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。     

气流作业下雾滴粒径稻株间分布特性与风洞模拟试验

为探究气流涡旋作业方式对航空喷施雾滴粒径分布的影响,以XR-Teejet 110015型压力式扇形航空喷头为研究对象,在风洞和田间环境中进行了雾滴粒径测试试验。风洞测试模拟田间环境风速设置气流速度,同时设置了3种喷施压力,使用激光粒度分析仪测量雾滴粒径。田间试验以四旋翼无人机为施药载体,对杂交水稻进行精准对靶喷施,并对各架次无人机旋翼气流与冠层互作程度不同所形成的涡旋形态对应的雾滴粒径分布特性进行了分析。结果表明:风洞条件下,各测试喷头均处于非常细的雾化等级,雾化性能良好且稳定;田间试验中,涡旋形态对雾滴粒径分布影响显著; 3种涡旋形态下,小于200μm的雾滴粒径综合平均占比分别为73. 52%、74. 21%和84. 20%,与风洞测试结果较为一致,但田间试验所得雾滴粒径值明显偏高;明显的涡旋形态与小范围涡旋形态雾滴粒径在作物各层位分布趋势较为平缓,各层雾滴体积中径变异系数均处于3. 96%～10. 66%之间,无涡旋形态各层雾滴粒径分布则体现较大的波动性,变异系数也较高,处于9. 49%～17. 11%之间,说明较为明显的涡旋形态有助于雾滴在作物冠层垂直空间的穿透,达到更好的施药效果。研究结果可为农用无人机田间精准喷施作业提供参考。     

3YZ-80A型履带自走式玉米行间喷雾机设计与试验

针对玉米中后期封行后人工施药劳动强度大、作业效率低、传统喷雾机喷药穿透性差,且窄行距下机具行走稳定性差等问题,结合玉米种植农艺和冠层中部病虫害防治的要求,设计了3YZ-80A型履带自走式玉米行间喷雾机,该机主要由自适应仿形履带差速驱动底盘、Y形双喷头脉冲式喷雾装置、喷药监控系统组成,能够满足600mm以下的窄行距玉米冠层中部叶片喷施作业的空间要求。为了提高作业效率和喷雾效果,以喷射角、药液嘴位置、喷施距离为试验因素,雾滴体积中径D50为喷雾系统性能评价指标,开展二次旋转正交组合试验,利用Design-Expert 8.0.6软件对数据进行方差和响应面分析,建立试验因素与指标之间的数学回归模型,分析了显著因素对评价指标的影响变化规律,得到喷管最优组合参数：喷射角为60°、药液嘴在喷管上的位置为610mm、喷施距离为2.37m。田间试验结果表明,随着作业速度的提升有效防控区域显著降低,当作业速度在0.6~1.1m/s时,雾滴覆盖率大于10%的有效喷施幅宽为6~8m;当作业速度大于1.3m/s时,雾滴覆盖率大于10%的有效喷施幅宽不足4m。     

风送喷雾辅助气流对雾滴粒径影响规律研究

风送喷雾技术被广泛运用在果园喷雾机研究中,辅助气流能够对雾滴进行二次雾化以进一步降低雾滴粒径。为进一步研究扇形喷头与辅助气流的角度和距离对雾滴粒径的影响,设计了一种喷头角度和喷头距离可调的喷雾装置,研究了喷头角度、喷头距离和喷雾压力对雾滴粒径的影响规律。结果表明：在辅助气流作用下,喷雾压力增大,雾滴粒径呈现降低趋势,但雾滴粒径均匀度先减小后增大;当喷雾压力0.3MPa、喷头角度10°～20°、喷头距离约为95mm时,雾滴粒径明显降低但雾滴粒径均匀度变大,雾滴粒径相对无辅助气流作用降低了10.35%。     

气流辅助式喷雾工况参数对雾滴飘移特性的影响

采用三维流场的多相流计算流体力学模型,研究雾滴在自然风影响、辅助气流胁迫和自身重力作用下在连续相和雾滴粒子群离散相耦合的交互作用,并分析了不同工况参数对雾滴漂移特性的影响.结果表明:增大风筒气流出口速度,可以胁迫雾滴向靶标运动,减少雾滴飘失率.当喷嘴流量较小时,雾滴飘失率变小的趋势最为明显.然而喷嘴流量过大时,雾滴整体抗飘失能力显著下降.辅助气流的喷雾角对减少雾滴飘失相对于自然风速、辅助气流风速没有显著的影响.     

