脉宽调制变量控制喷头雾化性能及风洞环境雾滴沉积特性

脉宽调制(pulse width modulation, PWM)技术是实现变量喷雾的重要手段,其工作参数与环境条件决定着施药的精准性。为探究PWM变量喷头雾化及风洞环境沉积特性,该文研制了脉宽调制变量喷雾系统,以农业施药常用空心圆锥雾化喷头喷雾的雾化、沉积特性为研究对象,在IEA-II型常规风速风洞内,通过点阵式放置电容式雾滴沉积传感器测定计算雾滴沉积与沉积评价指数(deposition evaluation index,DEIX),并利用Spraytec雾滴粒径仪测试其雾滴体积中径(volume median diameter,VMD)和雾滴相对分布跨度(relative span,RS)。试验结果表明:占空比在10%～40%间,随占空比增大,雾滴体积中径呈减小趋势,与占空比10%时相比,占空比40%时的雾滴体积中径下降了7.9%;PWM占空比60%时分布跨度最小,较占空比20%时雾滴分布跨度下降9.52%,雾滴谱最窄,获得的雾滴粒径分布最集中。雾滴沉积方面,风速1 m/s条件下,雾滴主要沉积在距喷头3.3 m内,此范围内沉积量占总沉积量的95.7%,当风速超过3 m/s时,在气流作用下,雾滴沉降距离增大,导致雾滴运动偏离施药靶标区域。PWM占空比增加,雾滴沉积评价指数DEIX值降低,雾滴的飘移率增大;相同工况下,风速及喷头高度越大,DEIX越小,施药雾滴越易飘移。该研究可为农业田间实际生产中脉宽调制变量施药技术应用及其工况参数的选择提供依据,为PWM变量调节装置的进一步优化提供研究基础。     

无人机果树施药旋翼下洗气流场分布特征研究

植保无人机悬停果树施药时的旋翼下洗气流场分布对雾滴空间运动和在冠层内部的附着、穿透有重要影响。该文基于计算流体动力学(computationalfluiddynamic,CFD)方法,结合RNGκ–ε湍流模型、多孔介质模型和滑移网格技术,通过构建虚拟果园,对六旋翼植保无人机悬停果树施药时的下洗气流流场进行数值模拟,分析在无人机不同悬停高度、不同果树生长阶段和不同自然风速下的气流场分布特征,并进行标记点下洗气流速度测试试验。研究结果表明:1)自然风速大于3 m/s时,旋翼下洗气流速度已淹没于环境自然风速中,不再满足植保无人机悬停施药作业条件;2)自然风破坏了旋翼下洗气流的中心对称状态,向下风方向出现后扬,且随着自然风速和悬停高度的增大,后扬距离随之增大;3)与无自然风状态比较,果树生长时期对其喷头处速度分布影响不显著,主要受自然风影响,且竖直向下的z向气流占主体地位,对雾滴的对靶运输起主导作用,应将喷头安装于可使雾滴获得较大z向速度的旋翼正下方0.2 m处附近;4)无人机悬停位置沿逆风方向调整后,冠层内部上、中、下层气流平均速度较调整前分别由1.36、0.80、0.81 m/s增大至3.04、2.37、1.63 m/s;上、下层速度分布变异系数分别由74.26%、35.80%降至45.39%和22.70%,中层略有增大,总体利于实现对靶喷雾。试验结果表明,标记点下洗气流速度测量值和模拟值之间具有较好的一致性。该文可为动态环境条件下植保无人机悬停果树施药的对靶喷雾自适应控制技术研究提供参考。     

果园柔性对靶喷雾装置设计与试验

为确定果园柔性对靶喷雾装置的喷雾控制策略,并测定对应方式下不同树冠直径的雾滴沉积率,该文使用自制的果园柔性对靶喷雾机样机,用连续喷雾方式以及3种不同控制方式的对靶喷雾对株距为4 m、树高为1.7 m、树冠直径为1.1 m的模拟靶标进行了喷雾试验,测定了对应方式下的靶标上的雾滴沉积率。试验结果表明,连续喷雾方式下的雾滴沉积率为40.3%;3种对靶喷雾方式下的雾滴沉积率分别为50.4%、77.8%、86.0%,均高于连续喷雾方式下的雾滴沉积率,由此选定了对靶喷雾方式Ⅲ作为果园柔性对靶喷雾装置的喷雾控制策略。在对靶喷雾方式Ⅲ控制策略下,对株距为4 m、树高为1.7 m、树冠直径为2.1 m的模拟靶标进行了对靶喷雾试验,测得其雾滴沉积率为88.4%;同时发现无靶标区域内的雾滴沉积量明显小于模拟靶标区域,雾滴沉积的对靶特性明显;在模拟树冠中间区域的雾滴沉积量均高于模拟树冠边缘区域,符合实际果树树冠对药液的需求。该研究为进一步提高柔性对靶喷雾装置的雾滴沉积率和优化其喷雾技术参数提供参考。     

