基于最大熵原理的喷雾液滴粒径分布预测研究

液滴粒径分布是喷雾过程质量、动量和能量输运的关键参数，为确定喷雾中液滴粒径的分布，基于最大熵原理，通过平均直径约束条件，构建雾滴粒径数量概率密度分布的最大熵模型，应用环形鼓风喷嘴雾化的实验数据对液滴粒径分布模型进行优选。结果表明，构建的三参数和四参数最大熵模型的预测结果最为理想，预测的液滴粒径分布与实验值的相关系数均高于0.96,均方根误差均低于0.135。通过对比三参数和四参数最大熵模型预测结果的赤池信息准则数，表明三参数最大熵模型更适合喷雾液滴粒径分布的预测，应用不同类型喷嘴的雾化液滴粒径分布实验数据对三参数最大熵模型的适用性进行检验，结果表明模型的预测值与实验值吻合较好。最后将优选的三参数最大熵模型应用到Pratt&Whitney Canada公司制造的压力喷嘴喷雾液滴的粒径分布预测研究中。研究表明，构建的三参数最大熵模型，预测结果与实验数据基本吻合。     

航空喷雾用电动离心喷头试验研究

简述电动离心喷头的结构和工作原理,并利用专用试验台对电动离心喷头进行性能试验.试验表明:雾化盘的转速、喷嘴流ht和喷雾高度对雾滴体积中径和喷幅影响较大,而对雾滴分布均匀影响不大.确定无人直升机喷雾最佳作业参数:喷雾高度5m,流量850m1/min,雾化盘转速3094r/min,雾滴体积中径为296.29u,m ,喷幅3.5m.     

喷雾流量瞬态特性的试验研究

选用SIEMENS SMART型PLC控制器和触摸屏,实现对喷雾流量系统的控制和参数检测。通过检测喷头的可调比、开口度-流量关系,选定了N11053型喷头。利用设定的4个流量数值,分别在流量增大和减小的两个过程中,测定达到稳定值所用的时间和流量最大差值分别为1.31s和0.044 L/min。选取了0.5~2.5L/min和2.5~4.5L/min两个流量变化范围,对其响应性能分别进行测定,每变化0.5L/min并且达到稳定状态所需的时间最多为0.6s,流量差别最大为0.049L/min。     

压力式变量喷雾喷头特性研究

通过试验得到了标准平面扇形喷雾防漂移喷头在不同压力下喷雾的均匀性、喷雾雾锥角及喷雾粒径的数据参数,分析了其变化规律。结果表明:基于压力变量喷雾的调节区间约为2(1.54/0.82);随喷雾压力的增大,喷雾均匀性的喷量向两侧分散的趋势显著,雾滴粒径减小明显,雾锥角的变化率为0.62°/%;压力对喷雾性能的影响极大,但在一定的压力变化范围内,喷雾性能的变化符合工程、农机、农艺的要求(25%左右),且可以节约一部分能源。因此,大力研发和改进推广压力式喷头是压力式精准变量喷雾技术大规模应用的关键。     

喷雾液滴撞击大豆叶片表面研究

利用两台高速数码摄像机对喷雾液滴撞击大豆叶片表面过程和结果进行了测试与分析。研究结果表明,产生沉积和回缩破碎两种状态时,液滴K值均小于57.7;发生喷溅时,大部分液滴K值大于57.7,但由于叶片表面密被长柔毛使得液滴在低撞击角度下易于喷溅,因此液滴在撞击角度为28°和44°时K值小于57.7。液滴在沉积过程中,在相同粒径和撞击角度下,液滴撞击速度越高最大铺展越大,铺展时间也越长,但撞击速度高和撞击速度低的液滴最终铺展比接近。沉积部位对液滴铺展过程和结果有重要影响。液滴在回缩破碎过程中,在表面张力的回缩和叶片表面的粘滞作用下分离破碎,与沉积于叶片表面的液滴相比较,液滴收缩破碎后合计最终铺展比大大提高,均匀破碎的液滴其合计最终铺展比比不均匀破碎的液滴大。当撞击We数较高时,喷溅液滴将呈现喷射成串小液滴的状态;当撞击We数较低时,喷溅液滴将呈现喷射单独的2~3个大液滴的状态。喷射出成串小液滴后的液滴主体部分最终铺展比比喷射出单独大液滴后的液滴主体部分大。     

