农药雾滴电晕荷电技术的理论研究

探讨了防治农林病虫害的静电喷雾技术,就其关键技术雾滴荷电技术从电晕荷电机理以及带电雾滴输运特性方面进行了理论分析,获得了增加电场强度、提高粒子浓度、改善药剂导电性和提高带电粒子动能是提高雾滴电晕荷电效果的有效方法.同时,解决了静电喷雾过程带电雾滴带电量不足及输运项低下的问题,提高了药液的利用率,为今后进一步开展静电喷雾研究、实现农林经济可持续发展奠定基础.     

小尺度荷电喷雾系统雾化区场强分布特性分析

荷电喷雾燃烧技术对于促进微小尺度条件下液体燃料稳定与充分燃烧具有重要意义。基于喷嘴内径为0.9 mm的新型结构小尺度荷电喷雾燃烧器,开展了单电场及组合电场作用下乙醇燃料的荷电喷雾实验,测量了稳定"锥-射流"雾化模式下雾化区的雾化角。实验结果发现在相同乙醇流量下,采用组合电场燃烧器时的雾化角大于采用单电场时的雾化角,表明环形电极的引入可提高乙醇的雾化效果。荷电喷雾空间电场是由高压组合电极和空间电荷共同作用产生的,电极参数和空间电荷对空间电场分布均有重要影响。根据均匀带电细圆环电势和场强公式,将有限长薄圆柱面视为均匀带电细圆环的集合,利用叠加定理和椭圆积分的方法,计算出组合电极诱导电场在雾化区的场强分布。空间电荷作用产生的电场由喷嘴形成的雾锥区形状和带电量决定。计算结果表明,环形电极在雾化区产生的场强是轴对称的极不均匀的场强。当喷嘴电压处于一定值时,增大极距和环形电极的电压,组合电极的诱导电场强度大小有明显增强的作用,场强角度有明显变化。空间电荷产生的场强也是轴对称的极不均匀的电场强度,与电极诱导电场相比其作用不容忽视,尤其靠近金属网附近,空间电荷产生的电场起主导作用。组合电极条件下的荷电喷雾空间电场强度比喷嘴单电极作用下的荷电喷雾空间场强有明显的增强。选择1 mm的极距和环形电极的电压有利于荷电喷雾系统形成稳定的"锥-射流"雾化模式。     

小尺度荷电锥—射流场强分布特性研究

基于微小尺度荷电喷雾燃烧系统,进行了组合电场下乙醇的荷电雾化实验,得出了稳定的锥-射流雾化模式,并基于该模式,进行了理论分析计算。借助直角坐标系与极坐标的关系,采用椭圆积分的方法,求解出组合电场下射流区的场强分布。研究结果表明:环形电极在射流区产生的场强在喷嘴中心处产生的电场强度最大,环形电极圆心处的场强为0 V/m,当其他条件相同时,场强随着半锥角的增大而增大。环形电极的半径远大于喷嘴半径,极距较小,环形电极在射流区产生的场强与喷嘴电极所产生的场强相比可以忽略。在球坐标系φ为0°~49.3°范围内,射流区的电场强度电场分布是轴对称的极不均匀的场强,喷嘴中心处值较小,周围场强较高,利于雾滴荷电,改变环形电极电压参数,对射流区的场强分布没有影响,但对雾化区的场强起到了明显增强作用。     

静电喷雾中的雾滴荷电特性分析

通过建立静电喷雾3种充电方式的电学模型,分析了雾滴在电场作用下的荷电机理及荷质比与荷电电压间的关系,其结果表明:充电方式决定电荷产生机理和雾滴的荷电效果.在稳定的工作状态下,接触充电电荷为正极性;感应充电和电晕充电显示负极性;同时,荷质比与充电电压成线性关系,随充电电压的升高而增大,充电电压升高引起介质介电状态的改变,会使充电方式和电荷特性产生质的变化;气体的自持放电使感应充电成为电晕充电,荷质比产生跳跃,形成倒Z形的荷质比-电压关系;当电晕进入电弧放电时,电晕充电成为接触充电,电荷极性产生突变.     

