烷基聚葡糖苷液滴在黄瓜叶面的润湿状态及动态铺展行为

为了探究烷基聚葡糖苷(alkyl polyglycosid,APG)在黄瓜叶面的动态润湿行为及其动态接触角变化规律,采用表面张力与接触角测量仪测量了一次去离子水和9种质量百分数APG水溶液(14.35%~85.78%)的表面张力、液滴叶面接触角与动态接触角、前进角与后退角、铺展直径等动态润湿参数。依据Tanner法则对接触角滞后现象、铺展驱动力成因进行分析和推测,并应用幂次法则拟合了铺展直径与幂值和时间的关系曲线。结果表明,9种APG水溶液的表面张力介于27.96~29.73 m N/m小幅范围内,而接触角却在11.35°~34.20°较大范围内变化;接触角滞后性(Δθ=46.89°)较大,反映出一次去离子水在活体植物黄瓜叶面的接触角变化符合粗糙表面上接触角滞后现象的基本规律;各质量百分数APG溶液的动态接触角在前1 s内急速下降,在之后1~10 s平稳减小并渐趋于稳定;APG在黄瓜叶面的铺展直径与时间的关系均较好地符合幂次法则,据此推测动态表面张力是黄瓜叶面(界面)占据绝对优势的铺展驱动力。     

基于驻波与ZigBee实时监测雾滴蒸发系统设计与试验

雾滴在叶面上蒸发时间长短,会改变叶面对农药的吸收效率.为了阐述药液在叶面的蒸发情况,该文设计了基于驻波与Zig Bee无线传输的雾滴蒸发实时监测装置.该装置以STM32为核心搭建Zig Bee网络,雾滴采集传感器信号由RS232串口传至基于Lab View2014设计的远程终端,并通过波形图实时在线监测雾滴蒸发状况.试验证明该装置能够准确测量药液在叶面的蒸发散失量并显示雾滴面积铺展的波动曲线,较图像处理方法误差小,易操作,更具实用性.试验还表明:1)蒸发时间与粒径大小呈正相关,随粒径增大而增长,但当粒径超过242.3μm时,蒸发时间随粒径增大而增长的趋势更为明显.2)蒸发时间与面积铺展率呈负相关,随面积铺展率的变大而减少.当有机硅体积分数由0.025%增到0.050%时,雾滴面积铺展率呈变大趋势,但当由0.050%增到0.100%时,雾滴铺展率增长幅度相对缩小.3)该装置不仅能够实现远程检测,避免接触药液,而且实时分析雾滴在叶面的蒸发时间与面积铺展率,合理选择有机硅体积分数与雾滴粒径,有助于改善叶面对药液的吸收效率.     

农药雾滴沉积特性研究进展与展望

农药雾滴在喷施过程中因无法有效润湿靶标而出现反弹、飞溅、聚并滚落等现象,致使周边环境受侵害,严重威胁生态稳定及安全。由于雾滴沉积过程较为复杂,且相关机理尚不成熟,因此雾滴沉积特性研究是实现药液有效沉积,推动病虫害防治技术快速发展的关键。该文从单液滴微观动力学和雾滴群沉积飘移特性两个方面对目前研究进行总结,主要阐述了单液滴撞壁行为研究方法、影响单液滴界面行为的主要因素及单液滴撞壁理论建模研究;雾滴群分布特性研究方法、沉积量收集及检测方法以及雾滴群建模研究;并探讨了以上两种主流研究思路对最终沉积量评估的贡献及目前存在的瓶颈问题,且基于此提出了未来发展建议,以期为农药沉积特性研究及病虫害防治技术提供参考。     