基于CFD离散相模型雾滴沉积特性的模拟分析

为分析三维空间中气流对雾滴飘移的影响,该文基于计算流体力学(computational fluid dynamics,CFD)离散相模型的粒子跟踪技术,研究了不同喷雾条件下的雾滴特性。该文在条件为3m×2m×2m的长方体计算区域,喷嘴置于长方体顶端(上表面的几何中心),在合适的边界条件参数下,对喷雾高度为0.25～2m,风速为0～3m/s变化范围内的雾滴沉积特性进行了分析。结果显示,雾滴的分布趋势(偏移量)随风速和喷雾高度大小而变化:雾滴的沉积量随喷雾高度和风速的增加逐渐减小,其最大值为100%(喷雾高度为0.25m,风速为0),最小值为7.2%(喷雾高度为2m,风速为3m/s),其沉积率最大值和最小值分别为79.07%和3.98%,并基于该方法建立了雾滴沉积量和沉积率的预测模型。该研究为精量施药提供参考。     

基于空间质量平衡法的植保无人机施药雾滴沉积分布特性测试

为了探究飞行方式、飞行参数及侧风等因素对无人机喷雾雾滴空间质量平衡分布和旋翼下旋气流场分布的影响,该文基于无人机施药雾滴空间质量平衡测试方法,测定了3WQF80-10型单旋翼油动植保无人机在不同飞行方式(前进、倒退)、飞行高度和侧风速条件下的喷雾雾滴空间不同部位的沉积率和下旋气流风速。结果表明:对于该型无人机,在飞行高度(3.0±0.1)m、速度(5.0±0.2)m/s、1.2 m/s侧风速条件下,机头朝前与机尾朝前2种飞行方式对雾滴分布有显著影响,机尾朝前的飞行方式底部沉积比例可达60%,作业效果更佳;在2.0~3.5 m高度、(5.0±0.3)m/s速度和0.8 m/s侧风速条件下,空间质量平衡收集装置底部雾滴沉积率变异系数与高度呈现线性负相关,线性回归方程决定系数为0.9178,即高度越高雾滴分布均匀性越好;在(3.0±0.1)m高度和(5.0±0.3)m/s速度条件下,空间质量平衡收集装置底部雾滴加权平均沉积率与侧风风速呈线性正相关,线性回归方程决定系数为0.9684,即侧风速越大雾滴越集中分布在下风向处;飞行方式、高度和侧风3种因素对单旋翼无人机喷雾雾滴产生的影响都是通过改变其旋翼下旋气流场在垂直于地面向下方向的强度,减弱气流对雾滴的下压作用来实现的。研究结果可以为植保无人机设计定型、田间喷雾作业参数确定和作业条件的选择提供理论参考。     

3WQ-400型双气流辅助静电果园喷雾机设计与试验

为解决农药雾滴难以沉积到果树叶片背面,克服荷电雾滴荷电量在环境空间中快速衰退的难题。该文提出双气流辅助系统与静电喷雾系统相结合的方法,以拖拉机动力输出轴为液压传动系统动力源,研制了牵引式双气流辅助静电果园喷雾机。试验结果表明,19 kW 的拖拉机动力配置可以满足系统动力要求,轴流风机和离心风机的转速分别为1400、1800 r/min 可以满足所选试验对象对气流速度的要求;单个喷头喷出的雾滴在0.2 m 处的荷质比为1.0 mC/kg,且在喷雾距离为1.8 m 处依然带电;风送喷雾系统的垂直雾量分布规律、气流速度分布规律与纺锤型果树生物量分布规律相一致,其最大雾量与气流速度均出现在0.5～1.5 m 范围内;在施药量为3.5 L/min,作业速度为0.84 m/s 条件下,单侧喷雾时果树叶片正反面雾滴覆盖密度分别为115和47个/cm2,可以满足防治害虫的要求;冠层前部静电喷雾雾滴覆盖密度比非静电喷雾提高了20%,而冠层后部雾滴覆盖密度仅提高了7.2%。该研究为风送静电喷雾机设计与使用提供了参考。     

