双气流道辅助静电喷头设计与试验

针对荷电雾滴在喷头处易吸附,且荷电量在射程方向上易衰减等问题,结合气流辅助喷雾与静电喷雾技术,设计双气流道辅助静电喷头。采用理论分析与公式方法,计算感应电极结构参数与位置、气流道结构与参数;采用静电喷雾试验测试喷头压力的流量特性,工作参数对荷质比的影响,雾滴的空间分布和飘移特性等。喷雾量与喷雾压力的关系为y=0.366 7x~(0.467 3);在1.0 m以内的喷雾距离下,荷质比与喷雾压力、气流速度、感应电压呈正相关关系,喷雾距离越小荷电雾滴的荷电量衰减越剧烈。荷质比沿射程方向逐步衰减,在0.6~1.0 m处衰减最剧烈,而后趋于平缓;气流速度在15、22、32 m/s时,静电喷雾的飘移率分别降低50.0%、22.5%、10.7%。当喷头在额定喷雾压力为0.4 MPa、感应电压为6 k V,采集距离在1.0 m以内时,静电喷雾的反面雾滴覆盖密度比非静电喷雾提高15%以上;当采集距离在1.0~2.0 m之间时,静电喷雾的反面雾滴覆盖密度提高10%左右;当采集距离大于2.0 m时,静电喷雾的反面雾滴覆盖密度反而低于非静电喷雾。因此,风送静电喷雾应用时的气流速度和喷雾高度须根据作物冠层特征选择。本研究可为喷头的应用和大型静电喷雾机的设计提供依据。     

基于多指标的静电喷雾效果影响因素最优组合研究

为了提高喷雾效果,对静电喷雾效果的影响因素进行了研究.选取静电电压、喷雾压力、喷头形式和喷孔直径作为影响因子,以雾滴直径、雾滴均匀性和雾滴附着率为衡量喷雾效果的多指标并进行研究.搭建了静电喷雾效果多指标测试平台,按照正交试验表L9(34)进行试验测试,采用电子显微镜采集雾滴图像信息,利用Matlab语言进行图像处理和数据统计,以测试出雾滴直径、均匀度和附着率,通过正交试验分析方法得出影响喷雾效果的最优参数组合.     

果园风送静电喷头设计与试验

[目的]针对雾滴在叶背面覆盖密度低的问题,设计了一种风送静电喷头。[方法]根据感应充电模型,同时进行理论计算,从而设计出电极及电极帽的尺寸。电极设计成锥形电极,开角为80°,高10 mm,厚2 mm,材料为铜,具有高导电性;电极帽设计成仿锥形,防止电极被药液腐蚀,材料选用环氧树脂制作,可提高介电常数,增大感应充电电场电荷。并对喷头进行了3个方面的性能试验,包括荷质比测量、静电雾滴覆盖密度对比试验和田间验证试验。[结果]荷质比测量表明:雾滴在喷头处的最大荷质比为1.167 m C·kg-1,并且距离喷头1 m处的雾滴仍然带电。雾滴覆盖密度对比试验表明:静电及喷雾距离对正、背面覆盖密度影响显著,在喷雾距离1～2 m内,背面覆盖密度相对增幅可达70%以上。田间验证试验证明:静电作用同时作用了叶片正、背沉积;风机转速对荷质比的影响与对叶片正、背沉积量的影响结果一致。[结论]研究证明该静电喷头具有明显的静电喷雾效果,可为果园风送静电喷头的设计与效果检验提供参考。     

静电喷雾在农药植保领域的应用与现状分析

首先从静电喷雾的静电产生、雾滴雾化以及雾滴吸附等基础理论出发,论述了雾滴雾化性能评价指标和方法,并概括性对比分析了3种不同静电充电方式及各自的优缺点,得出在相同情况下感应式充电效果更佳的一般性结论;其次,通过对国内外大型喷雾器械的应用与现状的论述,为我国静电喷雾机械设备的研究和发展明确了方向;最后论述了静电电压、喷雾液压、喷雾速度和环境风速这4个关键因素对静电喷雾雾滴沉积分布的影响,并提出静电喷雾技术在烟草农药施药上的应用研究展望与建议。     

