基于减小有效长度的旋动射流混药器结构参数优化

旋动射流混药器的主要组成部件是收缩管和扩散管,当收缩度和扩散度确定后,混药器有效长度的影响因素即为收缩管的收缩角、混合管长度和扩散管的扩散角。该文采用三因素三水平正交试验分析收缩角(19?、22?和25?)、混合管长度(20、12和8 mm)和扩散角(10?、14?和18?)对旋动射流混药器有效长度的影响。结果发现:3因素的P值分别为0.206、0.004和0.025,混合管长度对旋动射流混药器混合均匀性影响最显著,其次是扩散管扩散角,而收缩管收缩角对混药器混合均匀性没有显著影响;通过对测试的混药器在线混合采集图像均方根误差分析,发现在保证对脂溶性农药均匀混合的前提下,旋动射流混药器有效长度值可为69 mm,此时收缩角为25?,混合管长度为20 mm,扩散角为18?,分流器采用切向进流。     

基于CFD的农药药水混合过程仿真与试验(英）

混药器是农药在线混合时能够使农药均匀到达目标的关键部件,对混药器内部流场进行具体分析以及动态显示,有助于混药器设计合理的混药器结构。该文在研究混药器混合机理的基础上,设计了4种不同结构形式的混药器,利用CFD软件,对其内部流场进行了数值模拟并对其进行了分析,发现吸药口在喉管后的混药器结构其吸药性能最好,通过试验,进一步证实了仿真结果的可靠性。     

射流混药器改进提高混药均匀性及动态浓度一致性

提高喷嘴直接注入式变量喷雾系统中混药器浓度一致性与均匀性同样重要。该文根据多孔板穿过流脉动衰减原理提出了夹层孔管式新型混药器,并以普通射流混药器为参照进行在线混合试验,基于图像进行在线混合瞬时均匀性及动态浓度一致性分析。结果表明:单视角图像误差较小,算法适用性强;载流流量及混合比的增大能提升均匀性及一致性;与射流混药器相比,夹层孔管式混药器试验条件下(800 mL/min载流流量2 000 mL/min,4:100药水混合比10:100)平均瞬时不均匀性指数从16.70降至14.76,并在药水混合比9∶100或载流流量1 400 mL/min时普遍降至约13.00,达到均混效果;其虽难以保证所有工况下混合均匀,却显著提高了脉动注入时混合液浓度一致性,平均动态浓度不一致性值从0.039降至仅0.011,试验条件下只要混合比5∶100,或注药频率5.10 Hz,动态浓度不一致性指数均低于0.020,满足浓度一致性要求;由于夹层孔管式混药器相对射流混药器在瞬时均匀性上的优化没有动态浓度一致性明显,且夹层孔管式混药器的瞬时不均匀性指数值与动态浓度不一致性值相关性仅为0.684,低于射流混药器的0.848,因此未来夹层孔管式混药器的进一步优化应以均匀性为主要目标,即使提高浓度一致性也可能提高其混合均匀性。     

在线混药喷雾系统混药性能试验

为寻求在线混药喷雾系统中射流混药装置对系统工作状态的影响,该文以胭脂红溶液模拟农药,考察了24种不同结构参数的射流混药装置应用于3种不同流量特性的在线混药喷雾系统时的工作特性,采用分光光度法对F110-015喷雾系统中射流嘴出口直径d=2.00 mm,面积比m=4.00的射流混药装置进行混药均匀性检测。试验结果表明,射流混药装置的结构参数对喷雾系统的工作状态具有显著影响,在同一种喷雾系统中,改变射流混药装置的结构参数,喷雾系统的工作状态也发生改变。在不同试验方案中,喷雾系统呈现回流和吸药2种工作状态;在射流混药理论分析及试验的基础上,给出了解决药液回流问题的2种方案,即增大射流嘴进口直径或减小射流嘴出口直径和降低喷雾系统的阻力系数。并通过试验结果证明,F110-015喷雾系统在4种喷雾压力(0.26、0.30、0.34和0.36 MPa)下的混药浓度变异系数CV(coefficient of variation)均小于5%,说明该装置可用于在线混药喷雾系统,也为射流混药在线喷雾系统的应用提供有效的参考。     

双级射流混药装置的试验研究

植保机械中射流混药装置具有在线混合、环保等优点,而单级射流泵有混合比过大及混合比不稳定等缺陷.根据植保机械的要求,研制出双级射流混合装置.在不同主辅射流嘴直径,主、辅射流管距情况下进行试验,通过对双级射流混药装置中压力和混药比进行检测,得到其变化规律,揭示了试验参数对压力损失、混药比等系统参数的影响,为双级射流混药装置的设计提供了参考.     

