喷雾飘移的风洞试验和回归模型

为了掌握农药喷雾飘移的规律,从而为控制农药飘移到非靶标区域提供理论支持和技术依据,论文测试了由风洞地面向上0.1~0.5 m放置的5根间隔0.1 m以及水平方向距地面0.1 m高从2~6 m放置的5根间隔1 m的聚乙烯收集线所收集的含荧光示踪剂的雾滴,由荧光分析仪测定了收集线上的荧光剂含量,分析了不同位置处的雾滴沉积和飘移。针对Tee Jet公司的XR 11002延长范围扇形喷头、AIXR 11002气吸扇形喷头、TT 11002广角扇形喷头和TTI 11002涡流气吸型喷头在不同位置处的雾滴飘移试验、得到不同类型的喷头在不同风速和药剂时的雾滴飘移结果。结果显示,随着垂直高度和水平距离的增加,雾滴的沉积减少。风速增大时,垂直高度0.1~0.5 m和水平距离2~6 m的雾滴飘移都会更加严重。气吸扇形和涡流气吸型结构的喷头能产生更大尺寸雾滴,减少飘移量。采用SPSS软件建立了包含采样距离、风速、喷头类型和药剂类型在内的多变量非线性雾滴飘移特性模型,经检验,该回归模型的拟合度在0.847以上,此模型有助于降低喷雾飘移的风险,为气象条件的选择、雾滴沉积区域的预测、缓冲隔离区的确定、防飘施药技术的研究和喷施药剂药械的配套选用提供技术指导。     

转笼式生物农药雾化喷头的性能试验

化学农药对生态环境的危害和人类健康的威胁使得低毒、低残留、不易产生抗药性的生物农药日益受到重视,但与之相配套的喷施机具的缺乏限制了生物农药的推广使用。为了研究保证生物农药存活率的专用喷施器械与操作方法,该文研究了喷施生物农药的专用转笼式离心喷头,并测试了其雾化性能和生物活性保持率。该文建立性能测试系统,利用粒子图像测速系统和激光粒度仪研究生物农药离心雾化喷头的转笼直径、丝网目数等结构参数,流量、转速等操作参数和生物农药制剂选择对于雾滴流场均匀性、雾滴粒径分布、生物农药活性的影响。量化分析了喷头结构和操作参数对雾滴体积中径和苏云金杆菌、白僵菌2种生物农药存活率的影响程度,采用SPSS软件通过相关信息和逐步回归分析建立了包含转笼直径、丝网目数、输药流量、转笼转速因素的转笼喷头雾化性能多元线性回归拟合模型,并检验其拟合度,通过实测数据对其进行验证发现该模型精度较高。综合各因素,提出了转笼式生物农药雾化喷头结构和操作参数的优化配置为:转笼直径100mm、丝网目数60、转笼转速3000r/min、输药流量80L/h。结果表明,转笼输液装置的双侧对称进液比单侧进液时雾滴流场均匀性提高,为了保证生物农药活性,转笼式喷头的转速不宜太高。该文的研究为设计生物农药喷施机具、制定确保活性成分的操作规范、提高生物农药防治病虫害效果提供了理论依据和技术支持。     

喷杆式喷雾机雾滴飘移测试系统研制及性能试验

为了测试并分析雾滴的实时飘移情况及飘移分布规律,该文研发了一套雾滴飘移测试系统,用于研究不同喷雾设备喷雾时产生的雾滴飘移特性并评价其飘移潜力。依照国际飘移分级标准ISO 22369-2-2010,在室内环境条件下对喷杆式喷雾机上6种扇形雾喷头的雾化性能参数进行了测试,对其飘移特性进行了对比试验并评价其飘移潜力dPV。结果表明:喷头与工作压力对飘移潜力影响显著(P0.05)。喷雾压力为0.3 MPa时,常规喷头XR110-04的飘移潜力最高,为33%。ID、IDK等气吸式喷头飘移潜力明显小于常规喷头(P0.05)。Lechler ID120-025喷头的飘移潜力最小,仅为6%。提高喷雾压力会使飘移潜力变大。研究结果可为减少雾滴飘移的施药技术研究与飘移分级的制定提供参考。     