单颗粒液滴飞溅对颗粒起动的影响

通过室内模拟降雨试验,探究单颗粒液滴飞溅对泥沙颗粒起动的影响。试验共设计4种地表坡度（0,15°,25°,35°）及4种粒径的均匀沙（0.098~0.104,0.104~0.5,0.5~0.78,1~1.4 mm）,选取当量直径为4.5 mm的液滴进行模拟试验,同时利用高吸水树脂材料泡发后的水球作为对照组。结果表明,颗粒直径和坡度的变化对颗粒起动的影响较为显著,飞溅子液滴对液滴溅蚀具有重要意义。随着颗粒直径的增大,颗粒的起动逐渐由液滴冲击和子液滴飞溅裹挟共同作用转变为液滴冲击动能传递为主,飞溅携带为辅。当颗粒直径相同时,坡度的增大导致飞溅沙粒不再均衡,斜坡下方的颗粒飞溅量和位移随坡度的增大而增大。坡度越大,下方颗粒溅蚀深度与上方的差距也越大,导致上方颗粒失去支撑,整体失稳垮塌,发生微小滑坡。同种粒径时,树脂水球溅蚀坑的宽深比明显小于相同直径的液滴溅蚀坑,液滴溅蚀量远大于树脂水球直接撞击作用下起动的颗粒量,子液滴的拖曳对颗粒起动具有重要意义。     

农药雾滴在烟叶叶面上蒸发时间的影响因素

开展农药雾滴在作物叶面上蒸发时间的研究是寻找提高农药施药效率的途径之一.选取3种烟叶(T66、NC471和Yun1 10)作为试验对象,把3种表面活性剂(农乳500#、Fairland2408和Tech-408)分别添加到10％吡虫啉乳油、80％代森锰锌可湿性粉剂、或40％菌核净可湿性粉剂农药药液中,混合而形成液体试验...     

太阳能平板集热器件纵横比与板间距优化

为减小平板集热器件边框对吸热板的遮光损失,该文应用几何光学基本原理建立了平板型集热器件平均有效吸热面积系数的数学模型。利用此模型对年均有效面积系数随集热器件纵横比、板间距、倾角、纬度的变化进行了详细分析。结果表明,年均有效面积系数随板间距的增大而减小,纵横比越大越明显;倾角小于15°或大于75°对集热器件平均有效面积系数都是不利的。为便于应用,文中给出了年均有效面积系数不小于0.90的临界板间距。鉴于对流热损失较小的合理板间距为4～6 cm,该文拟推荐合理纵横比≤2/1,北纬20°、30°、40°、50°     

表面活性剂辅助钾肥喷施对烤烟叶片润湿性能、生理指标及品质的影响

为提高烟叶钾肥利用率及改善烟叶品质,以烤烟品种‘K326’为材料,利用接触角法测定了烟叶的临界表面张力;选取蔗糖脂肪酸酯、茶皂素、洗衣粉3种表面活性剂,利用表面张力法确定其临界胶束浓度;以喷施清水和单独喷施钾肥为对照,分别在钾肥中加入3种表面活性剂进行大田喷施试验(CK:喷施清水;CK1:喷施钾肥;T1:喷施钾肥+蔗糖脂肪酸酯;T2:喷施钾肥+茶皂素;T3:喷施钾肥+洗衣粉),测定不同生育期不同处理烟叶钾含量、抗氧化酶活性以及质体色素含量,并对烤后烟叶进行化学成分测定,研究了表面活性剂辅助钾肥喷施对烤烟润湿性能、生理指标及烤后烟叶品质的影响。结果表明:1)烟叶临界表面张力为30.41 mN?m~(-1),属于临界表面张力较低的叶片,较难被液体润湿。表面活性剂蔗糖脂肪酸酯和茶皂素的临界胶束浓度为1 000 mg?L~(-1)、5 000 mg?L~(-1),对应的表面张力值为32.64 mN?m~(-1)、40.33 mN?m~(-1),而洗衣粉浓度2 000 mg?L~(-1)时的表面张力最接近烟叶的临界表面张力,对应的表面张力值为30.30 mN?m~(-1)。加入表面活性剂后,钾肥溶液表面张力显著降低,润湿性能增加。2)表面活性剂促进了烟叶对钾肥的吸收。与单独喷施钾肥相比,加入表面活性剂后,烟叶生长过程中钾含量提高,其中T1、T2处理4个生育期烟叶钾含量均高于CK1处理。表面活性剂辅助钾肥喷施不同程度提高了烟叶SOD、POD酶活性,降低了MDA含量,烟叶抗氧化能力增强,膜脂过氧化程度降低,烟株抗逆性增强。此外,加入表面活性剂后,烟叶功能盛期叶绿素含量、类胡萝卜素含量提高,进而增强了烟叶的光合作用,有利于光合产物的合成和积累。3)加入表面活性剂后,烤后烟叶总氮和烟碱含量降低,钾含量和总糖、还原糖含量升高,化学成分更协调,烟叶品质更加优异。综合来看,添加蔗糖脂肪酸酯处理在提高烟叶润湿性能、促进钾肥吸收以及改善烟叶生理指标、提升品质方面效果最佳。     