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。     

稳态烟雾机烟化管结构参数对烟化效果的影响

以稳态燃烧器为热动力的车载式烟雾机针对农林业病虫害防治具有防治效率高、用药量少、防治成本低等突出优点,烟化管结构参数是影响油溶剂农药能否有效烟化的关键因素。该文设定3种药喷头类型、6个喷头放置位置、3种喷头结构参数以及3个不同直径的双层喷管,分别进行烟化效果试验及分析。结果表明环形喷头烟化效果最好,圆锥形喷头和圆柱形实心锥喷头则出现喷管出口滴液及烟雾中存在明火等烟化不良问题,圆锥形喷头烟化效果好于圆柱形喷头;热雾剂在Φ70 mm喷管内能完全烟化,烟雾雾滴均匀细小,而Φ90和Φ110 mm 2种喷管则会产生较小烟雾和较大雾滴2个分布区,烟化效果不良;环形喷头置于喷管内距喷管喷口250~350 mm的范围内,可获得较好的烟化效果;环形喷头的结构参数如药液出口方向、喷药孔径和孔数对热雾剂的烟化效果影响非常小,均能使热雾剂得到完全烟化。说明药喷头类型和喷管直径是影响稳态燃烧烟雾机烟化效果的关键因素,喷头放置位置是影响的主要因素,而环形喷头结构参数是影响的次要因素。     

基于叶墙面积的果树施药量模型设计及试验

变量喷雾技术是提高喷雾效果、降低农药使用率的有效手段,而准确的树冠特征参数检测及施药量模型是其关键。为克服果园变量喷雾中果树特征参数检测效率低和对环境要求高的缺陷,该文通过LiDAR(light detection and ranging)检测技术获取表征树冠特征参数的叶墙面积LWA(leaf wall area),并利用图像处理技术计算树冠参数参考值。为了表征树叶密度和LWA对变量喷雾的共同影响效果,研究基于LWA的决策系数KLWA,KLWA由反映果树冠层分区内点云在水平方向平均深度下的分布密度K1和分区内点云分布高度极差占分区高度的比值K2加权决定。通过计算垂直方向各分区内决策系数KLWA,并代入流量函数可得出基于KLWA的施药量计算模型,进一步计算电磁阀PWM占空比并调节水泵和电磁阀的工作状态,使喷头的流量对应冠层各区得到动态调整,实现基于LWA的变量喷雾。利用自制的室外变量喷雾验证装置,进行了多喷头变量喷雾试验,试验结果表明,果树的药液附着率均接近100%,说明基于LWA的变量喷雾模型可实现有效喷雾,与连续喷雾相对比,基于LWA的变量喷雾施药量模型的省药率为68.34%,与纯对靶定量喷雾比,基于LWA的变量喷雾施药量模型的省药率为32.77%。     

NJS-1型植保直流闭口式风洞设计与试验

针对农药雾滴飘移特性研究的需要,依照流体力学、空气动力学及相似理论设计了NJS-1型植保低速风洞。该风洞型式为直流闭口式,主要由进气段、动力段、过渡段、扩散段、稳定段、收缩段及试验段等部分组成,采用理论计算确定各段结构,风洞总体尺寸为20 m×2.7 m×4.3 m(长×宽×高);动力段流道型式为R+S级,叶轮直径1.2 m,叶片数为8,后导叶叶片宽度0.18 m,叶片数为7;扩散段为大角度扩散,扩散角40°;稳定段采用六角形蜂窝器和两层阻尼网组合设计;试验段长度为7.5 m,出口截面尺寸为1.8 m×1.2 m(高×宽)。通过性能试验测定了风洞试验段气流品质,试验结果表明:试验段风速1.0~10 m/s连续可调,气流动压稳定系数小于1.5%,气流紊流度小于1%;同时在1.0~9.0 m/s风速下测定试验段入口截面风场均匀性,表明随着风速的增加,风场的风速分布更加均匀。该文为进一步研究植保风洞的结构设计和飘移试验参数优化提供依据。     

