锥-射流模式下毛细管静电雾化流场的PIV测量

采用粒子图像速度场仪测量了毛细管微射流静电雾化流场,获得了毛细管静电雾化的典型雾化模式和锥-射流模式下雾场中雾滴的速度矢量图与流线图,分析了雾滴在输运过程中的受力情况和静电电压作用下的速度与流线变化。实验结果表明：在静电力与极化力、重力、流体拖曳力等共同作用下,随着荷电电压的增加,雾场流线分布均匀,雾滴在轴线上速度逐渐增加。在任一电压下,随着射流轴向距离的增加,同一截面上雾滴速度都有所增加,且速度的均匀性沿轴向有所提高。     

锥-射流模式下毛细管静电雾化流场的PIV测量

采用粒子图像速度场仪测量了毛细管微射流静电雾化流场,获得了毛细管静电雾化的典型雾化模式和锥-射流模式下雾场中雾滴的速度矢量图与流线图,分析了雾滴在输运过程中的受力情况和静电电压作用下的速度与流线变化.实验结果表明:在静电力与极化力、重力、流体拖曳力等共同作用下,随着荷电电压的增加,雾场流线分布均匀,雾滴在轴线上速度逐渐增加.在任一电压下,随着射流轴向距离的增加,同一截面上雾滴速度都有所增加,且速度的均匀性沿轴向有所提高.     

重油静电雾化燃烧的初步研究

为了改善重油雾化性能,使燃烧更加充分,研究将高压静电技术应用于重油的喷雾燃烧,选择进口的180号重油作为研究介质,在研制的静电喷雾试验台上进行了初步试验研究.结果表明,在相同条件下,重油充电后可使其雾滴平均直径降低40%左右.重油静电雾化燃烧的实验表明,燃烧及排放得到了明显的改善,可有效地降低污染。     

双毛细管静电雾化电场特性研究

为探究毛细管电极形成的空间电场对静电雾化过程的影响,建立了适用于单、双毛细管静电雾化的实验系统,并采用高速数码摄像机记录了无水乙醇的静电雾化过程,通过系统分析雾化图像获得了滴状、纺锤形、脉动锥射流、旋转锥射流、稳定锥射流和多股射流等典型的静电雾化模式;并依据锥射流雾化模式下对应的实验工况,利用静电场叠加原理与椭圆积分方法,对单、双毛细管静电雾化电极产生的空间电场进行了理论分析与数值计算。研究结果表明:单、双毛细管电极的轴线上电场强度最大,电场强度随着φ(空间中的任意一点P与毛细管轴线正向的夹角)的增大而减小,随着r(原点O与点P的距离)的增大而减小;与毛细管单电极相比,相同条件下,毛细管双电极中间区域的径向电场强度减小,轴向电场强度增大,非相干区域的电场强度均增大;毛细管双电极的空间电场的分布使得静电雾化产生的射流与雾滴群等呈现"八"字状,即偏离双毛细管几何对称面向外倾斜。     

静电喷雾装置雾化效果试验研究

通过对静电雾化理论和试验方法的简单探讨,搭建了静电喷雾试验平台,并对静电喷雾在不同静电电压的条件下的雾化质量进行了对比试验。结果表明:静电喷雾装置能够达到较好的静电雾化的效果,其静电喷雾的雾滴粒径细小,均匀度较高,附着效果好;随着静电电压的增加,雾化质量有一定的改善,但变化越来越小。     

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。     

静电雾化理论及应用技术研究进展

以丰富的国内外资料为基础，结合作者所在的课题组近年的研究情况，分析与评述了国内外在静电雾化理论及应用技术上的研究进展。采用先进的实验仪器及技术的研究表明：静电雾化可以有效地提高雾化质量、喷雾流场特性。两相湍流理论及数值模拟的研究成果，对静电雾化理论起到很大的推动作用。静电雾化目前已扩展至燃烧、静电喷涂、纳米、薄膜制备等前沿研究领域。     

基于无人机的静电离心喷雾装置的设计

静电喷雾是高效、低污染新型施药技术,已成为植保领域的研究热点之一。文章设计了基于无人机的静电离心雾化装置,在喷头部分采用了将静电雾化和离心雾化结合的方法,进一步细化雾滴,为植保喷雾的低量化提供了一种思路。     

静电喷头雾化特性预测模

将一种基于改进粒子群优化最小二乘支持向量机的预测模型引入静电喷雾雾化性能预测领域,并给出了相应的步骤和算法。该模型能方便地预测喷雾参数对喷头雾化性能的影响,有助于正确认识喷头雾化性能随喷雾参数的变化规律。通过具体实例及与其他几种预测方法的对比表明,在相同样本条件下,其模型构造速度比标准LS-SVM方法高近1个数量级,模型预测误差约为标准LS-SVM方法的50%,预测精度比常规BP模型高1个数量级     

静电喷头雾化特性预测模型

将一种基于改进粒子群优化最小二乘支持向量机的预测模型引入静电喷雾雾化性能预测领域,并给出了相应的步骤和算法.该模型能方便地预测喷雾参数对喷头雾化性能的影响,有助于正确认识喷头雾化性能随喷雾参数的变化规律.通过具体实例及与其他几种预测方法的对比表明,在相同样本条件下,其模型构造速度比标准LSSVM方法高近1个数量级,模型预测误差约为标准LSSVM方法的50%,预测精度比常规BP模型高1个数量级.     