喷头雾化雾滴尺寸和速度的空间分布实验研究

雾滴尺寸及其运动速度直接影响药液的着靶效果和农药利用效率。为研究喷头雾化区域雾滴尺寸和雾滴速度空间分布，选取空气诱导扇形喷头IDK120-03、万能型平面扇形喷头LU120-03和防飘移扇形喷头AD120-03等3种典型喷头，利用相位多普勒粒子干涉仪测量了所选喷头在不同压力下的雾滴尺寸和雾滴速度，建模分析了喷头雾化后雾滴尺寸和雾滴速度空间分布规律。结果表明：在雾滴尺寸分布中，IDK120-03、LU120-03和AD120-03各喷头中心垂直方向上雾滴尺寸与垂直距离无明显关系，雾滴尺寸随喷雾压力增加而减小，呈线性关系，线性系数在-0.85～-0.54之间，相关程度均在0.96以上；水平方向上雾滴尺寸随水平距离增加而增大，对雾滴尺寸与水平距离二次多项式拟合，相关程度平均在0.90以上；垂直和水平方向上，IDK120-03喷头雾滴尺寸最大、LU120-03喷头最小。在雾滴速度分布中，各喷头中心垂直方向上雾滴速度随垂直距离增加而减小，呈线性关系，线性系数在-0.14～-0.01之间，相关程度均在0.99以上；水平方向上各喷头雾滴速度随水平距离增加而减小，对雾滴速度与水平距离二次多项式拟合，相...     

双流体静电感应喷雾流场测量的试验研究

运用OLID测量系统,对双流体静电感应喷头在不同充电电压和气体压力条件下的喷雾流场进行了测试,对粒径大小、速度分布的测量结果进行了分析和探讨.结果表明:雾滴在气流剪切力和静电力的作用下,在整个流场中粒径与速度均呈中心大、边缘小对称分布;喷嘴气体压力是影响雾滴粒径大小的主要因素,气体压力愈大,荷电雾滴的粒径愈小且分布愈均匀;随充电电压的升高, 雾滴的粒径减小,平均速度值增大,中心与边缘粒径与速度的分布趋向均匀.     

切削加工喷雾冷却雾化特性的PDA试验

金属加工喷雾冷却是将液体直接雾化,雾化的小液滴汽化时带走热量,从而降低刀具工作区的温度.影响喷雾降温关键的因素是雾滴粒径,雾滴粒径越小,其表面积越大,越易汽化,液体蒸发、汽化从而产生良好的冷却效果.建立了用于金属切削加工冷却的气动喷雾系统,利用PDA测试系统对喷嘴的雾化特性进行了试验研究,测量了在不同工况下的雾滴粒径及滴速信息.试验结果表明,喷嘴孔径及气动压力对雾化特性有着重要影响,在0.4 MPa气压和1.2 mm喷嘴孔径条件下喷雾系统可得到最佳的雾化效果,喷雾冷却作用集中体现在喷雾射流中心区域.     

微型无人机低空变量喷药系统设计与雾滴沉积规律研究

针对我国施药机械和农药使用技术严重落后带来的农药用量大、资源有效利用率低、农作物产量和品质下降等问题,设计了微型无人机脉宽调制型变量喷药系统,并利用风洞的可控多风速环境,通过荧光粉测试方法对悬停无人机变量喷药的雾滴沉积规律进行了试验研究。变量喷药系统由地面测控单元和机载喷施系统两部分组成,基于Lab Windows/CVI的地面测控软件,采用频率为10 Hz、占空比可调的脉冲信号经无线数传模块远程控制机载喷施系统;机载喷施系统以ARM Cortex-M3系列的STM32F103VC微处理器为核心,接收地面控制信号实时调节电动隔膜泵电动机转速,以改变系统喷雾压力和喷药量,实现变量喷雾调节。悬停风洞试验中,选择了PWM占空比、喷孔直径、电动离心喷头转速等变量,对不同距离和风速条件下雾滴沉积效果进行了试验研究。试验结果表明,风速是影响雾滴沉积效果的最显著因素,雾滴沉积以抛物线形式分布在采集区域,沉积高峰区随风速增加不仅远离喷头,且飘移沉积量逐渐减少;雾滴粒径在风速小于3 m/s时对沉积效果影响不显著,当风速大于3 m/s时,不同粒径的雾滴均发生飘移,飘移沉积量明显减少且沉积范围向远离喷头运动;粒径101.74μm的雾滴更易发生飘移,沉积高峰区集中在距离喷头4 m以外,且飘移沉积量明显低于粒径164.00μm与228.16μm的雾滴。     