一种多旋翼植保无人机静电喷雾系统研究

为提高多旋翼植保无人机的植保效果,设计一种用于多旋翼植保无人机的静电喷雾系统。该静电喷雾系统包括静电喷头、喷雾流量控制模块。基于感应式荷电原理设计了感应式静电离心喷头,基于PID算法设计喷雾流量控制模块,基于网状目标法设计荷质比测量装置。结果表明,该多旋翼植保无人机静电喷雾系统中静电喷头可使雾滴荷电,喷雾流量控制模块能够稳定地控制喷雾流量,荷质比测量装置能够稳定测量雾滴荷质比,随着荷电电压增加,雾滴荷质比逐渐增加,当荷电电压为8 kV时,荷质比达到最大值,为0.59 mC/kg。     

我国农药静电喷雾技术的研究及应用进展

农药静电喷雾技术可以提高雾滴的有效沉积,减少农药飘失造成的生态环境隐患,是改善我国植保施药机械相对落后现状的重要突破口.首先,介绍静电喷雾技术不同荷电方式下的工作原理及应用特点,概述静电喷雾技术的发展历程,从静电喷头的研制、雾滴的荷电效果、静电雾滴的空间运动与沉积分布、静电喷雾装备的研制等4个方面详细论述我国静电喷雾技术的发展现状.其次,指出当前我国在静电喷雾领域尚缺乏对静电雾滴飘移特性与减飘方法的深入研究,建议针对不同作物开展专用静电喷雾设备的研发,并通过喷雾模型的相关理论研究,为植保施药喷雾作业提供技术装备与理论支撑,以期提高我国的植保施药技术水平.最后,针对云南省特色烟草种植的静电雾滴沉积分布及飘移特性的研究进展进行概述,并展望静电喷雾技术在云南省特殊山地条件下烟草植保的应用前景.     

新型种子包衣机静电雾化装置的研究

种子包衣技术普遍存在对种子呈凹凸形状的脐部覆盖不足的问题,严重影响种子的发芽率。提出将静电雾化技术应用到种子包衣中,以此解决种子包衣不足的问题。静电雾化技术的核心是使喷洒出的雾滴携带电荷,因此研究携带电荷的雾滴成为研究静电雾化技术的关键。通过静电喷雾实验及雾滴参数测试,得出在喷雾压力0.4 MPa,充电电压25 k V时,雾滴平均半径0.072 mm,拌种剂雾化效果最佳;并利用低频有限元软件Ansoft Maxwell对不同数量的荷电雾滴与平板接地导体之间的空间电场进行模拟仿真,采集不同情况下的电场强度数据,分析荷电雾滴所产生空间电场的分布规律;最后对雾滴群与更接近种子形状的球形导体之间的空间电场进行模拟仿真,从仿真结果得出雾滴群所产生的电场可以完全包围球形导体,这有利于拌种剂全面覆盖种子,特别是呈凹凸形状的脐部,提高种子包衣质量,从而得出将静电雾化技术运用到种子包衣上是可行和有效的方法。     

农用喷头雾滴粒径对液体黏度的响应

目的 研究农药不同黏度对喷头雾化特性的影响,为农业喷雾施药技术提供理论参考。方法 配制不同质量分数的甘油溶液替代农药试剂进行研究,将喷头喷雾区域网格化,使用粒子动态分析仪测量喷雾区域不同位置处的雾滴参数,利用SPSS分析轴心方向和径向雾滴粒径的分布规律。结果 在喷头喷雾区域轴心方向上,雾滴算术平均直径、雾滴体积平均直径及雾滴索尔特平均直径呈现出先变小然后逐渐变大的规律,外界空气阻力的扰动作用使喷射出的液体表面形成一定模式的表面波,随着距离增大波幅变大,波峰被撕裂下来,破碎成小雾滴,而后在重力的作用下雾滴间发生碰撞聚合,雾滴粒径逐渐变大;喷头喷雾区域径向上,雾滴近似于对称分布,雾滴粒径呈现出中间小两边大的特点,随着径向距离增大雾滴粒径逐渐增大;通过SPSS分析得出,轴心方向上,轴心距离、液体黏度与雾滴粒径的相关系数分别为0.531、0.795;在喷雾区域径向上,径向距离、液体黏度与雾滴粒径的相关系数分别为0.932、0.328。结论 在一定程度上,黏度较大的液体具有一定的防止漂移效果;液体黏度改变对轴心方向上雾滴粒径影响效果显著;在喷头径向上,距离的改变对雾滴粒径大小影响显著。     

