静电呀粉颗粒沉积过程数值模拟与实验研究

以经典的圆柱烧流为例,通过对建立的颗粒群模型进行数值模拟和应用激光多普勒测速技术,从理论和实验上研究了静电喷粉的沉积特性,发现颗粒荷电对颗粒运动特性有明显的影响;有相同的荷质比时,颗粒荷电的影响随颗粒尺寸的增加而增加,影响的结果是增加了颗粒的农作物沉积的趋势。数值模拟和实验结果的对比表明,颗粒群模型合理地描述了荷电颗粒的运动特性。     

静电喷粉沉积速度场理论研究

基于颗粒的扩散特性和颗粒对流体湍流脉动响应的不同机理,以圆柱为模拟目标物,建立了静电喷粉沉积过程中荷电颗粒随机位移的概率密度分布函数所满足的Ｆｏｋｋｅｒ－Ｐｌａｎｃｋ方程。由该方程解出的分布函数表明,沉积过程中荷电颗粒的运动特性不仅决定于颗粒的荷电特性与空间电场分布以及流体的运动特性,而且与初始位置和速度有关。     

荷电气固两相流动管内输运流场的试验研究

基于输运段对荷电颗粒凝并效率的影响，建立了荷电颗粒输运试验系统，以研究管内颗粒输运流场随电压的变化情况．利用网状目标法测定颗粒群平均荷电量，应用流场测量技术PIV系统研究外加电场对颗粒运动的作用，运用二值化互相关图像处理算法，获得输运断面上的荷电颗粒速度、涡量以及湍动能分布图．试验发现：当充电电压低于-10kV时，颗粒的荷质比随充电电压的降低而增加，在-60kV时基本达到饱和荷电量；输运段中颗粒速度、涡量的分布值随电压的降低而增加；湍动能的分布呈现单峰特性，在-50kV时出现最大值．     

荷电气固两相流动凝并特性试验

采用传统除尘设备很难有效清除亚微米粉尘,而静电凝并是净化亚微米粉尘的有效方法.设计了一种静电凝并试验装置,以电厂飞灰为实验粉尘,对其荷电性能及凝并沉积性能进行了试验研究.飞灰粉尘直径在0.5-10μm之间,绝大多数在2-10μm之间.试验结果表明：荷电颗粒的荷质比随荷电电压值的升高呈现非线性方式增长,粉尘颗粒更容易荷负电;凝并沉积效率随风速的增大及浓度的减小而增加,随荷电电压绝对值的升高而增加;在双极非对称荷电组合电压＋25 kV/-23 kV时具有最高的凝并沉积效率.荷电后粉尘的粒径分布情况表明,在荷电段出口处,10μm以上颗粒的粒径频率分布有了明显的增加.     

荷电颗粒拟流体多相湍流模型的建立

荷电多相湍流与一般多相湍流相比，存在流场脉动与电场脉动耦合的复杂运动特征，如何用方程加以描述并利用模型方程模拟这种耦合作用成为荷电多相湍流模拟研究的一项重要任务。在单相荷电流体湍流模型方程和荷电颗粒拟流体多相湍流描述方程建立的基础上，根据目前发展和应用不断扩大的“双流体”多相湍流模型，把荷电颗粒当作拟流体处理，借用拟流体多相湍流描述方程建立的方法，获得了荷电颗粒拟流体多相湍流模型，该模型方程通过电场关联项描述了电场和流场湍流脉动的耦合作用。通过引入电湍能交换系数对电场关联项加以模化，该模型可用于工程中大尺度复杂荷电多相湍流的模拟计算和工业装置的设计。     