设施离心雾化喷雾机的雾化性能探究试验

针对无行间硬化路与悬挂导轨的南北垄种植的日光温室，可采用离心雾化与气流辅助技术进行行侧施药作业。针对搭载对行间歇施药控制系统的推车式电动离心雾化喷雾机，以体积中值直径、相对跨度为指标，喷雾距离、雾化器转速、泵流量为试验因素，进行雾滴粒径影响因素试验和雾滴粒径模型标定试验。试验结果表明：流量、雾化器转速与其控制电机占空比均可进行线性拟合；针对体积中值直径，仅在雾化器电机占空比为15%时，喷雾距离呈负相关的显著性影响；任一喷雾距离或流量，雾化器转速对其呈负相关的显著性影响；任一雾化器转速，泵流量呈正相关的显著性影响；雾化器转速、泵流量均对相对跨度呈正相关的显著性影响；采用非线性回归法，建立喷雾距离在0.50~1.00 m下雾化器转速和泵流量相关的初始雾滴粒径模型，在有效占空比范围内，雾滴粒径在469~1003 μm范围可调，满足不同情况下的雾滴粒径需求。     

二流体雾化器雾化过程仿真及实验

探究了二流体雾化器液膜破碎过程与液滴形成过程,对不同螺距和喷嘴出口形状的二流体雾化器喷嘴进行仿真研究。仿真分析了二流体雾化器的液膜形成与破碎过程,通过耦合VOF-DPM模型,成功获得了雾化过程中的液滴粒径尺寸分布,并通过实验验证仿真结果的准确性。研究结果表明：二流体雾化器中螺距对气相的速度影响较大,高速的气相从出口流出时会形成较大湍流抬升导液管附近液相;不同的喷嘴结构会导致液相延伸的长度和一次破碎完成的时间不同,气相的速度越高二次破碎能产生粒径更小的液滴颗粒;气相速度较低的喷嘴二次破碎过程以液团形式完成二次破碎,气相速度较高的喷嘴则以液带形式完成二次破碎。     

喷头位置与孔径对尾气回收式烟雾机雾化的影响

烟雾机的雾化效果对病虫害的防治及环境保护具有重要的影响,在尾气回收式烟雾机的工作系统中,喷头的安装位置和喷头孔径是影响其雾化效果的主要原因。为此,试验分析了在定喷头流量和发动机定转速条件下喷头不同安装位置及孔径对雾化效果的影响,结果表明:喷头孔径在0.6~1.0mm范围内的不同喷头型号中,45°七眼喷头的均匀度值达到0.91,雾化效果最好;喷头安装位置在100mm处的VND与NMD数值在雾滴粒径最佳范围内,DR值为0.91,雾滴最为均匀。     

密闭空间中液体雾化喷嘴的性能研究

将使用于密闭空间的细微粒喷嘴改进为带有静电环的静电喷头,采用 Winner 318分体式喷雾激光粒度仪测量非静电与静电情况下粒径的变化。试验结果表明：加有高压静电的环状电极喷嘴有利于细化雾滴粒径,使粒径均匀化。     

电动转笼二次残差补偿雾化模型建立与试验

为解决航空施药作业时雾滴粒径变量精细控制的难题，采用二次回归正交试验与机器学习相结合的方法建立了二次残差补偿雾滴粒径模型。在以Aerial-E型电动转笼雾化器为控制对象的雾化试验平台上进行了二次回归正交试验，分析了雾滴粒径与风速、施药流速、雾化器转速之间的相关性，建立了雾滴粒径模型；为了提高雾滴粒径模型预测精度，添加补偿因子建立了第1次优化雾滴粒径补偿模型；利用机器学习构建了第2次残差预测模型，将第2次残差预测模型与第1次优化雾滴粒径补偿模型线性叠加，得到了二次残差补偿雾滴粒径模型。为验证二次残差补偿雾滴粒径模型的有效性，进行了模型验证试验与对比试验，试验结果表明，二次残差补偿雾滴粒径模型预测偏差绝对值最大为10.78%，其预测值与测量值的决定系数R2为0.95，比无补偿雾滴粒径模型提高了0.06，比第1次优化雾滴粒径补偿模型提高了0.05。将二次残差补偿雾滴粒径模型进行了等效变形，得到了电动转笼二次残差补偿雾化模型，基于该模型设计了电动转笼雾化系统，并进行了系统应用试验，结果表明，该系统雾滴粒径设定值与测量值的决定系数R2为0.94，雾滴相对分布跨度均小于1.6，实现了在恒定风速、施药流速条件下雾滴粒径的控制。本研究结果可实现航空施药作业时雾滴粒径变量精细控制。     

