不同面积比射流混药器的混药特性试验

建立射流混药器模型函数特性方程,理论分析不同结构参数的射流混药器混药状态下的压力比h与混药比q的函数关系,对面积比m∈(0.86,12.76)内25种面积比的射流混药器在工作压力范围0.4~1.2MPa内5个工作压力水平下进行在线混药特性试验,分析不同面积比射流混药器的压力比与混药比的变化规律。试验结果表明:射流混药器的h-q特性曲线斜率只与面积比m有关,与工作压力无关;不同面积比的射流混药器的压力比h和混药比q都呈线性递减,小面积比的射流混药器具有小混药比及高压力比的特点。定压力比h=0.35时,只有面积比m4.34的射流混药器处于混药工作状态(q0),其他面积比的射流混药器均处于回流状态(q0)。面积比m对射流混药器的混药区间hj影响显著,面积比m从1.34增大到4.13,混药区间hj从0.68衰减到0.35,降幅48.5%。以最大混药比q0.1、混药区间hj0.3 5为设计需求,射流混药器的面积比m范围为1.7 3~4.1 3。     

在线实时混药喷雾系统设计与试验

在线混药喷施技术具有喷施效率高、用药精准、环境污染小等特点。针对在线混药系统混药比范围小和农药小流量检测难等问题,设计了一种在线实时混药喷雾系统,作业过程中直接将混药注入喷雾泵的入口端实现混药的在线喷雾。设计了一种螺旋蜂孔板式混药器,蜂孔板有左旋和右旋两种,且交替安装。设计了一种碟形混药箱,由混药器流出的水药混合液在混药箱中进一步混合。系统使用精量柱塞泵供药,将药液直接注入喷雾系统;采用基于STM32嵌入式控制器实时检测到的水箱和混药箱的液位信息,通过电磁开关阀控制水的流量;水和药在螺旋蜂孔板式混药器中混合,切向流入碟形混药箱,最终由喷雾泵抽取进行喷施。为实现精准控制,对水箱出口的流量计和底部的压力计进行标定,得到水箱水位和压力计输出电压的关系模型及压力传感器输出电压和流量计之间的变化关系,并对水流量的控制精度进行了试验;对精量柱塞泵的转速与控制信号的脉冲频率以及转速和流量进行了标定,得到了转速与控制信号脉冲频率的变化关系,并对精量柱塞泵的供药精度进行了试验。在精量柱塞泵的工作流量范围内,采用同时对水和药分别进行测量的方法对混药比进行了试验,得到了混药比误差变化曲线。采用毒死蜱作为试验药液,对在线混药系统进行了混药试验,采用岛津液相色谱仪对采样点进行了浓度检测,得到各采样点实际浓度值,并与人工充分混药效果进行了对比。试验表明：混药比为150∶1～1000∶1时,混药比误差最大为6.75%;水流量平均误差为1.35%,最大误差为7.15%;农药流量平均误差为2%,最大误差为3%;在毒死蜱混药试验中,药水混合液浓度平均误差为11.7%。     

基于模型与CFD辅助的射流式混药器设计

射流式混药器结构简单，是实现药水分离的最简单有效的关键部件之一。针对混药器内部流体流动过程的复杂性，目前没有通用的理论模型来指导设计计算，没有直观的试验方法观察内部流动的问题。从非弹性介质的动量定理出发，推导出射流式混药器的特性方程，建立面积比、喷嘴与混合室距离的理论计算模型。采用多相流Mixture模型中的Zwart Gerber Belamri空化模型法，模拟分析混药器内部的相变过程。研究结果显示理论模型法、仿真法与试验方法的拟合优度大于0.98，证明研究方法的有效性。射流式混药器在低压力比下会发生空化现象，空化产生的气体使引射流量保持稳定，该特性能够满足稳定的混药比要求。设计面积比为1.31的混药器，混药比为0.049 8，混药比变异系数为123%。引射流体与工作流体在距离喷嘴出口40 mm处，其速度场已趋于一致，即混药器的混药均匀性可以满足实际需求。该研究为射流式混药器研究与应用提供技术支撑。     

母液比重对射流式混药器吸入性能影响的试验研究

喷药浓度和单位面积喷药量是植保工作的两个非常重要的指标.本文根据射流式混药器在实际作业时必须满足不同农药母液的要求,以不同浓度的盐水模拟不同比重的农药母液,对混药器进行了吸入性能试验.试验在两种不同管径、4种不同工作压力条件下进行,测定混药器吸入不同比重母液时的吸入流量,得出了母液比重与混药器吸入流量的关系曲线,为射流式混药器的合理使用提供了参考.     