静电喷雾对农药飘移及沉积分布的影响

【目的】旨在揭示静电技术对喷雾雾化性能、理化性质和沉降等方面影响,为静电喷雾技术在作物病虫草害防控应用提供依据。【方法】采用激光粒度系统比较分析静电喷雾和非静电喷雾的雾滴粒径特征,采用铂金环法和座滴法分别评测静电喷雾和非静电喷雾雾滴的表面张力和其与稗草叶片的接触角,在开放式风洞中采用麦拉片、相片纸中收集不同喷雾方式的地面飘移量及靶标的沉积量,评价静电喷雾技术对飘移沉积分布和靶标沉积量的影响。【结果】在0.3 MPa喷雾压力下,比较静电喷雾和非静电喷雾的雾滴粒径特征,发现静电喷雾的体积中径D₅₀高于非静电喷雾的,雾滴直径D₉₀却低于非静电喷雾的,但差异不显著;分布跨度S显著低于非静电喷雾的,两者的ΦVol_<150μm差异不显著,而静电喷雾粒径分布更加均匀。比较两者的理化性质发现,静电喷雾雾滴的表面张力及其与稗草叶片在200、400和600 ms的接触角均显著低于非静电喷雾。进一步采用Depositscan分析比较相片纸上飘移沉积规律,喷雾方式对飘移沉积雾滴D₅₀的影响均达到显著水平,且非静电喷雾...     

新型扇形雾射流喷头雾滴沉积和飘移潜力特性研究

为合理选用喷头，提高农药有效利用率，减少流失、飘失，应用激光雾滴粒径分析仪和改进后农药雾滴沉积飘移测试平台，依据ISO24253-1田间喷雾沉积试验测试标准和ISO22369-3农药飘移潜力测试平台标准，对具有代表性的德国Lechler公司生产的射流（IDK系列）和双扇面射流（IDKT系列）新型大雾滴扇形雾喷头在不同喷雾压力（0.2、0.3、0.4 MPa）下的雾滴谱、雾滴裸地沉积分布和雾滴飘移潜力进行测试研究，并与常用标准扇形雾喷头Lechler ST、LU系列喷头进行对比。结果表明：随喷雾压力增大，标准扇形雾喷头和射流喷头均雾滴粒径变小，雾滴谱变宽，雾滴直径小于100 μm，V100增大。ST系列的雾滴谱比LU的宽，IDKT的雾滴谱比IDK的宽。标准扇形雾喷头（ST和LU）雾滴为细雾和非常细雾，射流喷头（IDK和IDKT）雾滴为中等雾和粗雾。喷头雾滴粒径决定了雾滴的沉积和飘移特性，在相同喷雾压力条件下，同种型号喷头雾滴裸地沉积量IDKT120＞IDK120＞LU120＞ST110，射流喷头雾滴沉积量显著高于标准扇形雾喷头（P<0.05），所测喷头雾滴沉积变异系数均低于8.5%。随着喷雾压力增加，喷头雾滴的飘移量均增加，喷雾压力对标准扇形雾喷头雾滴飘移影响更加明显，但对射流喷头不明显。在相同喷雾压力条件下，射流喷头雾滴飘移量远小于标准扇形雾喷头，各喷头雾滴飘移量均随雾滴收集距离增大而呈现减小趋势，且飘移均主要集中在测试平台前5 m处。射流喷头IDK和IDKT之间DPV无显著性差异，但标准扇形雾喷头DPV显著高于射流喷头（P<0.05），射流喷头与ST喷头相比，相对防飘能力均在55%以上。上述结果将有助于种植户和生产企业选择最佳喷嘴类型，以提高药效，减少农药喷雾漂移。     

在静电喷雾中喷液物化特性对荷质比的影响

采用电晕荷电方式,研究静电喷雾中喷液的物理化学特性对雾滴荷质比的影响。配制一系列不同电导率、表面张力、介电常数的喷液,进行静电喷雾,测量雾滴荷质比。结果表明,雾滴荷质比随喷液表面张力的增加无明显变化;随喷液电导率的增加而减小;随喷液介电常数的增加而增大。这些规律为以后静电喷雾制剂的配制提供了理论依据。     

