基于CFD的多风道风送喷雾流场数值分析与试验研究

为研究果园喷雾机的气流和雾滴沉积分布情况，通过数值分析与试验相结合的方法，研究了一种适用于果园植保的多风道风送喷雾系统气流场和气液两相流场分布规律。研究结果显示，该多风道风送喷雾系统的外部气流场分布较为均匀，喷射出风口出口处的气流速度试验值与仿真值相对误差＜13.7%，随着测量距离增大，气流速度逐渐衰减，其绝对误差基本在0~2 m/s。雾滴场在-0.6~0.6 m喷雾区域内雾滴沉积量（百分比）的仿真值和试验值相对误差＜14%，数值分析结果较为准确地反映风送喷雾系统的气流分布和雾滴沉积特征。      

果园风送喷雾风量调节研究现状与趋势

与传统喷药装备相比,果园风送式喷雾机农药利用率和作业效率都明显提高,目前已成为果园机械化植保的主要机具,提高风送喷雾作业质量是机械化植保的重要研究内容。现阶段国内风送喷雾机大多采用恒定大风量喷雾,在喷雾过程中存在风送系统结构配置不当、风量作业参数调整实时性差,难以对风量进行精准控制等问题,很难做到同时适用多种树形,智能化喷雾程度较低。国内外风送喷雾机风送系统的研究主要集中在气流场分布、气流运动规律及变风装置结构、关键部件设计等方面,本文结合现阶段研究现状,对现有试验研究中所采用的风量理论原则,CFD风场模型仿真结果和变风量装置综合分析,提出基于农机农艺结合改进果树种植模式、完善有限元仿真试验参数、提高风量机械调节智能化程度等策略,以期为风送喷雾机整机结构改进提供参考依据。     

3WZF-400A型果园风送喷雾机改进设计

3WZF-400A型果园风送喷雾机通过安装直线导流板引导了气流速度场，在一定程度上解决了传统轴流式风送喷雾机农药浪费以及防治效果差的问题，但仍无法使靶标区域的气流速度分布与作物冠层轮廓匹配。本文以计算流体力学为手段，对该型喷雾机进行了改进设计。通过设置不同数量和角度的短导流板进一步引导喷雾机气流场，并建立了对应的气流速度场分布模型。通过对比选取最佳的改进设计方案，并进行了试验验证与喷雾性能测试。研究结果表明，当短导流板数量为2，喷雾机导流板角度组合为45°、15°、-15°和5°,且风机风速为20m/s时，在靶标处的气流速度分布能够与作物冠形轮廓匹配，所建立的模型能够较准确地模拟喷雾机实际气流速度场的分布。在此基础上以雾滴覆盖率为指标评价了改进设计后的喷雾机喷雾性能，并与改进前的喷雾机喷雾性能作对比，结果表明雾滴能够在垂直平面内按照作物冠形合理分布。     

轴流式果园喷雾机风送系统优化设计与试验

针对传统风送式喷雾机风送距离短与药液浪费的问题,设计一种适用于传统果园喷雾机的轴流式风送系统。通过设置不同风筒导叶的安装角、数量、长度和锥形多出口装置的锥度、出口布局方式,进一步引导风送系统气流场,并建立相对应的气流场分布模型。通过对比选取风送系统的最佳优化设计方案,并开展了验证试验。试验结果表明,风筒导叶参数对出口风速影响的显著性由大到小为长度、安装角、数量,锥形多出口装置出口布局方式对出口风速的提升效果明显;当风筒导叶安装角为10°,数量为6,长度为20 cm,且锥形多出口装置锥度为2.25、出口布局为A型时,风送系统出口风速及均匀性达到最优,所建立的模型出口风速与试验值相对误差为4.66%和变异系数为3.63%,验证了数值模拟结果的可靠性。在此基础上,通过喷雾机外流场试验可得,射流边界范围随着出口直径和转速的增加而增大,风送距离也随之增大,当风送距离0～2 m,风速大于5 m/s,衰减幅度明显,当风送距离大于2 m时,气流衰减较为平缓,风速距离4 m处风速达到1.5 m/s左右。优化后轴流式果园喷雾机风送系统结构合理,气流均匀性、风速、边界和射程等方面均满足果园植保机械需求,研究...     