荷电雾滴运动轨迹的模拟研究

应用静电喷雾技术进行病虫害防治有着广阔的前景。论文在理论分析与实验研究的基础上,归纳出描述不同电压下雾滴喷出时的雾化角的拟合计算公式,建立了荷电雾滴的运动模型,采用时间增量法对荷电雾滴运动轨迹模型进行了求解,根据粒子系统原理,在Windows开发平台上,运用编程软件VC++和三维动画标准OpenGL,应用VC对话框编程技术实现参数自动输入,实现了在不同电压下雾滴雾化情况和雾滴运动轨迹的模拟。模拟软件用户界面良好,使用方便,为进一步深入研究静电喷雾的雾滴运动过程、雾滴沉积分布特性以及评价静电喷雾效果提供了一种新的方法。     

气助式静电喷雾靶标物背部沉积特性

为了研究气助式静电喷雾中,药液雾化特性对其靶标背部沉积效果的影响,采用Ф80mm的西红柿果实作为靶标,配制1g／L的刚果红溶液模拟农药进行喷雾试验．运用OLID测试系统对不同施药条件（气体压力、静电电压、喷雾距离）下药液的雾化特性进行了测试,借助分光光度计定量分析靶标背部沉积量,结合试验结果对药液雾化特性与靶标背部沉积效果的关系进行了分析和讨论．结果表明：非静电喷雾时,雾滴不易粘附于标靶背部,与荷电喷雾时相比,背部沉积量较小可以忽略;在气动力和静电力的前后作用下,雾滴的粒径随气体压力、静电电压的增加而减小且分布愈均匀;增加气体压力、静电电压均可提高药液靶标背部的沉积量,其中静电电压影响最大;荷电啧雾时,雾滴的粒径愈小分布愈均匀有利于荷电药液在靶标物背部沉积．     

大载荷无人直升机静电喷雾沉积特性试验研究

为探索在大载荷植保无人直升机下洗气流作用下各因素对静电喷雾沉积特性的影响规律,将正交试验与Box-Behnken响应面试验相结合,在定性分析的基础上,建立起沉积特性参数与荷电电压、飞行参数等影响因素之间的数学预测模型,定量地分析了各因素对沉积特性的影响.结果表明:大载荷无人直升机静电喷雾沉积特性受施药过程中荷电电压和飞行参数的影响显著.雾滴单位面积沉积量与荷电电压成正相关,与飞行速度、飞行高度成负相关.相同飞行参数下(飞行速度5m/s、飞行高度4m),荷电电压8kV的静电喷雾单位面积沉积量为0.3180μL/cm²,比非静电喷雾单位面积沉积量提高了1.17倍.与此同时,沉积量变异系数与飞行速度成正相关,与荷电电压、飞行高度成负相关,即增加荷电电压、降低飞行速度或者提高飞行高度能有效改善雾滴的沉积均匀性.     

荷电两相流动颗粒运动微分方程的建立

荷电两相流动主要研究荷电颗粒的群体行为，从研究连续相中的荷电颗粒受力着手。选择Stokes阻力作为基准，确定了荷电两相流动中的主要受力，并对在荷电情况时颗粒群的粘性阻力系数进行了修正。根据牛顿运动定律，给出了一般形式的运动微分方程。这一方程的导出，对荷电两相流动的研究起到了一定的促进作用。     

影响雾滴靶标沉积效果的三种因素实验分析

为了节省农药及减少对生态环境的污染,研究喷雾角度、荷电电压、叶片表面性质对静电喷雾施药靶标沉积效果的综合影响,以黄瓜、西红柿、菠菜的叶片作为靶标进行静电喷雾实验,结合实验结果对喷雾角度、荷电电压、叶片表面性质与靶标沉积效果的关系进行分析和讨论。结果表明:随着喷雾角度的增加,荷电雾滴在叶片上的沉积量先升后降,合适的喷雾角度会使3种靶标上的沉积量都增加,对3种叶片最佳喷雾角度都为60°;荷电电压、叶片表面性质对沉积效果影响显著;叶片表面结构是影响作物上药液沉积效果的重要因素。该研究有助于更加合理高效调控静电喷雾系统工况参量,提高雾滴对靶标的有效沉积。     