喷雾助剂类型及浓度对喷头雾化效果影响

为达到农药减施增效的目的,助剂逐渐成为农药喷洒过程中必不可少的部分,其效果及浓度直接影响着施药过程中农药利用率。为探索不同助剂及浓度对喷头雾化效果的影响,该文利用激光粒度仪比较分析了IDK120-025型和LU120-015型喷头喷施不同浓度典型增效剂意欧、减量增产助剂激健、尿素时,其雾滴体积中径及雾滴分布相对跨度差异。两款喷头应用广泛,喷雾角度相同、喷腔雾化结构相异。结果表明：3种助剂溶液对IDK120-025型喷头的影响效果相比于LU120-015型喷头更为显著,但是LU120-015喷头喷雾雾滴均匀性较优于IDK120-025。激健溶液配比为1:3 000时,在0.4 MPa喷雾压力条件下,与水相比可将IDK喷头雾滴体积中径增加20.43%,粒径分布相对跨度减小1.74%;意欧溶液配比为1:2 000时,在0.4 MPa喷雾压力条件下,与水相比可将IDK喷头雾滴体积中径增加11.10%,粒径分布相对跨度减小8.86%;意欧溶液配比1:3 000时,在0.2 MPa喷雾压力条件下,与水相比可将LU喷头雾滴体积中径减小5.99%,粒径分布相对跨度增大1.56%;尿素溶液在配比1:2 000时,在0.4 MPa喷雾压力条件下,与水相比可将IDK喷头雾滴体积中径增加16.92%,粒径分布相对跨度减小6.92%。该试验可为田间农药施用中助剂及喷头的选择提供依据,为进一步研究喷头及助剂提供数据基础。     

高速气流条件下标准扇形喷头和空气诱导喷头雾化特性

标准扇形喷头与空气诱导喷头均为地面喷雾常用喷头,其在低速条件下的雾化特性已有较多研究,而在高速气流下的雾化特性尚不清楚。为了探究对比2种喷头在高速气流条件下的雾化特性,以及其用作航空喷头的可能性,基于北京农业智能装备技术研究中心自行设计制造的IEA-I型高速风洞,采用马尔文Spraytec喷雾粒度仪对德国Lechler公司生产的LU-120-03标准扇形压力喷头和IDK-120-03空气诱导喷头进行了测试。试验结果表明,两种类型喷头在距离出口0.15 m时,雾滴并未完全雾化。而在距离出口0.35 m时雾滴均已充分雾化。其中LU-120-03扇形压力喷头雾滴体积中径随风速增大从210μm逐渐减小至130μm,在管道压力达0.4 MPa以上时,其雾滴粒径分布跨度随风速增大逐渐从1.3增至1.5。而IDK-120-03空气诱导喷头产生的雾滴粒径相对较大,在风速为120 km/h时,达420~450μm,但其随着风速进一步增加快速减小,在风速达305 km/h时,其产生的雾滴体积中径降低到150μm。试验还发现管道压力变化对LU-120-03扇形压力喷头产生雾滴体积中径影响较大,而对IDK-120-03空气诱导喷头产生的雾滴体积中径影响较小。该研究可为固定翼有人机航空施药方案,如喷头选型、压力选择、作业速度选择等提供试验数据指导。     

航空植保作业用喷头在风洞和飞行条件下的雾滴粒径分布

为了获得GP-81A系列航空喷头的雾滴粒径分布情况,该文针对GP-81A系列航空喷头进行了风洞条件和飞行条件下的雾滴粒径及分布测试,通过高速风洞测试系统模拟飞行时产生的高速气流开展了气流大小对雾滴粒径及分布的影响研究;基于农用航空常用的Y5B飞机开展了不同型号喷嘴航空喷雾时的雾滴粒径及分布研究;同时,比较了相近喷雾压力条件下,相同喷嘴在风洞条件和飞行条件下的雾滴粒径及分布差距。试验结果表明,风洞条件测试时,当风速小于33.8 m/s时,雾滴粒径随气流的增加而增大;而当风速大于33.8 m/s时,雾滴粒径随气流的增加而减小,足够大的气流可以使雾滴进一步雾化。当气流在33.8 m/s时,7#喷嘴雾滴粒径最大,为491.1μm;当气流在84.87 m/s时,2#喷嘴雾滴粒径最小,为202.1μm。该系列喷头的6种不同喷孔的喷头的雾滴粒径均大于150μm,说明该喷头航空喷雾时的飘移损失较小。在喷雾压力基本相同的条件下,风洞条件下的雾滴粒径测试结果略高于飞行试验结果,主要原因是距离喷头出口的测试位置不同。风洞条件和飞行条件下的雾滴谱相对宽度S值均较小,表明雾滴分布较均匀,而飞行条件下的雾滴分布更均匀些。该研究为进一步优化航空喷头的作业参数,开展减少雾滴飘移研究提供参考。     

