飞行速度对无人机喷雾流场影响规律数值分析

为了解单旋翼无人机飞行速度对于其喷雾流场和雾滴沉积分布的影响,采用ANSYS FLUENT开展了单旋翼无人机喷雾作业气液两相流场的数值分析研究,重点分析了单旋翼无人机的飞行速度对于其喷雾流场的影响规律。数值分析的结果表明:单旋翼无人机下方的旋翼风场沿主旋翼的旋转方向具有一定的旋转分量,气流流速随离地高度的增大而增大;随着单旋翼无人机飞行速度由3m/s增加至5m/s,雾滴轨迹与水平线的夹角由25°减小到17°,沉积采样带上的变异系数CV均值由0.95减小到0.3;随着飞行速度的增大,雾滴沉积均匀性随之提高,单旋翼无人机的飞行速度对于其雾滴沉积均匀性具有显著影响。本文采用了更为贴近于实际的CFD模拟方法,可以比较准确地模拟出实际的雾滴沉积情况,为单旋翼无人机实际作业提供具有参考价值的指导。     

平面激光诱导荧光法测量射流混药浓度场研究

为了验证平面激光诱导荧光(planar laser induced fluorescence,PLIF)方法测量射流混药浓度场的可行性,该文在考察射流混药浓度场随压力变化特性基础上,开展基于PLIF的射流混药浓度场测量试验。研制了射流混药装置及辅助测量装置。配制6种不同浓度的罗丹明6G均匀混合液进行浓度标定,采用平滑滤波消除测量噪声影响。对比总体灰度值标定和分栅格标定2种方法的标定效果,结果表明:采用分栅格标定可以获得较平均的分区域浓度,在标定浓度为1.000 mg/L时,分栅格标定的最大最小平均值之差仅为总体标定的25.22%。开展3种吸入浓度、进水口压力0.1~0.6 MPa时的浓度场测量试验,结果表明:总体上混合管末端变异系数偏大,靠近管壁的变异系数偏大;在压力0.1和0.2MPa时,在测量区域末端的混合液浓度偏大,变异系数较大,混合均匀性较差。该文试验结果表明PLIF方法可用于射流混药浓度场测量,试验方法和结果可为其他液液混合浓度场测量提供参考。     

基于RealSense深度相机的多特征树干快速识别方法

针对农业机器人在果园定位和导航中,环境背景复杂、光照强度变化大等问题,本文提出了一种基于RGB-D相机并利用颜色、深度、宽度和平行边特征的树干快速识别方法。首先,使用RealSense深度相机获取果园的彩色图像和深度数据;然后,将彩色图像转换为HSV颜色空间,再对HSV颜色空间中的S分量进行超像素分割,并将颜色特征和深度特征相近的相邻超像素块进行合并;随后,对深度图像进行树干宽度特征检测,对宽度置信率大于阈值的物体看作是待处理物体;最后,对待处理的物体进行平行边特征检测,在待处理物体边缘区域选择感兴趣区域窗口（ROI）进行边缘检测,搜索可能的树干边缘直边,当物体边缘的置信率R_B大于设定的阈值T_LB时,则识别为树干。通过对树干的多特征提取,有效提高了在不同环境下树干识别准确率。利用移动机器人平台在果园环境进行试验测试,以检验在强光照、正常光照和弱光照条件下树干识别算法的性能。试验结果表明,本文的树干识别算法在强光照、正常光照和弱光照条件下,树干识别的准确率分别为92.38%、91.35%和89.86%,每帧图像平均耗时分别为0.54、0.66、...     

射流泵全特性工况的数值分析及试验研究

为了解射流泵在全特性工况下的性能和内部流场特性,采用数值分析和试验的方法对其进行研究.结果显示:在全特性工况范围内,射流泵数值模型的扩散管出口静压与流量比之间近似呈负线性关系,基于Realizable k-ε湍流模型预测的射流泵量纲一化性能曲线与试验结果基本一致,压力比和流量比之间也近似呈负线性关系;在正压正流状态下,数值分析与试验结果之间的压力比相对误差随着流量比的增大而增大,相对误差最大值约为0.26;在正压反流状态下,相对误差较小且较为稳定,最小值约为0.02;在最高效率工况附近,射流泵吸入室内部流场的速度矢量分布比较均匀,随着流量比减小,吸入室内流场会出现较为明显的局部涡旋;射流泵喉管进口截面的轴向流速分布不均匀度最大,喉管中间截面及其后续流动空间的轴向流速分布则较为均匀,在正压正流状态下,喉管内的流体混合过程主要发生在喉管中间截面之前的流动空间.     