雾化网格在果树植保喷雾中的应用与试验

针对目前一些植保机械在喷洒农药的过程中难以兼顾低飘移和高沉积的问题,该研究将雾化网格应用在果树植保喷雾作业中,使喷头喷出的大粒径雾滴在接近靶标处撞击网格二次雾化为小雾滴。为了研究雾滴撞击网格后的粒径和速度分布以及沉积特性,以网格孔径、喷头与网格的距离为变量,以二次雾化后雾滴的速度和粒径分布、喷雾角、雾滴覆盖率、沉积量和飘移量为指标进行试验研究。试验结果表明：放置孔径为461、350和227 μm网格时测量点的雾滴平均速度比没有网格时的2.35 m/s分别降低23.40%、13.90%、29.00%,最大平均粒径比没有网格情况下的192.5 μm分别降低19.5%、14%、10%;随着网格孔径的减小,二次雾化后雾滴的喷雾角有逐渐降低的趋势;放置350和227 μm 孔径网格时果树冠层各层内沉积均匀性相近,沉积量变异系数最高分别为88.08%和74.22%,远低于461 μm 孔径网格的162.98%;放置350 μm 孔径网格时雾滴穿透性较好,各层之间沉积量变异系数最高为10.08%,低于461和227 μm 孔径网格的44.09%和18.25%。在该研究试验条件下,350μm 孔径网格的沉积效果优于461和227 μm 孔径网格,喷头与网格的距离对雾滴覆盖率和沉积量没有显著影响,使用雾化网格的雾滴飘移较少,非靶标区平均雾滴飘移量为靶标区沉积量的6.64%。研究结果可为果园无人机喷雾作业优化提供参考。     

航空植保作业用喷头在风洞和飞行条件下的雾滴粒径分布

为了获得GP-81A系列航空喷头的雾滴粒径分布情况,该文针对GP-81A系列航空喷头进行了风洞条件和飞行条件下的雾滴粒径及分布测试,通过高速风洞测试系统模拟飞行时产生的高速气流开展了气流大小对雾滴粒径及分布的影响研究;基于农用航空常用的Y5B飞机开展了不同型号喷嘴航空喷雾时的雾滴粒径及分布研究;同时,比较了相近喷雾压力条件下,相同喷嘴在风洞条件和飞行条件下的雾滴粒径及分布差距。试验结果表明,风洞条件测试时,当风速小于33.8 m/s时,雾滴粒径随气流的增加而增大;而当风速大于33.8 m/s时,雾滴粒径随气流的增加而减小,足够大的气流可以使雾滴进一步雾化。当气流在33.8 m/s时,7#喷嘴雾滴粒径最大,为491.1μm;当气流在84.87 m/s时,2#喷嘴雾滴粒径最小,为202.1μm。该系列喷头的6种不同喷孔的喷头的雾滴粒径均大于150μm,说明该喷头航空喷雾时的飘移损失较小。在喷雾压力基本相同的条件下,风洞条件下的雾滴粒径测试结果略高于飞行试验结果,主要原因是距离喷头出口的测试位置不同。风洞条件和飞行条件下的雾滴谱相对宽度S值均较小,表明雾滴分布较均匀,而飞行条件下的雾滴分布更均匀些。该研究为进一步优化航空喷头的作业参数,开展减少雾滴飘移研究提供参考。     

无人植保机施药雾滴空间质量平衡测试方法

为了研究精准作业参数(速度、高度)下的无人植保机施药雾滴空间分布和下旋气流场特性,该文提出了一种无人机施药雾滴空间质量平衡测试试验方法,并且使用该方法对3种无人机进行了田间实际试验研究,结果表明:该方法可以有效获得准确飞行速度和高度下无人机施药雾滴空间分布情况和下旋气流场分布情况,在平均风速1.7 m/s、平均气温31.5℃、平均相对湿度34.1%的条件下,飞行高度2.5 m、速度5.0 m/s时,3WQF80-10型无人机喷雾作业雾滴在上风向部、顶部、下风向部和底部的平均分布比例为4.4%,2.3%,50.4%和43.7%;CG-Q60S型无人机雾滴在4个方向上平均分布比例为2.5%,1.5%,43.2%和52.8%;LXD8-3WD10型无人机雾滴在4个方向上平均分布比例为1.9%,2.0%,21.9%和74.7%。雾滴空间质量平衡分布规律符合下旋气流场分布规律,无人机下旋气流风场的测量是分析雾滴在空间不同部位分布的重要手段。研究结果可为低空低量无人植保机施药技术研究和建立无人植保机低空低量施药田间雾滴沉积与飘失测试标准提供参考。     