风幕式静电喷杆喷雾喷头雾化与雾滴沉积性能试验

为了解决传统施药方式药液在植株中下冠层沉积量不足、雾滴粒径分布不均匀等问题,对常规喷杆喷雾扇形喷头设计了一种双平板感应式荷电装置,试验测量了该扇形静电喷头产生的雾滴荷质比、空间上的横向和纵向粒径分布并验证了在风幕和静电作用下雾滴的沉积性能。试验结果表明:荷质比随着静电电压的增大先增大后趋于稳定,随喷雾压力的增大而减小;静电作用能够减小雾滴粒径,并且使雾滴粒径横向分布更加均匀;随着喷头远离测量装置,纵向雾滴粒径逐渐增大;风幕作用能够改善雾滴在冠层中的沉积性能,相同条件下,有风幕时雾滴沉积分布的变异系数为0.645,与无风幕时的0.871降低了25.95%;静电作用能够改善雾滴在冠层中的沉积性能,在静电电压0和6 kV作用下,雾滴沉积分布的变异系数减小了50.2%;荷电条件下,随着喷雾压力的增大,雾滴的沉积分布均匀性反而会减小。该研究可为进一步研究新型喷头荷电装置及风幕式喷杆喷雾机的研发提供参考。     

用大喷头脉宽调制间歇喷雾提高沉积率的试验研究

为了得到合适的雾滴细度,提高雾滴运动速度,从而提高农药喷施沉积率,该文提出一种基于脉冲宽度调制 （pulse width modulation, PWM）间歇喷雾的沉积率提高方法。试验设置3种流量控制方法（改变液压控制流量;PWM间歇喷雾控制流量以及结合脉宽调制、喷头尺寸和液压调节共同控制流量）,采用4组试验对雾滴粒径和速度的影响规律进行研究。研究结果表明,使大喷头在提高工作压力的情况下间歇喷雾,通过系统调节喷雾占空比、压力和喷头大小,可在流量得到控制的同时,产生合适的粒径谱,雾滴速度得到提高,从而改善雾滴沉积率。     

喷雾接种生物颗粒两相流及其对菌种活性的影响

纯种固态发酵喷雾接种的喷雾系统可能会直接影响微生物的活性,造成微生物的死亡。该文利用固-液两相流理论分析了喷雾接种两相流体中微生物的受力状况,并对该两相流流态特征进行了定性,分析了流体微元体对微生物损伤程度综合衡量参数——黏性能量耗散率公式的理论依据,为后续喷头内部流场仿真奠定了基础。在FLUENT里创建了一个通过流场信息来计算黏性能量耗散率的用户自定义函数,在合理设置边界条件和初始条件的基础上,对在不同孔口尺寸、入口压力条件下空心锥雾喷头的黏性能量耗散率等内部流场进行了数值模拟;设计并制造了一套喷雾接种试验系统,确定了相应的测试试验酵母菌活性的方法。采用CFD仿真和试验验证的方法量化分析了喷头孔口尺寸、喷雾参数等因素对喷雾后生物活性的影响。结果表明,用喷雾接种实现纯种固态发酵过程的自动化、保证接种的均匀性是可行的;接种时喷雾压力越大、喷头孔口尺寸越大,喷头内部流场内能量耗散率极值也越大,菌种死亡率越高,据此可以找到保证接种后微生物存活率的最佳喷雾特性参数。该文的研究为固态发酵喷雾接种或病虫害防治喷施生物农药的应用提供了基础,并可为进一步研究其他喷头对微生物活性的影响提供借鉴。     