基于机器视觉的对靶喷雾系统时延估计方法研究

对靶喷雾系统中的时延估计是关系到整个系统实际喷雾命中率的关键问题。首先对经典的机载对靶喷雾模型进行了分析,总结出理论上机载设备长度、硬件延时、算法耗时、农机运行速度和理论对靶精确度之间的关系;然后,在此基础上提出了一套基于双目机器视觉的核心速度测算方法,并设计了喷雾时延估计模型;最后,通过搭建完整软硬件实验平台实现了对算法的有效性验证。实验结果表明:该算法可以在常用的基于机器视觉的农机装备中实现准确的常规对靶喷雾时延估计。     

高速电主轴功率流模型与热态特性研究

根据能量守恒定律建立了高速电主轴功率流模型,研究了电动机电磁损耗、轴承摩擦损耗和风阻损耗之间的关系,并且通过实验测量2ZDG60型高速电主轴运行过程中的电磁损耗参数,对此模型进行验证,其理论计算结果与实验结果吻合度较高。在此基础上,对2ZDG60型高速电主轴进行了热态有限元仿真,分析其不同转速下的温升分布,其中在集中产热区域轴承和电动机处温升较高,测量前轴承外圈以及壳体前部、中部、后部的温升情况,实验数据与仿真数据相比误差较小,进一步验证了高速电主轴功率流模型的准确性     

烟雾机雾滴沉积分布的空间解

提出了一种雾滴沉积分布的空间解析方法,并利用该方法对棚室内常温烟雾机雾滴的当量直径、覆盖率和沉积密度等参数进行了分析研究.试验结果表明:雾滴当量直径和覆盖率在棚室的两侧大,中轴线小,而沉积密度正好相反;雾滴当量直径和覆盖率在距棚室入口25m处的两侧皆出现峰值,沉积密度在棚室中轴线上距入口13、35和52m处出现峰值.表明采用空间解析方法比单曲线分析方法更能反映雾滴在棚室内沉积分布的状况.     

温室摇摆式变量弥雾机喷雾参数响应面法优化

设计了具有喷头变速摇摆功能和自动进、排药功能的温室摇摆式变量弥雾机。为验证和优化喷雾机的施药效果,以喷雾流量、喷雾距离、喷雾机行走速度和喷头摆动速度为自变量,雾滴分布变异系数为响应值,根据Box-Behnken试验设计原理,采用四因素三水平响应面分析方法,并利用Design-Expert软件建立数学模型,对各因素及其交互作用进行分析。结果表明：4个因素的影响显著性由大到小依次为：喷头摆动速度、喷雾机行走速度、喷雾距离、喷雾流量;喷雾机的最佳喷雾参数为：喷雾流量185mL/min、喷雾距离2m、喷雾机行走速度8cm/s和喷头摆动速度5(°)/s,此时雾滴分布变异系数为1.632%。     

水平棚架式梨树多旋翼无人机液体授粉试验

针对我国梨树授粉用工量大、作业效率低等问题,基于液体授粉技术,以水平棚架式栽培的梨树为研究对象,开展多旋翼无人机液体授粉试验,探究多旋翼无人机单位面积液体喷施量、飞行高度及授粉方式等对雾滴沉积分布及授粉效果的影响。试验结果表明多旋翼无人机液体喷雾授粉作业性能稳定,雾滴沉积分布组内变异系数不超过20%;雾滴覆盖率及雾滴覆盖密度均与喷施量呈正相关,当液体喷施量为6mL/m2时,飞行高度的变化对雾滴沉积分布影响显著,飞行高度为4m时,雾滴覆盖率及覆盖密度分别为7.06%、84.77个/cm2,花朵坐果率为49.70%,花序坐果率为85.83%,较自然授粉分别提高91%及43%。当花粉液体喷施量为4.5、6mL/m2时,无人机液体授粉与自然授粉花序坐果率差异显著,且无人机液体授粉与背负式喷雾器授粉花序坐果率无显著差异,花序坐果率可达80%以上。研究结果表明,无人机液体授粉作业时雾滴覆盖率及覆盖密度越高,对提升花朵坐果率、花序坐果率作用越显著,当无人机飞行高度为4m、花粉液体喷施量为4.5mL/m2时为较优的无人机液体授粉参数组合。     