水稻田间育秧水肥药变量喷灌装置设计与试验

为解决南方水稻工厂化田间育秧水肥药人工管理作业中存在的灌溉均匀性差、化肥和农药浪费以及劳动强度大等问题,该研究设计了一种水稻田间育秧水肥药变量喷灌装置,阐述了水肥药变量喷灌装置总体结构和工作原理,进行了关键部件设计与试验;以可编程逻辑控制器（programmable logic controller,PLC）为控制核心,构建了注肥量在线调控及整机变量喷灌控制系统。采用Box-Behnken试验设计方法,对装置喷灌均匀性与主要影响因素进行试验研究,应用单目标优化方法对喷灌关键参数进行优化,并通过验证试验,得到最优参数组合为：干管入口水压0.20 MPa、球阀开度90°、喷头喷角80°,此时装置的喷灌均匀性为92.69%;构建了氯化钾肥液质量浓度与电导率（electrical conductance,EC）值的线性模型,开展了装置变量灌溉施肥性能试验,3种喷灌等级下各作业区的肥液EC值分别为1.65、1.66和1.68 mS/cm,平均喷灌强度分别为900.85、1092.04和1263.67 mm/h,施肥均匀系数分别为85.21%、87.86%和91.62%。采用水肥药变量喷灌装置开展水稻育秧田间管理试验,华航51常规稻和广8优165杂交稻的秧苗长势均匀度均高于95%,成毯性良好,各项素质指标满足机插作业要求。所设计的水肥药变量喷灌装置能够满足水稻田间育秧水肥药变量喷灌作业要求,对提高水稻工厂化田间育秧机械化水平、保证秧苗质量具有实际应用价值。     

风送式喷雾机实时混药系统设计与试验

为提高果园风送式喷雾机的作业性能,设计了一种采用蠕动泵和静态混合器进行农药精量控制的实时混药系统。运用FLUENT软件,采用SIMPLEC算法对SK、SX和SD型3种静态混合器进行模拟计算,得出SX型静态混合器性能较优。以甘油模拟代替农药,添加胭脂红染色剂进行混药试验,得出静态混合器的混合单元数与模拟结果一致,实时混药系统的药流量控制响应迅速,混药稳定性的浓度相对误差小于4.33%,混药均匀性的变异系数小于4.98%。结果表明,所设计的实时混药系统具有良好的混药性能。该文研究为果园实时混药喷雾机的机构设计和性能优化提供了参考。     

转子导程及偏心率对面团混合器混合流场及效率影响分析

为了探究偏心螺旋转子扰动下面团混合器的混沌混合机制,明确偏心转子系统的关键几何参数对混沌混合机制的影响,从三维Lagrangian的新视角,利用有限时间Lyapunov指数（finite-time lyapunov exponent, FTLE）和拉格朗日拟序结构（lagrangian coherent structure, LCS）,结合经典Poincaré截面,对面团混合器的流体输运和混合机理进行了深入研究。利用LCS的准边界特性,分析了混合器的混沌和非混沌区域分布规律;研究了转子偏心率对混沌尺度和非混沌区粒子运动特性的影响规律。利用剪切速率、对数拉伸、瞬时混合效率和平均时间混合效率等,分析了转子导程和偏心率对混合器混合效率的影响。结果表明,双曲LCS将混合器流域划分为两个不同动力学特性的区域：内回转区和外螺旋区。随着转子偏心率逐渐增大,外螺旋区流体的混沌混合强度增大,内回转区混合强度逐渐较低,当偏心率较小时,流体混合以内回转区运动为主;由于转子扰动减小,减小了混合器的轴向物质输运。从拉伸流动混合效率角度可知,当导程l=120 mm、偏心率ε=0.67时,混合器的具有相对较高的拉伸混合效率;当导程l=60 mm、偏心率ε=0.33时,混合器的拉伸混合效率相对最低,但其剪切混合效率相对最高。该文为食品及其它混合设备的设计和优化提供了新的研究思路和理论依据。     

双旋转卧式滚筒粉料混合造粒机的设计与试验

为了解决大多数粉体混合造粒设备存在对物料的针对性较强或混合设备与造粒设备分离的问题,基于搅拌和揉搓原理,研究开发了双旋转横卧式粉料混合造粒机,阐述了该设备的主要结构与工作原理.以铁粉做示踪物评价了混合均匀度,试验表明:该试验机的混合偏差为2.06%,混合均匀度最高可达到97.94%,混合周期在210 s左右.利用颗粒直径散点图的线性回归曲线斜率评价了颗粒均匀度,在试验时间50～1050 s内,造粒范围为3.89～18.78 mm;在250～650 s内,取样散点线性回归曲线的斜率在0.0644～0.1026之间.混合和造粒试验结果表明该设备对预混粉料适应性强、造粒范围较宽、混合均匀度和造粒均匀度较高、混合周期和造粒周期较短.     