农用喷头雾化粒径测试方法比较及分布函数拟合

农药雾滴粒径是影响农药在靶标上的沉积量和分布均匀性的主要因素,测试方法和仪器很多。该文使用激光粒子图像分析测试系统(particle/droplet image analysis,PDIA)、Sympatec HELOS Vario激光衍射粒度分析仪和Spraytec实时喷雾粒度分析仪3种常用的雾滴粒径分析仪对ST喷头进行雾滴粒径测试,结果表明3种仪器测得的雾滴体积中径(VMD,volume median diameter)绝对结果有差异,但是与已有的喷头雾滴细度界限值相比,该文所用的不同仪器测量结果对相同喷头的定级相同。鉴于此,选用Spraytec对Lechler公司生产的IDK、TR和ST 3种类型、2个国标流量代号(02和03)的6种型号喷头在喷雾扇面内的VMD进行测试,基于最小二乘法对测试结果进一步分析拟合,得到VMD在喷雾扇面内分布规律的函数形式。回归拟合函数以位置信息(喷雾高度,水平位置)为自变量、VMD为因变量,经回归效果检验可知各函数F统计量皆大于其F临界值(α=0.05),且相关指数都大于0.8,表明该文中所得的拟合函数可以较准确地描述雾滴粒径分布规律,并较精确地预测出扇面中非测试点的雾滴粒径。这些拟合函数为进一步研究喷杆各喷头喷雾扇面叠合后的雾滴粒径分布提供了基础。     

蒸发式冷凝器喷嘴喷淋性能的数值模拟及试验

为了研究蒸发式冷凝器喷嘴工作时性能变化情况,该文建立了喷嘴喷淋二维模型,利用计算流体力学计算软件对2种不同喷嘴出水口的喷淋效果进行了模拟,在测试平台上对喷嘴实际喷水效果进行了现场测试,并对其喷嘴结构和布置方式提出改进方案。试验及模拟结果显示:在满足蒸发式冷凝器最小喷淋量的前提下,喷嘴喷水出口处,由于流体运动轨迹发生变化,出口处动压存在不规则分布,喷嘴2局部动压明显高于喷嘴1,动压的不规则分布会直接影响出口处的速度分布情况。在2 m/s进水速度下,冷凝器内腔2种类型喷嘴喷水出口处动压分别为6 000和13 000 Pa,出口处局部最大速度达到3和5 m/s。在模拟中发现,与喷嘴1相比,喷嘴2外部流场静压更加均匀合理,拥有更大的流体出口动压,喷淋面积较大,流体迹线也简单明了,喷嘴2分流槽设计能够提高喷嘴的喷淋效果。在今后设计中,喷嘴1可以通过增设第二层分流平台,来提高内部喷淋水流场均匀性;喷嘴2在原来底座上增加分流槽,增大底座直径,可使喷淋水花更加均匀,增强了盘管液体薄膜传热特性,提高了换热效果。     

基于LiDAR的果园对靶变量喷药控制系统设计与试验

传统果园喷药方式带来的非靶标区域农药沉积和飘移造成了环境污染,同时农药过量喷施导致农药残留.该研究基于前期获得的果树冠层网格化体积计算方法建立单喷头流量脉宽调制(Pulse Width Modulation,PWM)控制模型,根据果园喷药作业需求建立控制器局域网络(Controller Area Network,CAN...     

植保无人机施药喷嘴的发展现状及其施药决策

农药的低利用率是影响农业生态环境和农产品品质安全的重要原因之一,优化农药喷施技术是提高农药利用率的有效手段。无人机植保喷施作业作为航空施药领域的重要组成部分,因其应对突发灾害能力强、不受作业地点限制等优势,具有巨大的发展潜力。喷嘴作为植保无人机喷施系统中的关键部件,主要分为液力雾化喷嘴和离心雾化喷嘴两大类,良好的喷嘴性能能够大大提升航空施药喷洒的均匀性,提高农药的利用效率。该文总结了各类植保无人机常用喷嘴的原理、特点以及应用场合,提出了喷嘴性能评价指标并总结了三大类常用的雾滴粒径、沉积量、分布、速度等指标的测量手段,包括雾滴收集方法,雾滴沉积量测试方法以及仪器测量法。最后,针对目前无人机施药缺乏专业的指导,农药喷施效果有待提升的现状,该文提出合理的施药决策是结合靶标作物、喷药需求以及喷施环境三方面因素共同作用的结果,并从喷嘴喷雾角、防堵塞性、喷嘴压力与流量以及最佳作业粒径4个方面分析了喷嘴选型的思路,从专业喷嘴选型决策系统的建立以及无人机植保专用喷嘴的研发两方面对今后的研究进行展望。     

