悬挂式常温烟雾机气流场与雾滴沉积三维模拟与试验

基于CFD三维模拟技术,建立了常温烟雾机在密闭温室内作业的气流速度场模型及雾滴沉积分布模型,分析了常温烟雾机的气流速度场及雾滴沉积分布特性,并进行试验验证。模拟结果表明,常温烟雾机有效风送距离与风送速度呈正比,在喷雾高度为1.5 m时常温烟雾机风送距离最短;风送速度为5 m/s和25 m/s时雾滴质量流率较大,风送速度为20 m/s以上、喷雾高度在2.0 m以上时,雾滴沉积均匀性较好。模拟与试验结果对比说明,在风机作用区域内,所建立气流速度场数值模型模拟相对误差为10%~35%,雾滴沉积分布模型模拟相对误差为15%~35%,可较准确预测常温烟雾机气流速度场与雾滴沉积分布。     

果园风送喷雾机性能对比试验

为探究果园静电风送喷雾机与传统风送喷雾机性能差异,预估施药过程各运行参数之间的相互关系,根据风送喷雾机试验方法国家标准,对3WFQ-1600型传统风送果园喷雾机和3WFQD-1600型静电风送果园喷雾机进行雾滴垂直分布对比试验,对喷雾距离、喷雾压力、喷头型号和冠层垂直高度进行不同水平设定并进行试验,运用SPSS软件分析雾滴沉积量和雾滴沉积分布情况。结果表明:3WFQ-1600型传统风送果园喷雾机在喷雾距离1.0~2.0m的范围内对雾滴沉积分布量无显著影响,靶标高度对雾滴沉积影响最大;3WFQD-1600型静电风送喷雾机在喷雾压力1.0~2.0MPa范围内对雾滴沉积分布量无显著影响,靶标高度对雾滴沉积影响最大;3WFQD-1600型静电风送喷雾机与3WFQ-1600型传统风送果园喷雾机相比,雾滴由于受静电场力的作用,垂直沉积分布更加集中,垂直分布均匀性也相对稳定。     

喷雾技术参数对雾滴沉积分布影响试验

为了研究果园轴流风机风送喷雾机喷雾技术参数对雾滴沉积分布的影响,分别设置了4种喷雾压力、风机出口风速和行驶速度,3种采样高度,对稀疏靶标(沉积架)和仿真树靶标进行了喷雾试验并进行回归分析.试验结果表明,喷雾压力对雾滴沉积无明显影响,减小行驶速度可增加枝叶正反面雾滴的沉积,增大风机出口风速可有效增加雾滴在枝叶反面的沉积;...     

固定管道式常温烟雾系统雾滴沉积仿真与试验

为了进一步研究固定管道式常温烟雾系统的风场分布特性和雾滴沉积分布特性,基于计算流体力学（CFD）非稳态模拟,通过建立固定管道式常温烟雾系统在温室内作业的气流速度场仿真模型及雾滴沉积分布仿真模型,分析了该系统在3组作业参数（液压为0.05MPa,气压为0.2、0.3、0.4MPa,3组作业参数分别对应的喷头出口截面平均气流速度为200、400、600m/s）〖JP2〗下的气流速度分布特征及在3组作业参数、4组高度水平（0、40、60、80cm）和2个〖JP〗雾滴沉积区域（喷头正下方区域和喷头中间区域）下的常温烟雾系统的雾滴沉积分布特性,并对雾滴沉积分布特性进行了试验验证。研究结果表明：固定管道式常温烟雾系统作业时可在棚室内形成涡旋气流,有益于雾滴在整个棚室内的漂浮、弥散和沉积,根据仿真和试验结果得出本系统的最优作业参数为气压0.3MPa、液压0.05MPa。喷头正下方和喷头中间区域的雾滴最大沉积量分布在喷头喷射方向前方1m区域（采样点5）,且沿喷头喷射方向呈逐渐降低趋势。相同试验条件下,雾滴沉积量随着气流速度的增加呈降低趋势。喷头正下方的雾滴地面沉积量低于中间区域的雾滴地面沉积量,而在高度水平40、60、80cm下,喷头正下方相应的雾滴沉积量高于中间区域。正下方区域的雾滴主要沉积分布在60~80cm的高度区间,中间区域的雾滴主要沉积分布在高度40、80cm区域。不同作业参数下雾滴在不同高度的仿真和实测沉积量相关系数范围为0.990~0.924。雾滴沉积量仿真值和实测值的相对误差范围为0.008~0.374, 说明CFD仿真可较准确地预测模拟常温烟雾系统气流速度场与雾滴沉积分布特性,指导实际作业参数优化。     

多气流协同式果园V形防飘喷雾装置设计与试验

为提高果园风送式喷雾靶标区域沉积量,减少果树行间雾滴飘移,在常规气流辅助喷雾基础上,设计了一种多气流协同式V形防飘喷雾装置,通过CFD仿真验证其防飘效果.以V形风场风速、横风风速、喷雾压力为因素,分别进行单因素和三因素三水平的苹果树冠层雾滴飘移沉积试验,探析多气流V形风场对雾滴冠层沉积效果的影响规律.结果表明,当横风风...     