3WZ-600型自走式果园风送喷雾机设计

为提高山坡、丘陵等复杂地形的果园喷雾质量,课题组设计了一款履带自走式风送喷雾机.在确定喷雾机总体技术要求的基础上,通过理论分析与计算,对履带行走系统和风送喷雾系统进行了设计与选型.测试结果显示,该喷雾机的外形尺寸为3430 mm×1630 mm×1260 mm,喷雾机行驶速度为1.7 km/h～5.6 km/h,整机最...     

果园风送喷雾机性能对比试验

为探究果园静电风送喷雾机与传统风送喷雾机性能差异,预估施药过程各运行参数之间的相互关系,根据风送喷雾机试验方法国家标准,对3WFQ-1600型传统风送果园喷雾机和3WFQD-1600型静电风送果园喷雾机进行雾滴垂直分布对比试验,对喷雾距离、喷雾压力、喷头型号和冠层垂直高度进行不同水平设定并进行试验,运用SPSS软件分析雾滴沉积量和雾滴沉积分布情况。结果表明:3WFQ-1600型传统风送果园喷雾机在喷雾距离1.0~2.0m的范围内对雾滴沉积分布量无显著影响,靶标高度对雾滴沉积影响最大;3WFQD-1600型静电风送喷雾机在喷雾压力1.0~2.0MPa范围内对雾滴沉积分布量无显著影响,靶标高度对雾滴沉积影响最大;3WFQD-1600型静电风送喷雾机与3WFQ-1600型传统风送果园喷雾机相比,雾滴由于受静电场力的作用,垂直沉积分布更加集中,垂直分布均匀性也相对稳定。     

基于ANSYS的果园风送喷雾机传动系统设计及优化

针对现有果园风送式喷雾机难以满足果树对不同喷雾高度的要求,设计了一种新型果园风送式喷雾机传动系统。该传动系统由拖拉机后置动力输出驱动,基于对象设计的理念,采用一体式后传动箱实现两个离心式风机反向旋转,通过旋转改变导流风箱的位置实现变高度喷雾。运用PRO/E软件建立三维模型,并运用ANSYS软件对传动系统中高速旋转轴进行了模态分析,结果显示结构设计合理,满足果树对不同喷雾高度的要求。     

烟草喷雾机气流场数值仿真及试验验证

为了探究烟草喷雾机风送系统气流分布情况,利用数值仿真与试验验证相结合的方法分析气流场分布规律。结果表明：1)该喷雾机气流场中气流在喷筒内导流柱两侧分布均匀,喷筒出风口截面处气流分布的仿真结果与实测结果之间相对误差较小且分布趋势一致,证明了仿真模型的合理性和有效性;2)风速与测量位置到出风口截面距离的线性回归方程为y=13.29-9.49x,相关系数为0.721。仿真及试验结果为后续风送系统的优化设计提供了参考。     

多风筒风送喷雾系统的设计与试验

为改善环形风送喷雾系统的对靶仿形喷雾效果,设计了一种多风筒风送喷雾系统,并试验研究了风场分布特性和喷雾作业性能。结果表明:风筒轴线上的风速值随风送距离的增加呈幂函数衰减,射流边界曲线先线性扩展,达到最大喷幅后开始无规律地衰减和收缩。当风筒间距为41cm和33cm时,垂直截面的风场存在3个高峰区;当间距缩小为25cm,可形成风速值均匀稳定的风幕。冠层不同高度处的叶片正、反面的雾滴平均覆盖率(正面53.25%～57.21%,反面17.72%～20.72%)基本一致,雾滴沉积密度最小值为66.6个/cm~2,满足病虫害防治要求。研究结论可为多风筒风送喷雾机的设计与优化提供参考。     

果园喷雾机五指式喷筒流场数值模拟与分析

为提高果园风送式喷雾机喷幅及整体施药效果,在课题组前期研究基础上设计了一种新型五指式喷筒。通过CFD仿真模拟对五指式喷筒内部的流场进行数值分析,对不同风机转速下喷筒进出口风速和Z=0截面上速度、压力展开对比分析。仿真结果表明:在风机3个转速下(1 450、1 080、960r/min),喷筒进口风量随风机转速的增大随之增加;各个转速下喷筒进出口流量差值很小,从而确定仿真结果可靠;五指式喷筒各个出风口风量相等;五指式的喷筒中气流出现紊流的区域较小,风速分布均匀,五指式喷筒内部压强分布均匀,各出风口之间变异较小。减少了风机能量损失,扩大喷雾机喷幅,满足了果园风送喷雾机的设计要求。     