射流式在线混药装置汽蚀特性数值分析与试验

为了解不同压力比下的汽蚀特性,该文采用试验与数值分析相结合的方法,测量不同出口压力下(0.25、0.4、0.5、0.6、0.7、0.8、0.9、1.0、1.1、1.2、1.3、1.35 M'Pa)的工作流体、吸入流体与混合流体的质量流量,得到压力比与混药比的特性曲线;采用Mixture模型中的Zwart-Gerber-Belamri汽蚀模型,分析了不同出口压力下的内部静压分布和气相分布;对试验值与仿真值进行拟合分析,拟合优度R~2=0.9618,验证了模型的准确性;研究结果表明,当压力比大于0.6时,混药性能较差,甚至会出现逆流。当压力比在0.4~0.6之间时,混药比与压力比负相关。当压力比小于0.4时,混药比与压力比无关,即达到汽蚀混药比:在工作压力为2.0 MPa,吸入口压力为0下,当出口压力为0.8:MPa(压力比为0.4)时,内部流体发生汽蚀,且出口压力越低,汽蚀现象越严重。该研究为提高装置混药比稳定性能,保障流式混药装置高效运行提供理论依据。     

掺气水射流应用于低压摇臂喷头的试验

为解决固定式旋转喷头低压喷灌时,水射流向末端集中形成水量分布不均匀的问题,提出水气两相射流进行喷灌的方法。在摇臂喷头结构的基础上,增加掺气结构,形成掺气射流喷头,以相同工作水压力、射流仰角、喷嘴出口流量相同为约束,以及不考虑副喷嘴对喷洒的影响,对比了掺气与不掺气2种情况下 PY20喷头的射程、径向水量分布、1倍射程间距的正方形组合喷灌均匀系数,雨滴粒径等参数。试验结果表明：原不掺气摇臂喷头出口直径7 mm,安装内径2 mm 的掺气管后出口直径改为8.3 mm,此时两者具有相同的出口流量,2种喷头在相同工作压力下具有近似相等的射程;在掺气喷头工作水压低至100 kPa 情况下,喷头仍具有76 mm 水银柱高差的掺气负压能力;掺气摇臂喷头改善了径向水量分布线射程中段的水量,使水量分布线发生了中段略微增高、末端略下降的变化,从而使1倍间距的正方形组合喷灌均匀系数在低于国家标准工作压力的200 kPa 情况下,从62.8%提高到68.8%;采用激光雨滴谱仪测量射程中部和末端2个地方的水滴粒径表明：掺气状态下射程中部的水量累积百分比中位直径 d50远大于不掺气状态,射流末端对比 d50则小于不掺气状态,说明掺气改变了喷头的雨滴粒径分布。该文试验结果证明掺气摇臂喷头在农业喷灌中应用具有可行性。     

Loss of pesticides from a litchi orchard to an adjacent stream in northern Thailand

In the hill country of northern Thailand use of agrochemicals is increasing steadily and contaminating streams and groundwater. We have measured pesticide leached from a litchi orchard to an adjacent stream and identified the flow components contributing to the pesticide transport after installing two discharge measurement stations with automatic water samplers in the stream. For 2 years, between June and September, we applied methomyl, and in 1 year additionally chlorothalonil, to the 2‐ha orchard and monitored water fluxes and pesticide concentrations in the stream water. Pesticide loads ranged from 1.6 to 3% of mass applied for chlorothalonil, a strongly sorbing fungicide, and 6.4–11.4% for the more weakly sorbing insecticide methomyl. Directly after application, pesticide transport was dominated by a fast flow component, reaching the flume before the discharge peak. Later, pesticides were transported mainly by preferential interflow, which peaked about 30 hours after a rain event. The groundwater pathway was not found to contribute to pesticide loss. Antecedent rain conditions proved to be important for the pesticide transport behaviour. While at the beginning of the rainy season large falls of rain did not lead to pesticide contamination, at the end of the season pesticide transport was induced by as little as 0.1 mm of rain. The occurrence of preferential interflow means that the hilly regions in northern Thailand are highly susceptible to contamination by pesticides used by farmers.     

动力学因素和药箱充满程度对喷雾机液力搅拌器搅拌效果的影响

农药的喷施质量在农业生产中极为重要,评价农药喷施质量的重要指标是农药有效物质在喷施靶标上的均匀沉积分布,其前提条件是农药有效物质与载体从喷洒部件喷出前就要搅拌均匀。针对邯农－６５０型大田喷杆式喷雾机的药箱,对影响搅拌效果的动力学因素及药箱充满程度进行了研究。结果表明,当其他参数确定后,加大搅拌压强或流量,搅拌效果都明显改善,但加大流量比加大压强的效果要好;药箱中药液装得越满,越易搅拌均匀,充满程度越小,越不易搅拌均匀。