大豆玉米兼用清选装置的设计与试验

为解决大豆玉米间套作中收获机清选装置小,清选通用性差、清选时间不足导致的作业效果差等问题,该研究以4LZ-3.0Z小型自走式谷物联合收获机清选装置为基础,改进了一种大豆玉米兼用清选装置的试验台,首先使用EDEM建立玉米清选主要脱出物离散元模型,应用EDEM-Fluent耦合仿真对比原筛箱A（直上筛和下筛）、改进筛箱B（上筛分段、下筛凹面）、改进筛箱C（下筛凹面更大）的清选过程,验证设计合理性。然后选取振动频率、上筛倾角、下筛倾角为试验因素,以含杂率和损失率为试验指标,对大豆和玉米分别进行单因素试验和响应面试验,研究所选试验因素对试验指标影响,并分别获得两种作物最佳工作参数组合。仿真试验结果表明：筛箱B中籽粒透筛区域和物料移动趋势相对于A、C更加利于清选。试验结果表明：所选试验因素对试验结果均有显著影响（P＜0.05）,对于两种作物,当振动频率增大,损失率和含杂率均先降低后上升;当上筛和下筛倾角增大,含杂率先下降后上升,损失率持续下降。大豆响应面试验结果表明：当振动频率为5.9 Hz、上筛倾角为10.5°、下筛倾角为6.5°,最优清选效果含杂率均值为0.622%,损失率率均值为0.439%;玉米响应面试验结果表明：当振动频率为4.7 Hz、上筛倾角为10.3°、下筛倾角为8.6°,最优清选效果含杂率均值为0.956%,损失率均值为0.771%,对比原机的清选装置,改进后大豆清选时含杂率降低38.8%,损失率降低45.9%;玉米清选时含杂率降低29.9%,损失率降低30.1%。本文可为大豆玉米通用联合收获机设计提供理论基础。     

拉拔作用下护坡植物香根草根系的力学性能

植物根系受拔时存在拔断破坏和拔出破坏两种破坏形式,而关于根系倾角对根系受拔力学性能和破坏形式的影响尚不清楚。该研究以香根草作为研究对象,分析不同直径（0.20～1.40 mm）根系单根抗拉性能。并设置不同受拔倾角（0°、15°、30°、45°、60°、75°和90°）的根系进行单根抗拔试验,分析不同生长倾角下单根抗拔性能及其破坏形式,以明确植物根系生长倾角对根系受拔时力学性能和破坏形式的影响。结果表明：香根草根系的最大抗拉力和最大抗拔力随根系直径呈幂函数关系增加,而抗拉强度和抗拔强度则随根系直径呈幂函数关系减小。在受拔倾角为0°、15°、30°、45°、60°、75°和90°时,根系受拔力分别为0.48～2.71、0.59～4.16、0.79～4.08、0.95～4.47、1.86～5.39、2.20～6.39和2.95～7.46 N。随着根系受拔倾角的增加,根系最大抗拔力和抗拔强度增加。植物根系破坏形式受到根系直径和受拔倾角影响,根系直径越小越可能出现拔断破坏,而根系受拔倾角越大,受拔发生拔断破坏的根系数目越多,被拔断的临界根径越大。研究结果表明根系直径和受拔倾角明显影响根系力学性能及拔破时的破坏形式,这对深入理解根系固土机理具有重要意义。     