射流混药装置变工况流场特性试验与数值分析

为了解射流混药器在变工况条件下的流场特性,采用CFD数值分析和试验方法对其射流流场进行了分析。研究结果显示数值模型可以较准确地预测混药比随出口静压的变化,混药比随出口静压的增大而线性降低。通过分析变工况条件下的装置内流场可知,沿路径a-d-e方向的静压最低点位于靠近点d前端的混药室流域,流体静压在喷嘴内部迅速降低,在混药管内则呈上升趋势。在喷嘴射流影响下,靠近射流核心区的路径c-d段出现了局部旋涡。根据无量纲性能曲线分析结果可知,混药装置的压力比与混药比之间呈线性递减的关系,数值分析结果显示压力比预测误差最大值为6%,当扩散管出口静压大于0.45 MPa时,装置内出现药液回流现象,并失去在线混合的功能。     

喷杆喷雾机射流混药装置试验研究

根据喷杆喷雾机喷雾系统设计了射流混药装置,并对射流混药装置进行了在线混药试验研究。测量两种不同参数的射流混药装置应用于不同的喷雾系统的工作参数和工作状态,结果显示,射流混药装置与喷雾系统存在参数匹配。若匹配不当,射流混药装置出现回流无法实现在线混药。射流混药装置的结构参数与喷雾系统共同决定射流混药装置的工作状态,喷杆喷雾机射流混药装置的结构设计应考虑喷雾系统的流量特性。     

基于两级射流泵混药装置的喷雾机应用试验研究

使用两个单级射流泵的串联组合成两级射流泵后,可有效地提高传能效率、增加了压强比、降低了混合比,有利于喷雾机上的喷枪末端形成正常喷雾压力。通过对比试验,验证两级射流泵比单级射流泵的优势;改变两级射流泵的多个参数,研究其变化规律,为开发新型自动混药器提供依据。     

变量混药系统的研究

针对传统预混式混药方式和现有射流混药系统、静态混药系统等在线混药系统存在的问题,设计了由电磁计量泵、比例溢流阀、单向阀所构成供药回路,配合打药机的主供水回路,形成农药注入计量系统,可按实际混药需求相应控制药、水流量,达到在线精确混药的目的。对设计的混药系统在喷雾性能综合试验台进行混药试验,结果表明:在理论喷雾压力0.3～0.5MPa范围内,可精确满足1:1～1:100范围内的稀释倍数,能实现较大的混药比,混药比稳定;在不同作业条件下,流量总体误差小于5%。     

在线混药式变量喷雾系统设计与试验

为实现在线混药式变量喷雾技术,设计了药、水独立存放混药装置,差压式流量计,流量控制阀,以及相应的控制系统.应用该系统对药、水分别进行流量计量和对药流量控制,达到变量喷雾的目标.试验结果表明,流量计误差在±2.0%以内,药流量控制误差在±3.0%以内.     

基于农药光透性的混药比反馈在线混药装置

设计了基于农药光透性的混药比检测单元、采用PWM波占空比控制注入量的药液注入单元和以MSP430F149单片机为核心的低功耗控制单元,分别对各功能单元进行性能测试和标定实验,在此基础上构建了药液混药比反馈在线混药装置,并对农药百草枯进行1∶200混药比定点跟踪实验。结果表明,基于农药光透性的混药比反馈在线混药方法及装置可以实时获取混药比反馈信息,自动调节药液注入量,准确跟踪设定混药比,有效满足农药在线自动混药要求。     

基于流量调节阀和神经网络的植保机械在线混药装置

农药的小流量、高精度实时动态测控是在线混药装置急需解决的一个关键问题。流过调节阀的流量与阀前后压差、流体密度、阀开度有关,通过建立流量与这3个变量间的关系表达式,即可利用调节阀对药液流量进行实时检测和控制。设计了利用流量计和调节阀分别对水和农药原液进行计量的在线混药装置,在提出调节阀相应标定方法的基础上,建立了调节阀的流量关系表达式,并在室内进行了测试。结果表明,农药流量在24~240 m L/min范围内时,混药装置的药液流量相对偏差均小于4%。     

射流泵液固两相流特性三维大涡模拟

为研究射流泵的三维液固两相流动特性,应用计算流体动力学（CFD）方法模拟其内部流动特征.采用LES方法和混合模型对射流泵在输送固体颗粒时的三维流场进行了数值模拟,分析了不同的固体颗粒直径、固相初始体积分数及流量比等参数对射流泵液固两相射流的湍射流场及射流泵基本特性的影响.结果表明：在较小的流量比条件下,固液两相流射流泵的压力比和效率与清水时的差别不大;但是在较大的流量比条件下,随着固相初始体积分数的增大,基本性能曲线与效率均下降,且流量比和固相初始体积分数越大时,其下降幅度越大;在固相初始体积分数和固相颗粒直径一定时,流量比越大,充分混合后的含砂体积分数将随之增大.固体颗粒直径越大,则越容易产生局部体积分布集中的现象,易在射流泵内形成堵塞.研究结果为工程实际应用提供了一定的技术支持.     