气流雾滴胁迫和冠层孔隙变化对沉积性能影响解耦研究

气流辅助喷雾中气流导致的冠层孔隙变化和对雾滴胁迫作用的影响是耦合的,两者最终影响雾滴沉积性能,明晰两者的耦合比例对沉积性能的影响,可为风送参数优化和喷雾模式改进提供指导。本文以盛花期棉花为研究对象,通过设计解耦试验方案,分析气流辅助施药过程中气流雾滴胁迫和冠层孔隙变化对雾滴沉积行为的不同影响。首先,借助高速相机标定棉花枝叶风载下的变形量,得到气流速度、叶面积、变形量三者间的拟合关系,通过仿真叶片风载变形试验得出,仿真叶片与真实叶片的风载变形相对误差在17%之内,从而确定了仿真枝叶模型应用于风送喷雾试验的可行性;然后,基于棉花生长发育的枝叶构型3/8规律,搭建冠层孔隙可风载变形的方案1棉花模型,测量方案1棉花冠层内气流场数据,计算风载后枝叶变形量,并使用物理手段固定枝叶变形量,形成风载变形后冠层孔隙固定的方案2棉花模型,将自然状态下棉花枝叶固定,保持风载下冠层孔隙不变作为方案3棉花模型;最后,针对3种试验方案的棉花模型,通过改变辅助气流风速进行了风送沉积试验。结果表明：相较于冠层孔隙变化,气流对雾滴的胁迫作用更有利于雾滴在冠层内的沉积行为,两者对于雾滴沉积量的提升比例分别为39.81%和10.52%;相比于气流对雾滴的胁迫作用,冠层孔隙增大形成的雾滴运移通道更有利于雾滴在冠层内的均匀分布,两者对沉积均匀性的提升比例分别为42.71%和1.10%。本研究可为基于不同作物冠层孔隙变化特性的新型喷雾模式设计提供参考。     

果园风送式施药技术发展现状

近年来,果园风送式喷雾技术得到了广泛应用,在病虫害防治与农药减量增效方面效果显著。文章主要梳理了国内近年来有关喷雾机气流场研究、雾滴沉积研究和雾滴飘移等方面的研究,结合我国果园种植特点提出果园风送式施药技术发展方向。在此基础上提出了冠层结构变化的研究以及喷雾机的多技术集成化将是果园风送式喷雾机的未来趋势。     

小型植保无人机下洗气流场影响雾滴运动特性规律研究

为了研究小型无人机下洗气流场对雾滴运动特性的影响规律，以小型无人机为基础，采用Navier-Stokes(N-S)方程、realizable k-ε模型和Semi-Implicit Method for Pressure-Linked Equations算法，对施药过程中的下洗气流场和雾滴离散运动进行了详细的数值模拟分析。研究分析无人机下洗气流的速度特性、雾滴沉积特性以及作业高度对农药沉积效果的影响。通过试验结果可知，模拟值与试验值的相对误差在20%以内，验证了下洗气流场数值模型的可行性。进一步模拟分析结果表明，在无人机喷药平台的影响下，下洗气流场在距离旋翼1 m处达到速度峰值。随着作业高度的增加，雾滴逐渐分散并扩散。雾滴主要分布在两个“气流引入区”和两个“气流导出区”,该分布特征有助于优化施药效果和提高农药的使用效率。根据分析结果，当无人机飞行作业姿态与地表保持平行，且将作业高度调整至0.8～1.0 m之间时，可显著提高农药沉积量，从而提高植保无人机的施药效果。本研究验证了下洗气流场数值模型的可行性，为小型植保无人机的对靶雾滴漂移及沉积研究提供了参考依据。     

风送式喷雾机风筒结构设计与试验研究

基于棉花喷施落叶剂的需求,针对现有的棉花风送式施药机,设计了一种风送式喷雾机风筒,并利用计算流体动力学(CFD)仿真技术对风送式喷雾机风筒内外流场的三维区域进行了仿真,研究风筒气流场分布。仿真结果表明:风筒4个出风口处的速度分布均匀,整个风筒内流场区域风速变异系数较小。同时,通过试验验证了该仿真模型的可靠性,并将设计的风筒安装在喷雾机上进行实际大田作业,检验风送式喷雾机的雾滴沉积分布情况。试验结果表明:棉花整个冠层的叶片正面雾滴沉积率达到了79.58%,叶片反面雾滴沉积率达到了33.38%,冠层上部、中部、下部叶片正反面雾滴平均沉积率相差均1 0%,整个冠层雾滴沉积分布均匀性较好。     