无人机旋翼风场作用下雾滴在水稻植株上的黏附量模型构建

为了探究植保无人机旋翼风场对雾滴在水稻植株上黏附量的影响规律,该研究以大疆T30植保无人机为施药平台,分别以清水、1%迈飞和0.5%迈图Target助剂溶液为喷洒溶液,基于航空风洞和粒子图像测速系统（Particle Image Velocimetry,PIV）测量了植保无人机旋翼风场作用下的雾流场、溶液的动态表面张力、黏度和密度以及雾滴在水稻叶片表面的动态接触角,分析了植保无人机旋翼风场对雾滴沉降速度的影响,以及飞防助剂对溶液性质参数、喷嘴雾化性能和雾滴在水稻叶片表面润湿铺展能力的影响规律。在此基础上,结合雾滴拦截模型和雾滴与作物叶片表面碰撞模型,建立了应用于植保无人机施药技术领域的雾滴黏附量预测模型,并对模型计算的准确率进行了田间验证试验。试验结果表明,助剂溶液对溶液性质、喷嘴雾化性能、雾滴在水稻叶片表面的润湿铺展能力以及雾滴在水稻植株上的黏附量方面均有不同程度的影响。与清水溶液相比,添加1%迈飞与0.5%迈图Target助剂溶液后,溶液表面张力分别降低了46.81%,62.21%;喷嘴雾化雾滴的粒径均呈增大趋势,约增大9.3%;雾滴在水稻叶片表面的接触角分别降低了27.74%,46.37%;雾滴在每公顷水稻植株上的黏附量分别增加了800.78%和1 051.49%。无人机旋翼风场对雾滴沉降速度和雾滴在水稻植株上的黏附量均有明显影响,旋翼系统开启后,雾滴沉降速度明显增加,且更快达到稳定运动状态,当无人机旋翼转速由0增加至1 000 r/min 再增加至1 800 r/min时,雾滴沉降速度分别增加了366.67%,64.29%。与旋翼关闭状态相比,旋翼系统开启后,1%迈飞和0.5%迈图Target助剂溶液在水稻植株上的黏附量分别降低了26.78%和29.75%。本文建立的黏附量模型预测清水、1%迈飞和0.5%迈图Target 3种溶液在水稻植株上黏附量的准确率分别为48.59%,79.07%和79.29%。该研究为植保无人机对水稻进行施药作业时筛选助剂提供理论参考与指导,并提供一个新的旋翼风场作用下雾滴在水稻植株上黏附量的预测模型。     

果树喷雾机防风罩对喷雾射程的影响

在对果树施药中，为减少风力因素导致的雾滴漂移，经济而有效的方法是采用防风罩。该文对防风罩进行研究与设计，制作了6种防风罩。针对防护罩防风效果，在密闭实验室条件下进行喷雾试验，选用日本池内公司生产的两种喷头；喷头移动速度为：0.51、1.21、1.91、2.60、3.30、4.00 km/h；试验的内容包括喷雾射程和雾滴的沉积均匀度。试验结果表明：两种喷头在不同速度下采用防风罩＃4时的喷雾射程比采用其他防风罩和无防风罩时分别平均提高了1.3%～13.2%和9.1%～17.3%。     

标准扇形雾喷头雾化过程测试分析

为了描述雾滴颗粒特性与飘失之间的关系，用激光衍射粒度仪(PDPA)对植保机械标准扇型雾喷头的雾化场进行了研究，主要描绘了雾化场雾滴特征参数，并对雾滴尺寸空间分布和雾滴的运动进行分析，确定了飘失区域在雾化场中的位置，为进一步分析雾滴的沉降及漂移特性提供了理论支持。结果表明：在逐渐远离喷头的截面上，雾滴直径分布呈中间小边缘大的凹形椭球面，而轴向速度则是呈中间大边缘小的山丘形分布。雾锥体外层空间区域雾滴密度小，小雾滴能量小且易蒸发，易受周围环境影响发生飘失，是雾滴易飘失区域。     

