柑橘黄龙病远红外热处理温度场分布特性试验研究

针对柑橘黄龙病热空气处理存在能耗高、加热设备笨重、传热较慢等问题,提出了柑橘黄龙病远红外热处理方法。为解决远红外加热时柑橘树温差过大的问题,搭建了柑橘黄龙病热空气快速处理温度场分布特性试验平台,研究了远红外灯管组数量、单根灯管功率、加热时间、远红外灯与支架顶部距离对柑橘树温度场分布的影响,并对远红外加热影响因素进行优化。研究结果表明:远红外灯管组数量、单根灯管功率以及加热时间对柑橘树叶和枝干的温度场分布均有显著影响,远红外灯与支架顶部距离对树叶的温度场分布影响显著。试验优化后的参数为:远红外灯管组数量为3,单根灯管功率为1 k W,加热时间为3 min,远红外灯与支架顶部距离为10 cm。在此条件下,树叶温度平均值为58. 1℃,枝干温度平均值为43. 1℃,整体温度平均值为52. 3℃。在此参数下对柑橘黄龙病进行远红外热处理田间试验,病菌浓度平均降低34. 4%。研究结果可为柑橘黄龙病规模化远红外热处理设备的优化设计提供参考。     

日本农业航空技术发展及对我国的启示

日本根据其地形、地貌特征、从事农业劳动的情况选择了从有人直升机到无人直升机航空施药为主的发展模式,研制了几款不同发展时期的植保无人机机型(R50、RMAX、RMAXⅡG、FAZER)应用于水稻植保作业,日本学者对农业航空遥感技术、精准导航控制技术、无人机控制技术进行了大量研究,在施药实践中形成了较为实用的无人机植保管理体制,确保了日本农业航空的健康、有序发展。本文旨在介绍日本农业航空现状、应用领域、精准施药技术及管理方法,以期为我国农业航空应用技术的发展提供借鉴。     

植保无人机旋翼风场模型与雾滴运动机理研究进展

近几年，植保无人机施药技术在中国获得广泛应用，并逐渐发展为国内主要植保技术之一。但由于对植保无人机施药技术基础理论研究不够深入，相关机理尚不明晰，且植保无人机作业平台的稳定性依然有待提高，导致国内植保无人机施药效果不够理想。深入研究植保无人机施药技术的基础理论，理论结合试验结果共同指导植保无人机田间施药是提高其施药效果的经典方法。该研究综述了植保无人机旋翼风场分布特性、雾滴与无人机旋翼风场交互机理、雾滴沉降与飘移机理、雾滴与叶片表面的交互机理及雾滴分散和蒸发特性等植保无人机施药技术基础理论及其模型构建情况的国内外研究现状，并结合其基础理论与模型构建的国内外研究现状，给出植保无人机施药技术的未来发展建议，以期为植保无人机施药技术的发展提供参考。     

AS350B3e直升机航空喷施雾滴飘移分布特性

为了探究安装有AG-NAV Guía系统的AS350B3e直升机进行喷施作业时的雾滴飘移规律,以轻型机载北斗RTK差分系统获取的精准作业参数(时间、速度、高度、轨迹)为参考,进行了不同作业参数喷施试验。研究了该直升机以4种不同飞行速度范围进行单向式喷施作业时,对应的有效喷幅区域范围及雾滴飘移分布规律,对比了添加航空助剂对雾滴飘移距离及飘移量的影响。结果表明:有效喷幅区域的位置受自然风速和风向变化的影响,会向直升机航线下风向区域有不同程度的偏移;当直升机分别以70、90、100、120 km/h 4种速度参数进行喷施作业时,随着飞行速度的增大,有效喷幅宽度呈现先缓慢增大后急剧减小的趋势,100 km/h的飞行速度为有效喷幅宽度变化的峰值拐点;当侧风风速为1.1~2.3 m/s时,目标喷雾区的最小宽度在喷雾区域下风向水平距离27.61~48.94 m的范围内,且下风向受飘移影响距离均接近或小于下风向有效喷幅宽度,同时研究还发现雾滴粒径在200μm以下的雾滴更容易发生飘移,因此在作业时要预留至少50 m以上缓冲区(安全区)并合理选择航空喷头以避免药液飘移产生的危害;航空助剂的使用对于雾滴飘移量减轻效果显著,在同等作业条件下,添加航空助剂能够使雾滴飘移量减少33.94%。该研究结果可为直升机的喷施系统性能改进提供参考,对合理喷施农药、减少飘移、提高农药利用率具有重要意义。     