果园风送喷雾机导流板角度对气流场三维分布的影响

风送喷雾条件下,雾滴是在空气流携带下进入果树冠层的各个部位,所以喷雾机气流场的运动和分布对雾滴的分布和穿透非常重要。为了研究果园风送喷雾机导流板角度变化对外部气流速度场三维空间分布的影响,该文采用ICEM建立几何模型,并进行全结构网格划分,采用k-ε湍流模型和CFX求解器进行数值求解。通过变换上导流板角度(30°、45°、60°、90°)与下导流板角度(0°、10°、20°、30°),来模拟分析风机外部流场在各工况下的空间稳态流场、湍流状态,以及对气流场空间分布的影响。结果表明,下导流板角度由0°增加至30°过程中,由于地面摩擦阻力对气流的影响逐渐减小,同时地面摩擦阻力与两侧空气阻力形成的夹角越来越大,因此单一气流束逐渐分成3条气流束,这样的气流分布优于单一方向气流对果树枝叶的吹动效果,有利于气流携带雾滴进入果树冠层;上下导流板导向气流主要集中在导流板指向区域,因此,导流板的角度设置应根据树冠高度、树干高度来调整。通过设置合理的导流板角度,使得风场分布与果树冠形相吻合,达到仿形喷雾效果。对于行距4 m、树高3.0~3.2 m的果园喷雾,上、下导流板角度均为30°;对于棚架果园,上导流板角度为90°(或卸掉上导流板),下导流板为30°。该研究有利于指导田间喷雾作业、喷雾参数调整,可达到更好的喷雾效果、减少环境污染。     

陕西省不同生态区大气氮沉降量的初步估算

2008年,对陕西省4个不同生态区5个监测点的干湿沉降输氮量进行为期1年的观测研究,旨在对不同生态区大气氮沉降量进行初步估算。结果表明,2008年各生态区总无机氮（TIN）沉降量在8.25-16.12 kg·hm-2之间,其中以地处长城沿线风沙草原生态区的榆林地区最小,渭河谷地农业生态区的杨凌地区最大。榆林、洛川、西安、杨凌以及安康地区NH＋4-N沉降量分别为3.10、 3.66、 8.60、 9.14和9.96 kg·hm-2,NO-3-N沉降量分别为5.15、7.54、6.29、6.98和5.66 kg·hm-2 ,NH＋4-N沉降量的不同是造成TIN沉降量之间差异的主要原因。各生态区湿沉降输氮量为6.57-14.43 kg·hm-2,干沉降输氮量为1.19-2.74 kg·hm-2,均显示出一定的时间变异性。受降雨量影响,湿沉降量在降雨量大的夏秋季较高,降雨量小的冬春季较低;干沉降量则与之相反,可能是由于雨水的冲刷作用和冬春季节扬尘天气较多引起的。     

钢铁的表面电位及其土壤粘附特性

在金属／土壤粘附系统中由于界面水膜而存在着电化学反应。该文研究了犁壁用钢土壤粘附特性与其表面电位的关系。结果表明，钢铁的表面电位能在一定程度上较好地反映出其土壤粘附性能。在试验条件下，试样的粘附力与表面电位符合二次曲线关系，表面电位越低，试样对土壤的粘附力越小。与目前已知的粘附性能评定方法相比，表面电位测定法具有数据稳定和试验周期短的优点。     

Assessment of critical loads in liuzhou,China using static and dynamic models

The project Comprehensive Control and Demonstration for Acid Deposition in Liuzbou area is a national key project in the 8th Five-year-plan, and the study on critical loads will provide scientific and quantitative accordance for formulating control strategy. In this paper, critical loads of acid deposition to soil in Lirzhou area, China, were calculated using the Steady State Mass Balance method (SMB and PROFILE) and dynamic modeling methods(MAGIC), based on data obtained from field investigations and physiochemical properties measured through experiments such as the organic content, cation exchange capacity, base saturation, sulfate adsorption capacity, gibbsite coefficient, biomass base cation uptake and selectivity coefficient for cations. Weathering rates necessary to calculate soil chemistry in applying SMB and MAGIC model were determined by computation with PROFILE using independent geophysical properties such as soil texture and mineralogy as the input data, or by the total soil base cation content correlation. The results have shown that the critical loads of acidity in this area are in the range of 0.7–6.0 keq ha^–1 yr^–1, indicating sulfur deposition should be cut down by 50–90 percent of the present level. The upper soil layer is the most sensitive. The maximum allowable deposition loading of this area is also presented in the paper.     