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。      

斜流泵叶轮水力径向力的数值模拟与试验验证

该文采用数值分析法研究了斜流泵叶轮的水力径向力变化规律,通过数值模拟准确地预测了斜流泵的水力性能,扬程预测误差在4.4%以内。通过数值分析获得了斜流泵叶轮的瞬态水力径向力数据,均匀进口条件下,叶轮的瞬态水力径向力均值几乎为零。对瞬态水力径向力进行傅里叶分析,获得其在频域内的分布,结果显示,当工况从0.6倍设计流量点变至0.4倍设计流量点时,1倍和4倍轴频下的径向力突然增大,叶轮的水力不平衡和动静干涉中的叶片通过激励增强了上述频率下的水力径向力数值。流场分析显示,在小流量工况时,叶轮与导叶体之间的回流涡旋完全占据了泵内流道空间。进一步的压力脉动分析证实,在小流量工况下,动静干涉中的叶片通过激励显著增大了叶轮与导叶之间测试点的压力脉动幅值。     

两种小流量喷头的粒径谱和速度场测量试验

针对两种小流量喷头,进行离喷头不同高度、不同压力的粒径谱测量,分析粒径谱随高度、压力变化情况;比较清水和乳油混合液的粒径谱,分析农药剂型对粒径谱的影响;进行清水和乳油喷雾时喷头出口处的雾滴速度场测量,分析农药剂型、喷头类型,压力等对喷头喷雾特性的影响.试验结果表明,压力、剂型对不同喷头的喷雾效果影响不同.总体上,喷雾压力越大,雾滴体积中径越小;相同压力下,扇形雾喷头在乳油喷雾时的粒径大于清水喷雾,而空心锥形雾喷头在乳油喷雾时粒径谱发生变化,产生细小雾滴分布.在乳油和清水喷雾时,扇形雾喷头的雾滴速度随压力增大而增大;在清水喷雾时,空心锥形雾喷头在压力增大时粒径减小,雾滴平均速度变化不大;在乳油喷雾时,空心锥形雾喷头由于产生细小雾滴,雾滴平均速度减少.     

弯管进口对混流泵径向载荷影响的数值分析

为研究弯管进口对混流叶轮动态性能的影响,在Fluent 6.3平台上,采用压力-速度修正的SIMPLEC方法求解时均化的Navier-Stokes方程,同时计算采用修正的RNGk-ε湍流模型,对于安装在弯管后3倍管径处及直管段的混流泵性能和径向力特性进行分析.通过定常流场分析,对叶轮进口前轴向速度分布进行对比.结果表明:采用弯管进口的叶轮进口流道在转弯平面内的轴向流速分布差异明显,而弯管与直管进口情况下的混流泵水力性能基本一致,并与试验结果的趋势相吻合.设计工况下的非定常分析表明,直管进口的混流泵叶轮径向力定常分量几乎为零,而采用弯管进口的混流泵叶轮径向力定常载荷显著增大,尤其是叶频段的非定常分量增大明显,而由动静干扰引起的非定常分量基本不变.     

基于遥控的温室喷雾机自适应控制系统设计与试验

在地面存在障碍及施药隐患的温室环境里,为避免喷雾机碰撞墙面或作物,防止重喷漏喷,要求喷雾机与作物之间始终保持近似平行,以保证施药效果。为此,基于串口通信,设计了无线遥控及自适应行走的实时运动控制系统。在喷雾机车体两侧及前端共布置了5个超声波测距传感器,分别用来实时检测车体到作物行两边的距离和前方路况,并设计了一种对作物行两侧距离检测的去最值平均值算法,以根据测量数据对喷雾机进行实时调整。给出了样机总体结构,介绍了运动控制系统的组成、原理及自适应调节方法,详细阐述了控制系统的软硬件设计方法,并对遥控与自适应实时运动控制系统及算法的调节性能分别进行了室内场地试验和温室环境试验。试验结果表明:自适应控制系统及算法可使喷雾机实时快速调整并沿作物行中心线行走,喷雾机实际偏移道路中心线的距离平均值为6cm,遥控系统灵敏、安全、可靠。     

风幕式喷杆喷雾雾滴漂移距离计算方法研究

基于Miller P H雾滴速度模型和离散相模型的粒子跟踪技术,就侧风风速、风幕出风口气流速度和喷雾压力对雾滴漂移的影响展开研究,获得了风幕式喷杆喷雾漂移距离计算方法。同时,利用风幕式喷杆喷雾气液两相流系统试验平台和自制的雾滴承接器进行了与计算相对应的试验研究。对比显示计算与实验结果基本一致,说明该风幕式喷杆喷雾漂移距离计算方法是可行的。计算和试验研究显示:风幕能有效地抑制雾滴漂移现象,在4级风以下(含4级风),风幕式喷杆喷雾机也能正常作业;当无风幕和侧风时,雾滴漂移距离为65~1 7 0 mm;当侧风风速增大至4 m/s时,无风幕情况下雾滴漂移距离增大了5 2.4倍,而当风幕出风口气流速度增大至12.3m/s时,雾滴漂移距离降低至340~390mm。