柑橘黄龙病热空气快速处理温度场分布特性试验研究

针对柑橘黄龙病自然热罩热处理存在的处理周期长、效率低、对自然条件依赖大、处理罩内温差过大等不足,提出了一种柑橘黄龙病热空气快速处理方法。为解决热空气快速处理时罩内温差过大的问题,搭建了柑橘黄龙病热空气快速处理温度场分布特性试验平台,研究了有无回风道、风速、热空气入口位置、热空气出口位置、入风口热空气温度对处理罩内温度场分布的影响。试验结果表明:风速、热空气入口位置、热空气出口位置、入风口热空气温度对处理罩内各截面温度场均有显著影响(P0.05);回风道不仅能使处理罩内温度场更均匀,而且能够降低能耗。通过试验得出柑橘黄龙病快速热空气处理的优选参数为:有回风道,风速14.5 m/s,热空气入口位于处理罩下层,热空气出口位于处理罩上层,且与入口呈90?,入风口热空气温度90℃。在该优选参数下,处理罩内温度从32℃上升到48℃,耗时约为9 min,处理罩内的温度极差为3.9℃,比非优选参数下罩内的温度极差相比下降了14.1℃。并在此参数下对柑橘黄龙病进行快速热空气处理田间试验,处理后病菌浓度平均降低80.28%。研究结果为黄龙病热空气规模化处理设备的优化设计提供参考。     

基于共振声学放大原理的涡激振动自发电装置设计与试验

为实现从自然环境中自动获取清洁能源,并给无线传感器和通讯模块供电,基于涡激振动及共振声学放大原理,设计了一种压电自发电装置。首先对位于该自发电装置内的压电悬臂梁复合结构进行力学分析;其次基于计算流体力学数值方法,对绕流圆柱后附加不同板长条件下的流场动力学特性进行分析,以明确悬臂梁长度对脱涡频率和升力、阻力系数的影响规律。利用有限元软件ANSYS对压电悬臂梁复合结构的横向往复振动进行数值模拟,确定了复合结构的横向振动频率随板长L的变化规律。最后对位于该装置两侧的亥姆霍兹共振器的结构尺寸进行优化设计,以使流场的脱涡频率、压电悬臂梁复合结构的一阶横向振动频率和共振器的谐振频率达到一致,从而使压电发电装置产生共振并输出最大的电能。试验结果表明,涡激振动自发电装置在5 m/s的风速下可产生两相峰峰值为6.0 V的开路电压,且上述3个频率达到一致。4~6.25 m/s为该自发电装置的自锁风速区间,在此风速范围内,自发电装置均能产生较大的电压。     

农用无人机超低容量旋流喷嘴的雾化特性分析与试验

针对农用植保无人机超低容量喷施作业时,使用液力喷嘴产生的雾滴粒径较大,离心喷嘴结构复杂、价格较高等不足,基于旋流雾化的原理并采用模块化方法,提出了一种超低容量旋流喷嘴结构。通过对旋流喷嘴内流场的流体动力学行为和雾化特性进行数值分析与试验,明确了流体的物理特性和旋流喷嘴的结构参数等对雾化性能的影响规律。研究结果表明,液膜表面的正弦波失稳是导致锥形液膜碎化为雾滴的主要原因,在旋流喷嘴的结构参数中,喷嘴出口直径是喷嘴雾化性能的主要影响因素。当喷嘴出口直径从1增大至1.5 mm,喷雾流量平均增大了46.23%,喷雾角平均增大了29.77%,产生雾滴的索特平均直径平均增大了15%。此外,喷雾流量还与旋流槽数量成比例,旋流槽的螺旋角主要影响喷雾角。喷嘴入口处的流体相对压强则对喷雾角及雾滴粒径有较大的影响,其中喷雾角随着相对压强的增大而增大,而雾滴的索特平均直径随压强的增大呈非线性递减,当流体的相对压强从70增大至160 k Pa时,系列化旋流喷嘴的索特平均直径降低了约25%~35%。此外对于旋流喷嘴而言,流体黏度的增大会导致喷雾角的减小,但适当增加流体的黏度(不超过纯水黏度的200%)可显著降低雾滴的平均粒径,提高喷嘴的雾化质量。该研究可为农用无人机超低容量变量喷洒系统的研发提供参考。     