农用荷电喷雾雾滴粒径与速度分布的试验研究

为研究荷电喷雾场的空间运动结构及其对植株界面的影响,该文运用PDPA测试系统对不同条件下的农用静电喷雾场进行了测试,结合荷质比、喷雾宽度测量结果,对雾滴的粒径分布、主流平均速度分布及平均速度与粒径的关系进行了分析和讨论.结果表明:在机械力和电场力的前后作用下,喷嘴压力愈大,荷电雾滴的粒径愈小且分布愈均匀;雾滴的粒径值随充电电压的增加而下降且粒径均匀分散;在较高的充电电压下,单个雾滴动能损耗的降低和雾滴粒径分布的均匀性又促使其主流平均速度分布趋于均匀.在较大粒径时,随着平均速度的增加,非荷电雾滴不易粘附于植株标靶界面;与非荷电相比,小粒径荷电雾滴群又因具有较大动能而提高了抗漂移能力.     

不同侧风和静电电压对静电喷雾飘移的影响

为研究不同侧风和静电电压对静电喷雾雾滴飘移的影响规律,设计不同侧风(恒速风1、2、4 m/s及0~4 m/s变化的模拟自然风)及静电电压(0,2,4,6,8 k V),进行喷杆式静电喷雾机的雾滴飘移试验,测定不同静电电压下的雾滴粒径与荷质比,并对比分析雾滴飘移质量中心距和飘失率。结果表明:随着静电电压的增大,雾滴粒径减小,雾滴荷质比增大,0~8 k V电压下电极干燥和电极打湿对雾滴荷质比没有显著影响。在侧风风速为1 m/s时,0~8 k V静电喷雾的雾滴飘移中心距小于0.55 m,雾滴飘失率低于15%。在侧风风速2 m/s时,非静电喷雾的雾滴飘失率为11.9%,6~8 k V静电喷雾的雾滴飘失率超过20%,其中静电电压8 k V的雾滴飘失率(23.9%)比非静电喷雾增加100.8%。在侧风风速4 m/s时,4~8 k V静电喷雾的雾滴飘移中心距在0.9 m以上,雾滴飘失率在30%以上,其中静电电压8 k V下的雾滴飘移中心距为967.2 mm比非静电喷雾下增加了13.7%,雾滴飘失率为35.4%比非静电喷雾下增加了59.5%。相同静电电压下,2 m/s的恒速风和0~4 m/s变化的模拟自然风之间对雾滴飘失率无显著差异。该研究为优化喷雾技术参数和提高雾滴抗飘移的能力提供参考。     

农药雾滴飘移控制技术研究进展

农药雾滴飘移是造成环境污染、农药流失、农药有效利用率低的一个重要原因，分析影响雾滴飘移的主要因素，研究农药雾滴飘移机理，不仅可以为控制雾滴飘移的喷雾部件的研究提供理论依据，同时对提高农药的施药效果，减少农药飘失，增强环境保护都具有重要的现实意义。该文分析了当前国外控制农药雾滴飘移的先进技术及喷雾部件的研究现状。通过分析中国农药使用现状及存在问题，提出在中国要有效控制雾滴飘移，除了采取合适的施药方法，还应进一步加强农药雾滴飘移控制技术及喷雾部件的研究。     

农业航空喷施风洞试验技术研究进展

The low speed wind tunnel is more and more popular in civil applications nowadays.The aviation spray is one of the key technologies in agricultural aviation application while wind tunnels can create the right environment for aviation spray simulation tests.The authors collect and analyzes the typical low speed wind tunnel applications in aviation spray drift, droplet size distribution, spray prediction model building and droplet size spectra classification.The authors also put forward the suggestions of preferential domestic wind tunnel tests research not only for general agricultural aviation spray but also for the application of spray prediction model, spray with unmanned aerial vehicle and aviation electrostatic spray.     