风送喷雾气流衰减与扩展规律分析与试验

针对果园风送喷雾对气流的特定需求,为了明确喷雾机出口处到果树冠层间的气流分布规律,在环向出风式喷雾机基础上,采用量纲法理论分析喷雾气流的轴向速度衰减规律、射流扩展规律,并在Ansys 15.0 Fluent平台上选用Realizableκ-ε模型仿真了初速度为10、15、20m/s下的衰减与扩展规律。同时,结合试验数据建立了喷雾气流衰减模型uc=0.5 7 8 u0x^-0.5,模型显著性检验F值小于临界值;气流边界扩展模型b=0.154 x,模型的决定系数为0.972 4。该研究可为果园风送喷雾机设计及气流场分析提供参考。     

不同飞行参数下八旋翼植保无人机下洗气流场对雾滴沉积分布特性的影响

近年来,应用植保无人机防治农业有害生物已成为中国植保机械发展的一大新亮点。无人机旋翼提供飞行升力的同时具有下洗气流场,低空低量施药作业雾滴沉积分布质量优劣与旋翼下洗气流场的作用密不可分。为探究植保无人机旋翼下洗气流场对喷雾效果的影响,本研究以当前植保无人机主流机型——“X型”布局八旋翼无人机为研究对象,采用实际作业测试方式,利用微气象测量系统测定无人机飞行状态下旋翼下方不同水平位置下洗气流场风速,同时采用诱惑红示踪剂水溶液代替农药喷雾获取喷雾沉积分布情况,重点对下洗气流场分布实测结果进行可视化分析,包括不同飞行高度、不同速度下旋翼下洗气流场分布特性与雾滴沉积分布特性以及二者的相互关系。测试结果显示：八旋翼植保无人机飞行过程中随着飞行速度加快（1.0~6.0 m/s）和飞行高度升高（1~2 m）,冠层位置X、Y、Z三向下洗气流场总体表现为气流强度由强到弱、分布状态由集中到分散的变化趋势;X方向气流来源于下洗气流与外界空气相互作用产生的卷扬气流,对喷施雾滴的作用为逆飞行方向;Y方向为下洗卷扬气流以及地面效应共同作用的结果,对雾滴的作用为垂直于航线朝向两侧;Z方向为下洗气流竖直向下方向分量,对雾滴下降沉积具有直接促进作用;飞行速度与下洗气流场范围内风速峰值（P＜0.05,r=-0.836）和有效喷幅内平均沉积量（P＜0.05,r=-0.833）均表现出显著负相关;在飞行速度为1.0 m/s和3.0 m/s时,雾滴沉积量与下洗气流场风速均呈现极显著正相关关系（P＜0.01,r＞0）,即垂直地面方向的下洗气流场越强,有效喷幅内沉积的雾滴越多;速度加快至6.0 m/s,风速显著降低,气流场对雾滴沉积的促进作用逐步消失（P＞0.05）。因此,植保无人机作业时飞行速度不应设置超过6.0 m/s,避免因下洗气流场作用减弱而导致雾滴损失。本研究结果可为改善低空低量施药作业质量和无人机田间作业规范的制定提供技术参考和支撑。     

轴流式果园喷雾机风送系统优化设计与试验

针对传统风送式喷雾机风送距离短与药液浪费的问题,设计一种适用于传统果园喷雾机的轴流式风送系统。通过设置不同风筒导叶的安装角、数量、长度和锥形多出口装置的锥度、出口布局方式,进一步引导风送系统气流场,并建立相对应的气流场分布模型。通过对比选取风送系统的最佳优化设计方案,并开展了验证试验。试验结果表明,风筒导叶参数对出口风速影响的显著性由大到小为长度、安装角、数量,锥形多出口装置出口布局方式对出口风速的提升效果明显;当风筒导叶安装角为10°,数量为6,长度为20 cm,且锥形多出口装置锥度为2.25、出口布局为A型时,风送系统出口风速及均匀性达到最优,所建立的模型出口风速与试验值相对误差为4.66%和变异系数为3.63%,验证了数值模拟结果的可靠性。在此基础上,通过喷雾机外流场试验可得,射流边界范围随着出口直径和转速的增加而增大,风送距离也随之增大,当风送距离0～2 m,风速大于5 m/s,衰减幅度明显,当风送距离大于2 m时,气流衰减较为平缓,风速距离4 m处风速达到1.5 m/s左右。优化后轴流式果园喷雾机风送系统结构合理,气流均匀性、风速、边界和射程等方面均满足果园植保机械需求,研究...     