液滴体积对水稻叶面接触角的影响

接触角是衡量液滴在水稻叶片上润湿展布效果和滞留能力的主要指标,为了准确测量液滴在水稻叶片表面上接触角(θ)大小,研究了液滴体积对水稻叶面接触角的影响。通过试验测量不同液滴体积下的水稻叶面接触角、液滴高度(h)和液滴接触面直径(d),分析接触角随液滴体积变化的规律。结果显示,液滴体积对4种被测水稻叶面接触角均有显著性影响。在液滴体积上升的初期(1.0~7.5 μL),液滴高度随液滴体积变化的速率(h'_v)与液滴接触面直径随液滴体积变化的速率(d'_v)的比值h'_v/d'_v>h/d,水稻叶面接触角增大;在液滴体积继续上升的后期(7.5~20.0 μL),当h'_v/d'_v≈h/d时,水稻叶面接触角基本不变,当h'_v/d'_v<h/d时,水稻叶面接触角略微减小,最后接触角趋于稳定。由此得出,液滴体积对水稻叶面接触角有显著影响,且接触角的变化趋势与液滴高度和接触面直径及二者的增长速率密切相关。最后还提出了水稻叶面接触角试验统一使用的液滴体积应大于水稻叶面最大接触角所对应的体积,且最好控制在7.5~20.0 μL,水稻叶面最大接触角在液滴体积7.5~10.0 μL、首次h'_v/d'_v≈h/d时近似测得。     

农药液滴在玉米叶片表面铺展面积的影响因素

农药液滴在植物叶面上最大铺展面积,决定了农药有效成分作用范围、蒸发时间和叶面吸收效果。为了探究液滴粒径、农药润湿性能和叶面倾角对液滴在玉米叶面上铺展面积的影响机理,通过试验方式产生548、675、756、877、973 μm粒径的液滴,利用质量分数为0、0.005%、0.01%、0.1%的OP-10表面活性剂代表润湿性能不同的农药,设定叶面倾角为0°、15°、30°、45°、60°、75°,进行全因子试验。结果表明：液滴粒径、表面活性剂浓度、叶面倾角均对铺展面积影响显著（P<0.001）,三者增大均能提高液滴在玉米叶面上的最大铺展面积。在不同角度下,增大液滴粒径和溶液的润湿性能都能增加液滴在玉米叶面上的铺展面积。药液润湿性能差时,铺展面积随叶面倾角的变化不够明显,润湿性能较好时,铺展面积呈现出随叶面倾角先上升后下降的趋势,粒径为548 μm液滴铺展面积的最大值出现在叶面倾角45°左右。通过表面活性剂的单位浓度铺展面积评估了不同浓度的OP-10液滴的铺展能力,发现0.005%铺展能力大于其他浓度,说明在溶液中加入少量OP-10就可以显著改变溶液润湿性能。研究结果有助于理解叶面铺展润湿机理,并为通过调控农药润湿性能和药液粒径来实现农药减量增效提供了理论支撑。     

涡致振动型风力压电俘能器流场数值模拟与试验

基于涡致振动原理设计了一种风力型压电俘能器,通过串列配置的双绕流圆柱增加进气道内流场的压强波动,以Helmholtz共振腔作为尾流区域的风压谐振放大装置,利用PVDF压电薄膜直接将湍流引起的持续性压强波动转换为电能。采用计算流体力学数值方法,分析了在不同风速下压电俘能器内部流场的流体动力学行为。数值分析及试验结果表明:在相同风速下,当耦合因子L/D=2.2时,双绕流圆柱引起的压强波动最大,可达到单绕流圆柱的2倍;Helmholtz共振腔内气体在振荡流的作用下产生谐振后,腔内气体压强的幅值随风速的增加而增大,但振动频率均相同且为共振腔的固有频率。