施药喷嘴分级可行性及方法研究

针对国产农用喷嘴的雾滴粒径分级数据及方法缺失的问题,该文依据ASAE S572.1标准,以NJS-01植保低速风洞为平台建立了雾滴粒径标准测试方法。在规范的测试条件和测量程序下,以Teejet 11001、11003、11006、8008和6510不锈钢芯扇形喷嘴为参考喷嘴,测试了Teejet F110、Lurmark F110、国产Lanao F110、YZS80、YZK80等24种待分类喷嘴在0.2、0.3、0.4 MPa下的雾滴粒径。在此基础上建立了参考喷嘴的雾滴粒径分级参考图,提出了基于该参考图的喷嘴分级方法。同时用Teejet、Lurmark标准扇形雾喷嘴的测试数据和厂家提供的分级结果,验证了喷嘴分级方法的正确性和适用性。该文运用该分级方法对国产Lanao F110、YZS80、YZK80系列喷嘴在不同压力下的雾滴粒径进行分级,可为该类型国产喷嘴的选型和应用提供参考。     

压力及孔径对管道喷雾空心圆锥雾喷头雾滴参数的影响

雾滴参数是衡量喷雾效果的重要指标。为研究管道喷雾设施中喷雾压力与喷头孔径的改变对果园用空心圆锥雾喷头雾滴参数的影响,通过喷雾性能综合试验平台和激光粒度仪,测量3种孔径的空心圆锥雾喷头在8种压力下的雾滴颗粒群的散射谱,获得了雾滴参数随压力和孔径的变化规律,给出了各工况下的雾滴谱曲线,分析了雾滴粒径的大小、分布和均匀性,建立了基于压力和孔径的雾滴参数模型。结果表明:压力越大,孔径越小,雾滴越细小越均匀;数据拟合误差均小于0.012;雾滴均较细小且较均匀,主要以气溶胶的形式存在;主要是粒径小于40μm的雾滴(79.659%~93.374%);雾滴谱峰值均在30μm附近出现;压力大于0.80 MPa后喷雾效果更好,其中体积中值粒径(volume median diameter,VMD)为30.610~31.632μm,雾滴很细小,扩散比(diffusion ratio,DR)为0.901~0.916,雾滴很均匀,VMD和DR均随压力呈二次多项式变化规律(R~2均大于0.968),VMD和DR与孔径和压力均有良好的二元线性关系(R~2分别为0.928和0.937)。研究结果验证了研发管道恒压喷雾装置的重要性,为喷头选型,管道恒压喷雾装置的优化、喷雾压力的设定和喷雾效果的优化提供了参考。     

风送喷雾雾滴粒径测量系统设计与影响因素试验

为方便测量不同喷雾条件下雾滴粒径大小,该文设计了喷头位置、喷雾角度、喷雾压力和风速大小等试验条件可精确调节的风送喷雾雾滴粒径测量系统。该系统喷头xyz三维空间位置调节范围分别为0～0.9、0～0.8和0～0.7m,调整精度为±0.04mm;喷雾角度调节范围为0～360°,调整精度为±0.005°;喷雾压力调节范围为0.2～0.5MPa,相对误差不大于1.5%;风速调节范围为0～15m/s,相对误差不大于4.17%。雾滴粒径风速影响特性试验表明,常用的3个粒径统计项D32、D43和DV0.5随风速增加而增大,其平均变化率分别为2.62、3.59和6.83μm·s/m,速度从3m/s增加到15m/s时,三者分别增加46%、26%和71%;雾滴粒径喷雾压力影响特性试验表明,D32、D43和DV0.5随压力增加而减小,其平均变化率分别为90.33、232.3和300.2μm/MPa,喷雾压力从0.2MPa增加到0.5MPa时,三者分别减小31%、36%和56%,表明风速和喷雾压力对雾滴粒径影响较大,在喷雾系统中进行风速和压力选择时需着重考虑其对粒径变化的影响。