基于逆向工程的水稻精准模型构建及试验验证

为了更加切实反映水稻谷粒在介质中的运动及颗粒间的碰撞情况,利用逆向工程技术建立谷粒的精准三维模型。使用三维扫描仪测得饱满籽粒和瘪谷的点云数据,在后处理软件中经过数据处理、曲面重构最终生成质量较好的谷粒三维模型,与实际谷粒误差均小于2%。为了进一步验证基于逆向工程方法所建谷粒模型的准确性,采用离散元素法,将构建的谷粒不同模型导入离散元软件中,进行堆积角的仿真模拟及试验验证。堆积角的对比仿真模拟及试验表明:颗粒模型对堆积角的形成有较大影响,所构建模型模拟得到的堆积角与实际试验结果误差更小(3%以内)。该模型可更好地反映水稻籽粒间的接触碰撞和摩擦运动,为水稻籽粒收获清选过程中的动力学仿真分析提供了一种准确性和实用性更高的模型。     

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.     

The deposition of electrostatically charged sprays on parts of targets shaded from the spray

This paper reports experiments aimed at measuring deposits from electrostatically charged hydraulic nozzles on targets consisting of vertical columns of horizontal discs. Particular attention is given to deposits on the parts of the targets shaded from the spray. The variables investigated were disc spacing, target spacing, wind speed and charge.The results showed that charging increased target deposits under all conditions and particularly when there was no wind and the targets were well spaced apart. Disc spacing was only found to have a small effect on target deposits. Most of the effects found in the experiments are explained with the aid of a simple mathematical model.The implications of the work are discussed in relation to the results of field experiments with the charging system.     

双轴桨叶式混合机内椭球颗粒混合特性模拟

为探讨双轴桨叶式混合机内椭球颗粒的随机运动和混合特性,采用离散元法对颗粒混合过程进行了模拟研究。从单颗粒的随机运动轨迹、颗粒群的流线运动轨迹的角度分析了颗粒运动规律及混合特征,定量描述了混合程度与转子旋转圈数的数学关系。结果表明:混合机内椭球颗粒的随机运动剧烈,径向和轴向上的混合效果良好;分层颗粒的混合均匀是在对流混合,剪切混合和扩散混合共同作用下实现的;分层颗粒的混合度与转子旋转圈数直接相关,混合度与圈数的关系符合指数增长模型。     

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.     

机采棉清杂系统的钉床式荷电装置与试验

针对机采籽棉清杂工序中荷电效果不佳的现实问题,提出了一种钉床式荷电方法。以MCU为主控制单元,设计了一款钉床式荷电控制系统。在荷电极板面上均匀分布且垂直于极板面的长度为5cm的金属钉,控制器控制静电发生器产生高压静电,通过荷电极板上的金属钉放电,将平铺在极板间的机采棉荷电。试验结果表明:与无金属钉的荷电极板相比,机采棉荷电均匀,荷电速度提高了8%,效果良好。该研究可为机采棉静电清杂应用提供参考。     

颗粒直径对渣浆泵冲蚀磨损性能的影响

为探究渣浆泵在输送固液两相流介质时颗粒直径对冲蚀磨损的影响,采用k-ε湍流模型(液相)、离散相零方程模型(固相)和Finnie塑性冲蚀磨损模型,通过拉格朗日法计算出不同颗粒直径下颗粒的运动轨迹.对颗粒与过流零件表面撞击的冲击速度、冲击角度等参数进行了数值模拟,进而探讨固液两相流中浆体对渣浆泵的磨损规律.结果表明:小直径颗粒在流道中分布相对均匀,与过流部件发生撞击概率很小,对叶片的冲蚀磨损相对较弱.大直径颗粒的运动轨迹易向叶片工作面靠拢,且易与叶片头部发生碰撞.直径较大时,颗粒冲击叶片和蜗壳圆周壁面的角度和速率更大,且存在多次撞击过程,对叶片和蜗壳壁面的冲蚀磨损程度相对较大,造成严重的冲蚀磨损.