履带自走式果园自动对靶风送喷雾机研究

为提高较小树龄或稀疏果园的雾滴沉积量和省药率,将风送施药技术与物联网技术相结合,设计了履带自走式果园自动对靶风送喷雾机。该机主要由机架、操控系统、动力部分、行走系统、传动系统和风送系统等组成,其中控制部分由超声波传感器感知层、单片机数据处理层、Wi-Fi无线传输层及手机上位机控制层组成。手机能实时显示施药状态参数并向微处理器发送操控指令。对样机进行了性能试验,试验结果表明：有风送时雾滴沉积量相对无风送时提高了34.57%,变异系数降低了13.39个百分点;自动对靶风送喷雾比普通喷雾综合省药率大于30%;风机气流提高了雾滴的靶标附着率和沉积均匀性;超声波传感器及在线处理喷药状态参数的控制系统实现了对有效靶标的间歇性喷药,节省了农药使用量,降低了农药残留量。该机尺寸小、行动灵活、通过性强,满足矮化果园植保机械作业要求。     

多旋翼无人机旋翼下方风场对航空喷施雾滴沉积的影响

风场是影响航空喷施雾滴沉积分布特性的重要因素之一。为了揭示多旋翼无人机旋翼下方风场对雾滴沉积分布的影响机理,通过无人机旋翼风场测量系统测量多旋翼电动无人机旋翼下方的风场分布,同时结合航空喷施雾滴在水稻冠层的沉积情况,分析旋翼下方X、Y、Z 3个方向的风场对雾滴沉积分布的影响,并对试验结果进行了方差分析和回归分析。结果表明:在无人机旋翼下方3向风场中,X和Y向风速对有效喷幅区内雾滴沉积量的影响不显著,Z向风速的影响极显著;X向风速对有效喷幅区内雾滴沉积穿透性的影响不显著,Y和Z向风速的影响分别为显著和极显著;X和Y向风速对雾滴沉积飘移的影响均不显著,Z向风场的影响显著;且当水平方向上X、Y向风速峰值越小、垂直方向上Z向风速峰值越大时,雾滴沉积均匀性越好,最佳值达到36.44%。另外,有效喷幅区内雾滴沉积量与因素Z向风速之间的回归模型及有效喷幅区内雾滴沉积穿透性与因素Y和Z向风速之间的回归模型的决定系数R~2分别为0.868和0.842,表明模型可以为实际作业提供指导。     

植保无人机旋翼下洗气流对喷幅的影响研究

基于XV-2植保无人机,利用流体仿真,探究了该无人机旋翼下洗气流的速度分布特性。在此基础上,分析了在下洗气流影响下的雾滴运动方式,并进行实地测试。仿真分析说明:旋翼下洗气流从中心向外的流速差使流场从上向下有向外的铺展效应,使得喷幅增大,且喷幅与飞行高度成正比;旋翼外沿的卷扬气流使得喷幅范围内的雾滴沉积数出现2个峰值。试验结果表明:当飞行高度为6 m时,有效喷幅为10 m;飞行高度8 m时,有效喷幅为12 m。2种飞行高度下的雾滴分布均匀性基本一致。试验结果与仿真结果基本一致。研究结果可为无人机喷雾系统设计和航空植保作业参数的选择提供参考依据。     

3MG-30型果园弥雾机的研制与试验

研制了一种与小四轮拖拉机配套的、适用于标准化果园植保作业的机载果园型弥雾机，对该机各项性能指标进行了试验与分析。试验结果表明，与其他类型喷头相比，按一定排列组合的空心雾锥喷头在与风机配合使用进行药液的2次雾化时具有更好的喷雾量分布和雾滴分布均匀性；小于35m/s的风机出口风速所产生的梯度气流使枝叶扭转与退让，并使雾滴的穿透性和树内沉积量增加，提高了作业质量和机组生产率。     

3WZF-400A型果园风送喷雾机改进设计

3WZF-400A型果园风送喷雾机通过安装直线导流板引导了气流速度场,在一定程度上解决了传统轴流式风送喷雾机农药浪费以及防治效果差的问题,但仍无法使靶标区域的气流速度分布与作物冠层轮廓匹配。本文以计算流体力学为手段,对该型喷雾机进行了改进设计。通过设置不同数量和角度的短导流板进一步引导喷雾机气流场,并建立了对应的气流速度场分布模型。通过对比选取最佳的改进设计方案,并进行了试验验证与喷雾性能测试。研究结果表明,当短导流板数量为2,喷雾机导流板角度组合为45°、15°、-15°和5°,且风机风速为20m/s时,在靶标处的气流速度分布能够与作物冠形轮廓匹配,所建立的模型能够较准确地模拟喷雾机实际气流速度场的分布。在此基础上以雾滴覆盖率为指标评价了改进设计后的喷雾机喷雾性能,并与改进前的喷雾机喷雾性能作对比,结果表明雾滴能够在垂直平面内按照作物冠形合理分布。