变量喷药自适应神经模糊控制器设计与仿真

为了减少除草剂用量,采用变量喷施除草剂方式进行除草.根据分别建立的杂草面积、喷药机械行驶速度与喷药量关系模型,得知杂草面积和喷药机械行驶速度是影响变量喷施效果的主要因素.为了获取喷药量与车速及杂草面积关系试验数据,设计了室内变量喷药试验台,使用DSP处理器及编码器分别得到杂草面积及喷药机械前进速度信息.结合所获试验数据,设计了一种基于自适应神经模糊推理（ANFIS）的双输入、单输出控制器.对控制器设计过程中输入输出变量的选取、隶属函数的选择及控制器的训练等进行了研究,数据经过30次训练后误差为1.47×10^-5.对控制器的速度采集、串行通信、电磁阀驱动等硬件电路及模糊控制软件流程,进行了设计.在Matlab中建立了自适应神经模糊控制仿真模型,仿真结果表明：在喷头打开时间为0.2 s,喷药机械速度为0～1 m/s,杂草面积在0～100 cm^2时,控制器可自动调节喷药量在0～4 mL变化.与采用传统模糊控制方式相比,该控制器自适应性强,具有较好的应用前景.     

不同灌溉方式对干旱区耕地土壤养分及其分布的影响

基于农户调查以及不同灌溉方式下典型耕地地块的试验数据,采用配对T检验、曼-惠特尼U检验等非参数统计分析方法,研究了石河子垦区不同灌溉方式对铵态氮、速效磷和速效钾等的影响。结果表明,耕层土壤铵态氮质量浓度受灌溉方式影响比较显著,表现为滴灌地块大于漫灌地块;耕层土壤中速效磷和速效钾质量浓度受灌溉方式影响不显著。不同灌溉方式下,垂直方向上,铵态氮均匀分布,而速效磷和速效钾质量浓度随深度增加而明显减少;水平方向上,土壤速效养分在滴灌条件下离散程度较高,漫灌条件下相对比较均匀。     

变量喷药自适应神经模糊控制器设计与仿真

为了减少除草剂用量,采用变量喷施除草剂方式进行除草.根据分别建立的杂草面积、喷药机械行驶速度与喷药量关系模型,得知杂草面积和喷药机械行驶速度是影响变量喷施效果的主要因素.为了获取喷药量与车速及杂草面积关系试验数据,设计了室内变量喷药试验台,使用DSP处理器及编码器分别得到杂草面积及喷药机械前进速度信息.结合所获试验数据,设计了一种基于自适应神经模糊推理（ANFIS）的双输入、单输出控制器.对控制器设计过程中输入输出变量的选取、隶属函数的选择及控制器的训练等进行了研究,数据经过30次训练后误差为1.47×10^-5.对控制器的速度采集、串行通信、电磁阀驱动等硬件电路及模糊控制软件流程,进行了设计.在Matlab中建立了自适应神经模糊控制仿真模型,仿真结果表明：在喷头打开时间为0.2 s,喷药机械速度为0～1 m/s,杂草面积在0～100 cm^2时,控制器可自动调节喷药量在0～4 mL变化.与采用传统模糊控制方式相比,该控制器自适应性强,具有较好的应用前景.     

多输出径向柱塞泵输出特性分析与实验

现有的定量泵无法满足单泵输出多级流量,传统液压系统为了解决需求不同级流量问题,会采用变量泵以及利用阀类和辅助元件的控制来满足工况要求。多输出径向柱塞泵利用其结构特殊性,可实现输出流量多样性。根据力平衡原理和曲柄滑块机构原理,对多输出径向柱塞泵运动学进行分析,通过分析该泵不同工作方式下的流量脉动,确定了流量脉动最小的工作方式。理论分析表明,非相邻两列柱塞联合输出时的流量脉动曲线和相邻两列柱塞的输出流量脉动曲线相似,且不同工作方式下的曲线周期规律均和单列柱塞曲线周期规律有关,当泵输出最大流量工作时,油流的脉动幅度和脉动周期远小于单个输出。利用该泵样机,进行了泵的原理实验,实验结果表明,随着泵出口压力升高,测得泵实际流量不断减少,但是,由于加工条件有限,部分零件的加工精度无法保证,导致实验结果和理论分析不匹配,而实验数据分析验证了该泵的原理正确性和结构合理性,为日后径向柱塞泵的研究和发展奠定了基础。     

精准喷雾控制装置的设计与制作

为了实现精准喷雾,设计并制作了一套基于51单片机的精准喷雾自动/手动两种模式切换的控制装置。在自动模式下,单片机根据现场信号输入模块提供的作物病虫害情况分别打开或关闭对应的电磁阀;手动模式下,由面板手动开关分别控制各个电磁阀打开或关闭。经田间试验测定,该喷雾控制装置能够在自动或手动模式下实现精准喷雾作业控制。