3WPZ-4型风送式葡萄喷雾机设计与试验

为解决施药作业过程中劳动强度大、农药利用率低、流失严重,成本高等问题,结合超声波靶标探测、多柔性出风管风送与气流辅助式精量施药、精量喷雾控制等核心技术,设计与PT-115型多功能自走式底盘配套使用的3WPZ-4型葡萄喷雾机,该喷雾机喷药葡萄行距2.5~3.5m,喷雾行数4行,作业速度4.0~6.0km/h,药箱容量1600L,额定喷雾压力0.5~1.0MPa。4年生酿酒葡萄园施药作业结果表明,3WPZ-4型风送式葡萄喷雾机在额定喷雾压力时,喷雾量为37.4~78.7L/min,雾滴体积中径为132.1~251.1μm。为测试开发的施药系统喷雾性能,将精准对靶系统关闭,使用1.2mm喷嘴,喷雾压力1.0MPa,无风送时,施药量为801.2L/hm2,药液沉积率最低为53.24%,地面流失率最大为15.53%,飘移率最高为31.23%;使用1.5mm喷嘴,喷雾压力1.0MPa,有风送时,施药量为1005.4L/hm2,药液沉积率最高为71.90%,飘移率最低为15.68%;使用1.2mm喷嘴,喷雾压力0.5MPa,有风送时,施药量为408.4L/hm2,药液地面流失率最低为10.77%;无辅助风时药液平均沉积率为58.83%,平均地面流失率为14.48%,平均飘移率为26.69%,有辅助风时药液平均沉积率为68.94%,平均地面流失率为12.08%,平均飘移率为18.98%,使用辅助风使药液平均沉积率提高了17.2%,平均地面流失率降低了16.56%,平均飘移率降低了28.87%。启动精准对靶系统,试验中精准对靶系统喷雾量平均误差2.90%,药液平均沉积率为65.76%,平均地面流失率为13.40%,平均飘移率为20.84%。     

“Π”型循环喷雾机防飘性能试验

为适应篱架型作物病虫害防治要求,研制了能够将未沉积在靶标上的农药雾滴截留回收再利用的循环喷雾机,并与传统果园风送喷雾机进行了防飘性能对比试验。结果表明:在作业行下风向,"Π"型循环喷雾机空中飘失的药液比传统果园风送喷雾机减少了97.9%;在飘失距离内的地面飘失量比常规果园风送喷雾机减少了99.3%。     

Anti-drift Performance Experiment of Ⅱ-type Recycling Tunnel Sprayer

为适应篱架型作物病虫害防治要求,研制了能够将未沉积在靶标上的农药雾滴截留回收再利用的循环喷雾机,并与传统果园风送喷雾机进行了防飘性能对比试验.结果表明:在作业行下风向,“Ⅱ”型循环喷雾机空中飘失的药液比传统果园风送喷雾机减少了97.9％;在飘失距离内的地面飘失量比常规果园风送喷雾机减少了99.3％.     

果园风送式喷雾机的结构原理和使用维护

<正>我国果园机械化开始于机械植保,果园植保是各项果园管理作业中机械化水平最高的。近些年来,背负式喷雾喷粉机、便携式脉冲烟雾机以及一些先进的自动化喷雾施药器械逐渐在果园中得到应用,果园风送式喷雾机即是其中之一,如图1所示。     

有边界式棉田喷雾机的研制与试验

针对棉花生长前期,行间距较大,普通风送植保作业机存在气流扩散严重,对靶性不强,设计有边界式棉田喷雾机,该机基于高地隙通用底盘,通过动力输出和液压系统带动药泵、液压装置和轴流风机工作。采用Pro/E5.0进行零部件三维设计和模拟仿真,在计算流体力学CFD的基础上,对有边界式轴流风送系统中轴流风扇气流场相关参数等性能进行模拟改进优化。对轴流风送系统和液压系统等关键部件进行设计、计算和验证,实现有边界式定向喷洒。试验结果表明:有风送比无风送时雾滴沉积量提高了23.75%,变异系数降低了11.24%,有风送喷雾附着率达到40%以上,喷雾效果良好,适用于棉花前中期植保作业。     

