的发展离不开自动化机械的帮助。近年来,车载式施药机逐步在农业病虫害防治中推广使用,但是由于技术相对落后,在施药过程中普遍存在"跑冒滴漏"、农药喷施不均、漂移、蒸发、污染和施药者中毒等问题。为此,在概述车载式施药机系统的基础上提出了基于PID压力反应机制的末端执行器流量控制策略,并对其运行效率进行计算机仿真分析,以期在车载式施药机行走速度不同的情况下保证相同的施药量,并在减少对环境污染的同时也降低农业生产成本。     

基于气力提升技术的河道泥沙输送试验研究

为了验证气力提升技术在河道清淤过程中的应用效果,依据70%浸没深度的普遍工况,搭建了采用气力提升技术的泥沙输送试验平台.在0~4.5 m/s的进气速度下,开展了泥沙提升效率试验,探究了最佳提升效率所对应的进气速度.同时基于Matlab图像处理功能,着重对0.6与1.0 m/s进气速度下的流型进行分析,得到了最佳提升效率附近对应流型的固体颗粒运动特性.研究结果表明,管内流型以及颗粒的运动特性直接受进气速度的影响.在浸没深度一定的情况下,河沙提升效率由进气速度所决定.通过研究不同进气速度下的流型,进而探究不同流型的形成原因,得知当进气速度达到1.0 m/s时,气相被充分离散成均匀细泡,气体与液固两相发生了强烈的动量交换,气体携带的绝大部分动能转移到了固液两相,该进气速度下的提升效率最高,此时的流型亦为气力提升最佳流型.通过测量得到清淤效率与进气速度的关系,验证了气力提升技术应用于河道清淤的可行性.     

生物质热裂解气喷淋冷却系统的试验研究

生物质热裂解气体产物的快速冷却是生物质热裂解液化技术的关键。为此,设计了一种利用生物油喷淋冷却生物质热裂解气的装置,利用空心锥喷嘴产生的雾滴与热裂解气体间的温差实现相间换热,从而快速冷却热裂解气,得到液体生物油。利用粒子图像测速仪(PIV)对喷淋流场进行了冷态试验,试验结果表明,空心锥喷嘴非常适合生物质热裂解气体产物的喷淋冷却。当喷嘴孔径为4.0mm、液体压力为0.2MPa时的雾化效果最佳。在流化床生物质热裂解液化试验台上,利用该喷淋冷却方式对秸秆类生物质热裂解进行了热态试验,试验效果比较理想,生物油的收集率达到43%。