Regional and local patterns of soil nutrients at Rocky Mountain treelines

The soils across treeline should vary because of direct effects of biological differences of coniferous subalpine forest and the herbaceous alpine tundra in Colorado. In addition, the change in life form may indirectly affect soils because of interactions of the vegetation and wind-driven deposition processes. This is particularly important as nitrogen (N) saturation is a growing concern in high elevation ecosystems, and treeline is predicted to be a deposition hotspot. The vegetation transition at treeline provides an opportunity to test the effects of vegetation, topography, and external inputs on soils at three spatial scales. First, a regional evaluation of soils at eleven abrupt treeline sites was made comparing sites on east and west aspects both east and west of the Continental Divide (CD). Second, soils were compared in the adjacent forest and tundra. Finally, edge effects were assessed along transects spanning treeline. At the regional scale, total soil N was higher east of the CD and on east aspects while exchangeable calcium was higher on east aspects and at sites west of the CD. Higher lead (Pb) concentration in the forest organic horizon was associated with lower ²⁰⁶Pb/²⁰⁷Pb ratios, an indication of greater anthropogenic Pb inputs. However, the spatial pattern in soil Pb suggests a different source area or transport mechanism than N. Within individual sites, the soils differed between the forest and tundra in almost every measured variable, but edge effects were minimal on both sides of these abrupt treelines. While a direct link between the observed soil patterns to deposition of external inputs cannot be made based on the study design, the observed soil patterns suggest that the impacts of acid deposition are amplified or attenuated by processes such as dust deposition.     

PTFE基复合材料的土壤粘附与磨料磨损的研究

研究了Al₂O₃颗粒填充PTFE和PTFE+50％(wt)PPS基复合材料表面上水的润湿及土壤粘附和磨料磨损特性。加入适当含量和一定尺寸的Al₂O₃粒子可提高水的前进接触角θ_a并使减粘性能保持在较高水平。PTFE(+PPS)—Al₂O₃复合材料表面在憎水性和非光滑性方面与某些土壤动物体表有相似特性。适量Al₂O₃粒子的弥散可明显提高复合材料的耐磨料磨损性能,且PPS可进一步改进复合材料的耐磨性。     

非光滑表面电渗轮脚减粘脱土的试验研究

非光滑表面电渗方法是有效解决土壤对地面机械触土部件粘附问题的较好方法之一。应用这一方法,研制了非光滑表面电渗轮脚,并进行了减粘脱土试验。试验表明,非光滑表面电渗轮脚具有良好的减粘脱土效果,并可提高牵引力和驱动效率。     

金属材料的功能表面与水的润湿性

本文对研制的减粘功能表面与水的润湿性进行了探讨。结果表明,表面复合材料和表面涂层材料与水的接触角较常用的金属材料显著提高;各种材料的接触角与粗糙度的关系并不完全符合cosθ_γ=γcosθ的规律,当粗糙度提高到一定程度,将使表观接触角增大,其机制与粗糙表面润湿模型和表达式相吻合。     

钢的显微组织对其土壤粘附特性影响的研究

本文对土壤粘附系统动态过程进行分析,并研究了钢中不同显微组织试样的粘附特性及其随土壤含水量、载荷、加载时间等因素变化的规律。结果表明,显微组织对粘附力有影响:马氏体低温回火与高温回火组织的粘附力较低,而中温回火组织的粘附力较高。     

疙瘩开沟器减粘降阻机理及试验研究

减粘降阻是改善开沟器工作性能的方法之一。根据表面改形和表面改性可减粘降阻的原理,设计出多种表面改形且表面改性的疙瘩开沟器。在含水量１２．９％～２８．１％范围内进行了试验。土壤含水量为１２．９％时,开沟器出现粘土现象;土壤含水量为２２％时,开沟器的粘土现象最严重,土壤含水量为２８．１％时,开沟器的粘土现象有所减弱。开沟器的牵引阻力随着土壤含水量的增加而增加,土壤含水量超过２２．０％时,开沟器牵引阻力有所下降。牵引阻力随开沟器牵引速度增加而增加,然后出现下降趋势。在牵引速度为７ｋｍ／ｈ时,牵引阻力最大。研究结果表明,Ａ０４２、Ａ１３２不锈钢焊条堆焊的疙瘩开沟器具有显著的减粘降阻效果。     

The impact of nitrogen deposition on upland surface waters in Great Britain: A regional assessment of nitrate leaching

A national dataset of water chemistry collected for critical loads mapping is used to make a regional assessment of surface water nitrate concentrations in Great Britain. The primary data are dominated by high concentrations in lowland regions Where N inputs are dominated by non-atmospheric sources. Land cover data are used to screen out sites with potential catchment sources of N, allowing the evaluation of nitrate leaching due to atmospheric deposition alone. In the screened dataset several upland regions show elevated nitrate concentrations, notably Wales, the Pennines, Cumbria, Galloway and the Cairngorms, and there is a clear relationship between surface water nitrate and total N deposition.