环形电极结构对喷雾形态与荷电效果的影响

为研究环形电极结构对静电雾化的影响,对不同环形电极结构下的静电场进行实验研究,得到其锥-射流模式下的喷雾锥角及液滴荷质比。根据实验工况对不同环形电极结构下静电雾化装置产生的空间电场进行数值模拟,得到其对空间电场分布的影响。结果表明,随着环形电极内径减小或厚度增大,环形电极周围的径向电场强度增大,而轴向场强并未有明显变化;喷雾锥角和荷质比随环形电极内径的减小或厚度的增大而增大。环形电极厚度及内径的改变使空间电场分布发生变化,从而影响喷雾形态及液滴荷电效果。本研究可为提高液滴荷电效果、合理设计静电喷雾装置提供技术参考。     

喷针-环形电极配置对感应荷电喷雾的影响

为充分了解喷针-环形电极配置对静电喷雾所产生的雾滴荷电性能的影响,以Ansoft Maxwell电磁场分析软件为工具,对感应荷电喷雾中喷针与环形电极的各种配置情况进行了数值模拟计算,得出了在不同电极配置方式下静电场的分布特征,并以此为依据,结合感应荷电的原理进行了喷针-环形电极配置对电喷雾雾化效果的试验.结果表明:在所有的喷针-环形电极配置方式下,喷针周围电场强度均为最高并且沿着轴向方向迅速减弱;通过增加充电电压或改变电极配置中的相关几何尺寸,针尖周围的电场强度也随之升高;在考察的几组电极参数中,喷针长度为25mm,环形电极厚度为4mm时,所得到的电场强度最高,感应荷电效果最好.喷针与环形电极相对位置的不同会导致电场方向出现很大差异,进而导致雾滴的运动轨迹不同.仿真结果可为电极结构的合理配置以及感应荷电喷雾的雾化效果提供设计基础和理论依据.     

航空双喷嘴静电喷头的设计与试验

针对航空静电喷雾装置采用的双喷嘴静电喷头进行了结构设计,从理论上分析了双喷嘴环状电极诱导的空间电场对雾滴粒径及荷电效果的影响。建立了泵-喷头-粒径分析-荷质比测量系统,对双喷嘴静电喷头的喷雾特性进行了试验分析。试验表明,当充电电压为10kV时静电喷雾可以产生分布均匀、平均体积中径为81.8μm的小雾滴,并可获得2.65mC/kg的最大荷质比。     

荷质比对荷电雾滴沉积分布影响的初步研究

自制静电喷雾系统,采用自制环状电极通过感应充电方式对雾滴充电,调节充电电压得到试验要求的荷质比,对距离喷头550mm的模拟植株喷雾,研究对靶喷雾荷质比对雾滴沉积分布的影响。结果表明:静电喷雾较常规喷雾能够有效改善荷电雾滴的沉积分布效果;随着雾滴荷质比的增加,荷电雾滴向靶标集中,改善喷雾效果,且随着荷质比的增大,喷雾最大距离减小。     

感应荷电中环形电极参数影响的实验研究

研究了在感应荷电状态下环形电极的直径和安装位置对雾滴荷电性能的影响,试验在相同的喷雾压力和液体介质的条件下进行,采用5种电极环径和5种安装位置进行全因素射流荷电喷雾,应用网状目标法测量群体雾滴电流,用荷质比评价感应荷电性能,详细分析荷电电压、电极环直径和安装位置对荷电量的影响.试验结果表明:荷电量与荷电电压成正比并随电极的安装位置前移而增大、电极环直径的增大而减小,并且存在明显的线性关系;通过进一步分析,提出荷电系数计算经验公式.     

静电喷雾的突变特性分析和试验

建立了雾滴充电过程的电学模型，从理论上解释了雾滴荷电过程中先出现瞬时不稳定的充电电压与荷电电流关系，随后电压降低，电流突然增大，形成倒Z形关系的现象和产生突变特性的机理。分析揭示了不稳定现象和突变特性的实质是感应充电进入电晕充电的过渡过程。电极的结构形式、充电方式、充电液体的介电物理性质都直接影响雾滴的荷电效果。理论和试验表明，感应充电和电晕充电中雾滴的荷电量与充电电压间存在着线性关系。     

静电雾化喷头喷针布局方式的分析与优化

静电雾化喷头中喷针排布方式的设计与优化对提高农药雾化效率有着至关重要的作用,以此为目标文中对特定参数的静电雾化喷头提出了3种喷针布局方式,建立多针喷嘴为平板电极电场求解模型,以Ansoft Maxwell电磁场分析软件为工具,获得了3种静电雾化喷头周围平面电场强度分布云图以及特殊路径电场的分布曲线,针对电场分布更优的排布方式进一步对喷针的排布密度进行了仿真,并对6种喷针布局的喷头进行了水溶性溶液的静电喷雾试验.结果表明:在其他条件不变的情况下,与正方形阵列、六边形阵列相比,选择圆周阵列且采用更小的分布半径能够产生更好的液滴粒径分布,考虑到实际应用,过于紧密的排布会产生的过小针距,这将容易使针尖周围的空气击穿从而影响雾化过程,故采用半径为6 mm的圆周阵列方式最为合适,该试验结果与模拟计算结果基本一致.     