航空静电喷雾装置的改进及效果试验

航空静电喷头结构和性能的好坏是影响航空静电喷雾效果的主要因素。该文针对应用于轻型飞机上的单喷嘴航空静电喷头从静电电极、喷头材料、喷头加工工艺、高压导线与电极的连接方式、旋拧接头、溢流阀体等几个方面进行了改进设计,并就其雾化荷电机理及性能进行了理论分析和试验研究,将改进后的静电喷头挂载于轻型蜜蜂飞机上与原有的静电喷头及传统的扇形喷头进行了松毛虫防治对比试验研究。研究结果表明,改进后的航空静电喷头在压力为0.35Mpa,喷孔直径为0.8mm时,喷雾角度为96°,雾流速度较高并且均匀,荷质比最大可达到2.26mC/kg;与常规扇形航空喷雾相比,雾滴沉积平均提高18个/cm2,不仅作业时间短,使用农药量减少5.22L/hm2,而且有效防治率提高了33.8%,完全可以满足航空喷雾的需要,并可以达到满意的病虫害防治效果。     

施药喷嘴分级可行性及方法研究

针对国产农用喷嘴的雾滴粒径分级数据及方法缺失的问题,该文依据ASAE S572.1标准,以NJS-01植保低速风洞为平台建立了雾滴粒径标准测试方法。在规范的测试条件和测量程序下,以Teejet 11001、11003、11006、8008和6510不锈钢芯扇形喷嘴为参考喷嘴,测试了Teejet F110、Lurmark F110、国产Lanao F110、YZS80、YZK80等24种待分类喷嘴在0.2、0.3、0.4 MPa下的雾滴粒径。在此基础上建立了参考喷嘴的雾滴粒径分级参考图,提出了基于该参考图的喷嘴分级方法。同时用Teejet、Lurmark标准扇形雾喷嘴的测试数据和厂家提供的分级结果,验证了喷嘴分级方法的正确性和适用性。该文运用该分级方法对国产Lanao F110、YZS80、YZK80系列喷嘴在不同压力下的雾滴粒径进行分级,可为该类型国产喷嘴的选型和应用提供参考。     

精确施药可变量喷雾控制系统的研究

开发了基于机器视觉和模糊控制原理的精确农药可变量喷雾控制系统,并在实验室进行了试验研究。研究表明,系统能融合树冠面积信息和距离信息,通过模糊决策来判断树木大小和距离,进而选择不同的喷头组合,并控制喷雾系统的流量和喷头射程,实现对树木目标的智能喷雾,从而大幅减少农药用量。     

基于Smith-模糊PID控制的变量喷药系统设计及试验

为实现精准变量喷药技术,该文设计了旁路节流式变量喷药控制系统用于变量喷药和幅宽调节控制,运用流体网络理论建立系统的数学模型,将模糊PID控制与基于喷药流体网络模型的Smith预估控制结合起来喷药量的调节,并对国产3W-250型喷杆喷雾机进行改造并构建喷药试验平台。试验结果表明,基于喷药流体网络模型的Smith-模糊PID控制算法的动态响应更快,降低了变量喷药系统滞后性和非线性的不利影响,超调量小于13.1%,稳态误差小于3.52%,且具有较好的适应能力和鲁棒性,为精准变量喷药控制提供一种实现方法。     

电动背负式风送喷雾器设计与作业性能试验

针对作物冠层高大、枝叶茂密的情况,现有的施药机具存在雾滴穿透性能差、药液沉积不均匀、不适合作业条件等问题研制了电动背负式风送喷雾器。利用水敏纸、激光粒径分析仪、高速摄影仪测试了其射程、雾滴粒径、液膜雾化形态。利用液质联用仪测试了使用该喷雾器时农药在作物上的沉积分布,并测试了生物防治效果。结果表明:该喷雾器在有风送的条件下雾滴粒径变大、喷雾角减小、液膜变短,在最大风速下射程提高2倍以上。该喷雾器可以改善农药在作物叶片正背两面分布均匀性,使用TR80-01和TR80-02号喷头时农药利用率较手动喷雾器分别提高了1.38倍和1.14倍,在分别使用TR80-01和TR80-02喷头时用药量比手动喷雾器减少1/2和1/3的情况下药效没有明显的差异且增加了农药的持效期。该喷雾器可以提高农药的沉积分布均匀性和利用率,实现减量施药。