射水抽气器最大吸气流量

为确定抽气器的工作范围,分析了单通道长喉管射水抽气器(即液气射流泵)在被吸气体为常压情况下最大吸气能力,认为喉管内液气两相混合的位置和流动状态是影响最大吸气流量的重要因素,喉管内发生两相临界流是有相变时抽气器的一种极限工况。采用一维流动公式计算了正常情况下最大吸气流量,试验数据说明在合理的抽气器尺寸情况下计算值与试验值一致。     

液体射流泵内部流动分析:Ⅰ试验与三维数值模拟

对偏向吸入和水平放置的液体射流泵的基本性能和内部流动分别进行了试验和三维数值模拟．数值模拟采用k-ε双方程湍流模型和SIMPLE算法,数值模拟结果与试验结果在最高效率工况附近基本重合．利用数值模拟结果对射流泵内两股流体的混合过程和流动规律进行了分析,发现对于大流量工况(流量比q>08),在喉管入口06倍喉管直径长度内,出现由局部损失和摩阻损失引起的当地压力比降低,被吸流体能量损失的现象;随着流量比的增大,单位被吸流体获得能量减少,两股流体传能距离增加,速度混合均匀长度为6～8倍喉管直径,大于喉管内压力比达到峰值的长度;喉管内两股流体混合流动过程与形成充分发展湍流过程类似;对偏向吸入的射流泵,吸入腔体内流动不对称,导致内部截面存在二次流动诱导旋涡,但是喉管内二次流动速度远小于主流速度,因此采用二维理论分析能够反映射流泵性能的主要特征．     

射流泵内部流动计算中不同湍流模拟方法的比较

为了掌握射流泵中工作流体与被吸流体的混合过程,通过基于雷诺平均N-S方程(RANS)的不同双方程湍流模型以及大涡模拟(LES)对射流泵内部三维单相流场进行数值模拟,并将这些模型的计算结果和试验值进行对比,研究了适合射流泵模型的数值方法,并在此基础上,对不同工况下射流泵的内部流动进行了分析．结果表明:采用LES方法对射流泵湍流场进行模拟计算的结果是可靠的,无论是压力比还是效率,LES模型的数值模拟结果均与试验值吻合较好;采用双方程模型预测的喉管段高速核心区在混合过程中能量耗散过快,且没有预测出剪切层的旋涡结构,只有LES方法才能得到合理的旋涡结构,从而能准确地反映出大流量工况时剪切层中工作流体和被吸流体间的动量和能量输运及混合过程,因此LES所预测的射流泵的能量特性比其他湍流模型更接近试验值;流量比越大,工作流体与被吸流体在喉管内的混合位置越靠后,势流核区沿轴向区域越长,均匀混合后的轴向速度越大．     

30PY摇臂式喷头掺气与掺液的抽吸性能试验

为了实现摇臂式喷头在较低的工作压力下工作,在原有结构基础上设置掺气管结构,形成水气两相射流开展喷灌作业.掺气管的吸气功能也可用于抽吸叶面肥液、药液,从而实现摇臂式喷头的多功能用途.为了掌握该结构的抽吸能力,选择掺气管的内径d,伸缩长度L以及摇臂式喷头喷嘴的收缩角度θ为影响因素,试验研究30PY摇臂式喷头掺气管堵住时形成的真空度以及抽吸水时的质量流量.结果表明:在相同喷头工作水压力下,喷头的喷嘴收缩角θ在30°~65°的试验范围内增大时,喷头的工作水流量减小,从而影响掺气或掺液时的混合比例;掺气管缩距离L相对喷嘴出口端面为0,当L从-4~6 mm移动时,掺气管的抽吸能力从0逐渐增大到最大,L取值2 mm为推荐值;掺气管内径d越大,摇臂式喷头的工作水压力越高,则掺气管抽吸流体的流量越大.     

脉冲液-气射流泵能量平衡

应用能量平衡分析方法,得到脉冲液-气射流泵内能量损失的压力比表达式,分析其传能及传质的机理和主要影响因素,研究了主要流动部件的能量损失变化对脉冲液-气射流泵性能的影响,并进行了相应的试验研究和数值研究.研究可知最优面积比的液-气射流泵应是在较大的流量比区间具有较好的压力比,通过5个面积比的试验得到最优面积比为4.34.研究结果表明：主要流动部件的能量损失的理论分析与试验结果基本一致;计算了主要流动部件的能量损失压力比,分析其与面积比和流量比的关系;脉冲射流频率、射流泵的面积比、流量比和射流泵喉管长度是影响射流泵能量平衡和液-气射流泵能量特性的主要因素.通过各面积比下,脉冲与恒定液-气射流泵能量损失压力比、性能、效率的试验数据进行对比研究,验证了脉冲射流是提高液-气射流泵效率的有效途径.