组喷孔喷雾雾化特性研究

基于修正的喷雾模型,对组喷孔雾化特性进行了数值研究.计算结果表明平行组喷孔中喷孔直径减小所带来的微孔效应以及喷雾重叠区域的射流交互作用,使得其喷雾同单喷孔类似,均具有良好的轴对称性.平行组喷孔喷雾贯穿度略小于等截面单喷孔,而明显大于等直径单喷孔.随着喷孔间距以及夹角的增加,喷雾射流交互作用下降,组喷孔喷雾贯穿度下降,喷雾SMR(索特半径)下降,同时也逐渐失去轴对称性.相对于收缩型组喷孔,扩张型组喷孔失去轴对称性更快,喷雾贯穿度下降更多.     

喷灌水滴的蒸发研究

应用喷灌水滴分布模型、水滴蒸发模型和水滴运动模型对喷灌蒸发进行了预测 ,预测结果与实测蒸发量吻合     

基于LPM的摇臂式喷头水滴分布试验研究

为了研究旋转式喷头水滴直径、速度及动能的分布规律,采用激光雨滴谱仪(Laser Precipitation Monitor,LPM)对3026B型摇臂式喷头分别在0.15,0.20,0.25,0.30,0.35 MPa这5种工作压力下进行了室内无风水滴分布试验,并根据最小二乘法原理建立了水滴分布数学模型.试验结果表明:3026B型摇臂式喷头的喷洒水滴直径与喷头距离之间总体上呈指数函数分布;直径在1~3 mm的水滴在5种压力下占整个喷洒区域的频率分别为56.80%,64.35%,72.14%,61.72%,40.17%;距喷头不同距离的水滴累积频率曲线斜率随着压力的增加逐渐减小;水滴速度与直径呈对数函数分布;水滴动能与喷头距离呈指数函数分布,其相关系数在0.8以上.压力对近处水滴直径、速度及动能的分布规律影响较小,对远处的影响较大.     

不同施药机具在玉米田间的雾滴沉积分布试验

针对我国玉米等高秆作物生长中后期的机械化植保难题,进行了3WX-1000G喷杆喷雾机、3WX-2 0 0 0 G喷杆喷雾机、STORM1 5 0 0风送远程喷雾机等3种大型自走式施药机具的玉米田间喷雾试验,比较分析了不同施药技术与机具对雾滴沉积分布规律的影响,为筛选技术水平先进,并与玉米病虫害防治要求相适应的施药技术与植保机具的技术提升提供依据。试验结果表明:风幕辅助气流能有效提高雾滴在玉米冠层内的沉积量和覆盖率,在冠层中部和下部的平均沉积量比无风幕时提高了36.4%和17%;冠层各部分的覆盖率均比无风幕时有所提高,冠层下部增长率最高,达到28%;风幕辅助气流还能有效改善雾滴在玉米植株上的分布均匀性;风送式远程喷雾机的风力辅助作用有助于将雾滴向远程输送,大大提高了喷幅及作业效率,但大量雾滴集中于喷幅的前段区间,使其在整个喷幅范围内的雾量分布均匀性远差于喷杆喷雾机,最大变异系数超过1。     

雾化装置测试试验系统研究现状

介绍了当前农林病虫害的发生现状,分析了国内外雾化装置测试试验系统的发展概况,阐明了雾化装置测试试验系统在喷头喷雾质量检测以及液泵性能检测方面的突出作用,重点分析了雾化装置测试试验系统在喷头的喷雾角、雾滴大小和雾滴分布均匀性等主要性能参数测量中的应用,为今后进一步开展雾化装置测试试验系统的研究、实现农业经济可持续发展以及数字农业奠定了基础.     

农药喷雾液滴尺寸和速度测量方法

测量和控制喷雾液滴的粒径和速度对于农业施药过程的优化和提高药液沉积率具有重要的作用。为此,概述了目前国内外已有的雾滴粒径和速度的测量方法,并从测量系统组成、测量原理和测量方法等方面,着重介绍了既可测量雾滴粒径、又可测量雾滴速度的、高测量精度的三维多普勒激光粒子动态分析仪(Phase-Doppler Particle Dynamic Analyzer,PDA)和粒子/雾滴图像分析仪(Particle/Droplet Image Analysis,PDIA)。