压力旋流喷头雾化性能的仿真

为了提高喷雾质量,提高农药的使用效率,用CFD商用软件FLUENT对雾化喷头在农药雾化时的流场进行数值模拟。利用Eulerian—Lagrangian双流体模型来模拟气液两相流动。模拟结果表明：药液雾化形状为中空锥形结构,大部分液滴速度大于1．12m／s;雾化液滴的体积中值直径（NMD）在50～100Mm之间,数量中值直径（NMD）在30～70Mm之间,适用于苗期或者前期的叶片植物农药的喷洒;压差在2．0MPa以下时,雾化均匀度（DR）大于0．67,雾化性能良好,所以此类型喷头选用的喷雾压差应小于2．0MPa。喷头仿真预测了雾化喷头的微粒化性能,为高效低喷量喷雾的研究提供一定的依据。     

荷电双流体喷雾射流沉积均匀性分析

为研究荷电双流体喷雾射流沉积的均匀性,基于双流体雾化喷嘴设计了荷电双流体喷雾系统及电晕荷电装置。通过试验研究,讨论了影响荷电双流体喷雾沉积均匀性的关键因素及其作用规律。结果表明,增加喷枪的工作高度、扇形压力或减小雾化压力,可以有效减小双流体雾化沉积分布变异系数,提高沉积的均匀性;静电场的参与能有效提高雾化效果,改善喷雾流场,提高沉积分布的均匀性。     

EPEC-B1型高压静电喷雾器喷雾性能试验

摘要：采用纸卡法在室内对TEPEC-B1型高压静电喷雾器进行了雾滴大小,喷雾距离,喷雾密度和喷雾量的测试,同时与常规喷雾器进行了比较。测试结果表明：TEPEC-B1型高压静电喷雾器荷电喷雾的雾滴密度显著高于非荷电喷雾,在靶标背面的雾滴密度明显增大。荷电喷雾的雾滴粒径只有常规喷雾雾滴粒径的1/3～1/4,且粒径谱较常规喷雾器窄,雾滴均匀度较高。TEPEC-B1型高压静电喷雾器通过不同档位调节可以控制喷雾量和喷雾距离,适于保护地不同类型蔬菜的病虫害防治。     

基于CFD的罩盖防飘移机理模拟及防飘移效果量化研究

探讨双圆弧罩盖的防飘移机理,对其防飘移效果进行量化研究。利用CFD技术对不同条件下双圆弧罩盖内部及周围的喷雾速度流场、雾滴运动轨迹进行模拟,研究喷嘴安装参数、喷嘴类型和型号,及风速对飘移率的影响。结果表明,双圆弧罩盖的防飘移机理是:内外圆弧形成的导风道使其下方产生了高速向下的气流(最大达7.42 m/s)和低速水平气流;双圆弧罩盖能有效减弱其后方的涡流强度,使其内外较大区域形成水平负向和垂直向下的速度流场。喷嘴的安装位置和安装角度与雾滴飘移率高度相关,相关系数为0.974;喷嘴类型、型号、风速、喷嘴类型和风速的交互作用,以及喷嘴型号和风速的交互作用与飘移率也高度相关,相关系数0.981。双圆弧罩盖能有效防止雾滴飘移,提高雾滴沉积率。     

The effect of surface orientation on spray retention

Research in precision spraying investigates the means to reduce the amount of herbicide applied by directing droplets more accurately towards the weeds. The trend in the development of spot spraying equipment is an increase of the spatial resolution and new actuators that are able to target very small areas. However, there is a lack of methods for assigning rates of herbicides relating target to optimal droplet features. A wide range of droplet impact angles occurs during the spray application process because of droplet trajectories and the variability of leaf orientation. In this study, laboratory experiments were conducted to highlight the effect of surface orientation on droplet impact outcomes (adhesion, rebound or splashing) on two very difficult-to-wet surfaces: an artificial surface with a regular roughness pattern and an excised black-grass leaf with an anisotropic roughness pattern. Measurements were performed for different surface orientations with a high-speed camera coupled with backlighting LED. Droplets of two formulations (distilled water and distilled water + a surfactant) were produced with a moving flat-fan hydraulic nozzle to obtain a wide range of droplet sizes and velocities, which were measured by image analysis. Increasing surface angle reduces surface area available for droplet capture. Droplet impact behaviors are then modified since surface tilt induces a tangential velocity component at impact and, consequently, a reduction of the normal component. Impact modifications have also been observed due to the anisotropic roughness pattern of a black-grass leaf. The integration of droplet-surface interaction information offers a significant way to further improve the precision spraying efficiency by considering the optimal droplet size, speed and ejection angle depending on the target surface and architecture.     