ER流体的动力学特性研究

基于粘性阻尼和回滞阻尼组成的阻尼模型，对电流变（ER）流体的动力学特性进行了研究。应用迭代摄动法讨论了含有ER流体振动系统的非线性频谱，给出了带有ER流体阻尼器梁结构的计算结果。并应用Newmark数值积分方法分析了带有ER流体阻尼器梁结构的多自由度振动系统在不同电场强度和激励频率作用下的位移响应情况。结果表明，系统的刚度和响应的变化可以通过外加电场强度来控制，随着电场强度的增加，响应幅值减小且结构刚度变大。     

静电对残膜吸附作用的影响因素试验研究

静电对农田残膜具有吸附作用,可以用来进行残膜回收,以提高残膜回收机的收净率。为此,采用静电对残膜的吸附力作为评价指标,对静电残膜吸附力的影响因素进行了试验研究,考虑的影响因素主要有环境温度、环境湿度、电极和残膜间距、残膜污浊度及电场强度等。通过试验给出了以上各影响因素和静电残膜吸附力间关系的经验公式,分析了各因素的影响程度。本研究可供采用静电吸附作用原理开发残膜回收机的研发人员及其他科研人员参考。     

高压脉冲电场对高粱种子萌发特性影响研究

探索高压脉冲电场对高粱种子萌发特性的影响,优化电场作用参数,在提高杂粮品质及产量方面的应用具有重要意义。为此,采用正交试验设计方法研究了高压脉冲电场的场强、时间和脉冲个数对晋杂D104高粱品种的种子萌发的影响,主要研究了高粱种子萌发期间的发芽势、发芽率、芽长、根长、幼苗鲜重、发芽指数,以及种子活力指数等生理指标的影响。运用综合平衡法对各个生理指标影响情况进行分析,获得高压脉冲电场促进高粱种子萌发的优化工作参数,分析数据并探讨变化机制,选取最佳的优化条件。     

管式土壤水分传感器探头的研制

设计了一种基于电场边缘效应的管式土壤水分传感器。为了研究圆环电极几何结构对水分传感器灵敏度及有效测量范围的影响,采用有限元分析软件Maxwell分析了不同参数组合下探头的电场分布和电容变化,得到了传感器探头最优结构参数组合。试验表明:优化后的土壤水分自制传感器测量值与传统烘干法测量值对比,两者决定系数R2=0.997 6,最大绝对误差为1.60%,提高了传感器的测量精度,可应用于农业生产实践中。     

用高压脉冲电场对桃汁非热杀菌的研究

运用高压脉冲电场非热杀菌技术对桃汁进行非热杀菌,通过单因素试验和正交试验对染有大肠杆菌的桃汁进行了研究,运用高压脉冲电场对桃汁进行非热杀菌可以完全杀灭微生物;电场强度、脉冲数、杀菌温度与细菌残留数有关,电场强度是主要的影响因素,脉冲数对杀菌影响不显著。同时从感官评定、总酸、抗坏血酸及电导率等方面对桃汁品质进行分析,结果表明运用高压脉冲电场非热杀菌不影响桃汁的品质。     

喉管长度对环形射流泵性能影响的数值模拟

基于有限体积法和Realizablek-ε紊流模型,应用Fluent软件对环形射流泵内部流场进行数值模拟,并对计算的可靠性进行验证.由射流泵内部流场可以看出,环形射流泵射流的扩展混合在喉管和扩散管中均存在.针对不同喉管长度下环形射流泵内部射流扩展和壁面压力分布情况,模拟分析了不同喉管长度对环形射流泵性能和效率的影响.结果表明,喉管长度对喉管内射流扩展、环形射流泵性能和效率均有一定影响.喉管越长,射流扩展混合程度越好,但过长的喉管会带来较大的摩阻损失.根据效率最高原则,环形射流泵喉管长度Lt应符合Lt/Dt=2.17-2.89,其中当喉管长度为喉管直径2.69倍时效率最高,可达到35.6%.     

马铃薯缺陷电阻成像阵列数据获取方法

该文针对目前马铃薯缺陷检测方法费时费力、仪器设备昂贵和涉及强磁场等问题，提出了基于电阻层析成像方法实现对马铃薯缺陷检测，研究了马铃薯缺陷电阻成像物场阵列数据获取方式。该文在对成像物理场建立建模基础上，研究不同电极形状对物场电势、等值线等电学特性的影响，以及激励电极形状、电极覆盖率、激励方式对敏感场电势分布仿真研究。最终确定物场阵列数据获取方式，电极结构优化。