3 WFQ-1600型牵引式风送喷雾机喷雾性能试验研究

我国苹果产业已经成为农民致富的重要途径之一且种植面积越来越大,近年来我国苹果矮砧密植栽培栽培模式的发展,为果园内机械作业提供了条件。本文对喷雾机进行了药液残留量、有效喷幅测试,以及药液覆盖率与雾滴沉积密度果园内试验研究。试验结果表明:3WFQ-1600型牵引式风送喷雾机喷雾性能优越,工作稳定;风机产生的气流能够搅动叶片,有很强的穿透能力;有效喷幅满足工作要求;药液在叶片叶面与叶背吸附率很均匀、充分。     

果园风送喷雾机风机叶片模态分析——基于ANSYS Workbench

以果园风送喷雾机的轴流风机叶片作为研究对象,利用CAD/CAM软件Pro/E建立叶片三维模型图,考虑几何结构、材料、约束等因素,采用有限元分析软件ANSYS Workbench进行模态有限元分析。分析结果表明:通过轴流风机叶片固有频率与外界的激励频率的校核,叶片有效地避免了共振的发生。轴流叶片的主要振动是弯曲、扭转振动以及两者的融合振动,设计时应加强叶片的弯曲强度。研究结果为提高果园风送喷雾机的性能及风机叶片的设计优化提供了依据。     

3WGZ-500型喷雾机对靶喷雾系统设计与试验

为了提高果园喷雾的农药利用率,减少因农药地面流失而造成的环境污染,针对果园传统连续喷雾作业时存在过量喷洒和树间无效喷雾的特点,基于3WGZ-500型风送自走式喷雾机设计了自动对靶喷雾系统。该系统采用超声波传感器测距方式探测果树(传感器量程为0.35~2 m,发射角为60°,喷药机两侧分别以15°均布5个)。根据传感器信号,控制与相应位置喷头对应的上、中、下3组管路电磁阀的开合,实现自动对靶喷雾。以5 a树龄的苹果园为试验对象,在喷雾压力0.5 MPa时,开展不同作业速度(1.3、1.7、4.5、7.2 km/h)下果树冠层的有、无对靶喷雾试验,并与传统喷雾机喷药对照,结果表明:作业速度对3WGZ-500型喷雾机有、无对靶喷雾时的农药利用率影响不大,自动对靶喷雾系统开启时的农药利用率为35.8%,比关闭时的27.6%提高了29.7%,较传统喷雾机18.7%的农药利用率提高了91.4%,可大幅减少农药用量;3WGZ-500型喷雾机在不同作业速度的农药地面流失率十分接近,有对靶时地面流失率平均13.3%,相对无对靶时的18.86%降低了42%,说明对靶喷雾系统有效降低了对生态环境的污染。     

多气流协同式果园V形防飘喷雾装置设计与试验

为提高果园风送式喷雾靶标区域沉积量,减少果树行间雾滴飘移,在常规气流辅助喷雾基础上,设计了一种多气流协同式V形防飘喷雾装置,通过CFD仿真验证其防飘效果。以V形风场风速、横风风速、喷雾压力为因素,分别进行单因素和三因素三水平的苹果树冠层雾滴飘移沉积试验,探析多气流V形风场对雾滴冠层沉积效果的影响规律。结果表明,当横风风速为3 m/s时,多气流协同作用的雾滴沉积密度、沉积量较单一气流分别提高了28.7%、17.4%,飘移量降低了21.8%;且3种因素对雾滴沉积特性都有显著影响,由大到小依次为：V形风场风速、横风风速、喷雾压力。通过响应面建立了雾滴沉积量预测优化模型,当横风风速为2 m/s、喷雾压力为0.52 MPa、V形风场风速为21.8 m/s时,雾滴沉积量最优值为4.81μL/cm²,田间试验结果为4.72μL/cm²,与雾滴沉积模型预测基本一致。     

果园风送喷雾风力调控方法研究进展

果园风送喷雾技术正朝着智能化和精准化方向发展,风送风力作为果园喷雾主要控制对象之一,对果园喷雾实现按需精准喷药至关重要。为此,从果园风送喷雾风机、风力对喷雾效果的影响和风送喷雾风力调控方法与装备3个方面对现有研究进行了综述,阐述了果园风送喷雾常用风机类型、风机选型时遵循的原则和风力调控对喷雾药液沉积与药液漂移的影响,进而指出风力调控的重要性。在此基础上,对国内外学者和企业在风力调控方法与装备上取得的研究成果进行了分析,归纳总结了果园风送喷雾风力调控方法研究存在的问题和今后发展方向,为后续从事果园风送喷雾风力调控方法研究提供了参考。