小型植保无人机喷雾参数对橘树冠层雾滴沉积分布的影响

【目的】探索小型植保无人机对果树喷施作业的雾滴沉积分布效果及应用前景,研究小型植保无人机喷雾参数对橘树冠层雾滴沉积分布的影响。【方法】采用三因素(飞行高度、飞行速度、喷施流量)的正交试验,应用小型六旋翼植保无人机进行喷雾试验。【结果】根据雾滴沉积密度和雾滴沉积均匀性结果,较佳的作业参数是喷头流量1.0 L·min~(-1)、作业高度2.5 m、作业速度4 m·s~(-1),影响雾滴沉积密度的主次顺序依次为作业速度、作业高度、喷头流量;根据雾滴沉积穿透性结果,作业高度均为2.0 m的试验号2(作业速度4 m·s~(-1),喷头流量0.6 L·min~(-1))和试验号8(作业速度1 m·s~(-1),喷头流量1.0 L·min~(-1))中雾滴沉积穿透性分别为22.21%和22.41%,其雾滴覆盖密度大且穿透性较好;影响雾滴沉积穿透性的因素主次顺序为作业高度、作业速度、喷头流量。【结论】针对植保无人机旋翼风场的影响和橘树独特的树形结构,对植保无人机的作业参数进行了优选,以保证航空喷施作业雾滴在橘树冠层的有效沉积分布。本试验研究可为小型无人机对果树的合理喷施、提高喷施效率提供参考和指导。     

宽喷幅风送式喷雾机在果树冠层中喷雾有效性及雾滴穿透性试验研究

风送式喷雾可以有效地抵御自然风的干扰,减少雾滴的漂移,其喷雾有效性及雾滴的穿透性直接影响着喷雾机的喷雾性能.以宽喷幅风送式喷雾机为试验平台,用0.1％的罗丹明B为示踪剂,对靶标树进行了喷雾试验,研究宽喷幅风送式喷雾机雾滴沉积的有效性与穿透性.结果表明:喷雾雾滴在树冠前冠面及内膛均有较高的效率,在靶标树的前冠面、中膛、后冠面和距离树冠后方10 cm的外截面等4个截面上都有雾滴沉积,喷雾有效率分别为100％、86.2％、48.3％和62.1％;树冠前冠面、中膛、后冠面雾滴沉积量分别为0.028、0.007、0.003 mL,树冠前后地面上有明显的雾滴沉积,地面采样点上的沉积量分别为0.044、0.031 mL;喷雾过程中气流在靶标树两边存在绕流是引起树冠后方雾滴沉积的原因,关闭处于喷口下方的喷头可以减少雾滴在地面上的沉积.     

侧向风对航空植保无人机平面扇形喷头雾滴飘移的影响

目的 侧向风是影响植保无人机航空喷施雾滴飘移和作业效果的主要因素。探究航空植保喷施过程中侧向风对雾滴沉积和飘移的影响,为植保无人机航空喷施作业参数的选择和作业关键部件的改进提供数据支持和理论指导。方法 以常用平面扇形喷头Lechler系列的LU 120-015和LU 120-03标准压力喷头为研究对象,基于计算流体力学离散相模型的粒子跟踪技术,在适宜的边界条件下对喷施作业过程中风洞内雾滴流场和农药喷洒离散相进行模拟试验;通过仿真模拟对平面扇形喷头喷施的雾滴沉积和飘移分布情况进行可视化分析,探究雾滴粒子在不同侧风风速条件下的飘移特性;在农业航空专用风洞中,采用近似条件对雾滴的沉积飘移特性进行试验验证和分析。结果 仿真模拟结果表明,随着侧向风速的增加,离散相雾滴粒子飘移程度越严重,雾滴水平飘移越明显。随着侧向风速的增加,模拟离散相雾滴粒子的准确沉积率(R_a)呈指数下降,由14.11%下降到0.66%;水平飘移率(R_h)呈线性增加,由14.25%增加到60.58%。风洞试验结果表明,在侧风风速分别为1、3和6 m/s的条件下,雾滴的R_h分别为0.4%、48.1%和75.1%,且雾滴在风洞内部会随着侧风风速的增加发生一定程度的卷扬现象。仿真模拟与风洞测试试验的R_h具有显著相关性(R²=0.963,P<0.05)。结论 仿真模拟对航空喷施条件下的雾滴飘移具有较好的预测效果;采用仿真模拟辅助风洞试验测试的方法,可以比较准确地得出航空植保无人机作业中常用平面扇形喷头的雾滴沉积与飘移情况。