一种撞击式喷头雾化特性研究

分析了撞击式喷头的雾化机理,通过实验研究了撞击式喷头的几种雾化液滴直径随喷雾压力变化的规律以及撞击式喷头的流量与喷雾压力之间的关系。实验表明:随着喷雾压力的升高、喷头的流量增大,雾滴的各种直径均降低,但喷雾压力对雾滴直径的影响是有限度的。该喷头的雾滴直径小,雾化特性能满足降温或加湿要求。     

圆锥形喷头喷雾二维分布均匀性试验研究

喷雾均匀性是喷头性能的重要指标之一,针对圆锥形喷头设计了正交试验,通过直观分析、方差分析和回归分析的方法,研究了喷头类型、喷雾压力、喷头高度对分布变异系数的影响。在喷雾均匀性自动化检测装置上完成试验,结果表明:3个因素的影响显著性由大到小的次序为喷头类型(T)、喷头高度(H)、喷雾压力(P);最优组合为:喷头类型TeeJet D5,喷雾压力0.3MPa,喷头高度250mm。     

PWM变量喷雾喷头流量模型

基于脉宽调制(PWM)的变量喷雾控制中,尤其对喷头进行独立控制时,喷头流量模型不可或缺。设计了能够精确控制喷雾压力,便捷设定PWM参数的试验平台,并使用该平台进行了二次回归正交试验,针对TEEJET AITXA 8002型、8003型和8004型喷头分别建立了喷头流量模型。参数检验和失拟检验表明喷头流量模型合适。模型普适性试验表明,8002型喷头模型最大相对误差为7.05%,最小相对误差为0.14%;8003型喷头模型最大相对误差为7.27%,最小相对误差为0.31%;8004型喷头模型最大相对误差为7.94%,最小相对误差为0.71%;模型计算流量和实际测量流量具有很好的一致性。     

茶树叶片表面喷雾液滴斜撞击行为研究

在喷雾场景中,茶树叶片具有不同倾斜方向,且会受到不同方向喷雾液滴的撞击。为掌握液滴斜撞击茶树叶片时的撞击行为及影响机理,提出了利用椭圆铺展面积来衡量斜撞击时液滴的铺展变化,并推导出包含叶片倾角和撞击角的斜撞击液滴铺展及反弹数学预测模型。为验证理论准确性,利用两台高速摄像机对喷雾液滴撞击茶树叶片的撞击过程及结果进行测试和分析。研究结果表明,撞击角、初始直径、撞击速度对粘附液滴的铺展面积影响由大到小为撞击速度、初始直径、撞击角,其中初始直径及撞击速度对液滴铺展面积有显著性影响,且是极强正相关。对于细、中液滴,撞击角对铺展面积无显著性影响;对于粗大液滴,撞击角有显著性影响,建议采用90°撞击角。茶树叶片表面具有亲水性,水滴撞击叶片表面时无反弹行为,此结果与反弹预测模型结果吻合。对液滴飞溅的影响程度由大到小为初始直径、撞击速度、撞击角。初始直径及撞击速度对液滴飞溅有显著性影响,液滴初始直径和撞击速度越大,越容易发生飞溅,撞击角对液滴飞溅无显著性影响。因茶树叶片表面比较光滑,无长绒毛,表面粗糙度较小,飞溅临界值Kcrit采用108. 4较合适。     

喷灌喷头水量分布特性自动测试系统

通过分析水量信息传感器利用翻斗将水量转换成数字量的测试机理,建立了传感器的A/D转换模型。用可编程控制器(PLC)作下位机对分布在试验场地的各个传感器输出信号进行测试,将数据通过分布式总线传给上位计算机,由上位机进行各点水量的实时计算和显示,用ADO技术将所有数据与Excel数据库连接,在Excel电子表中通过预先编程自动生成喷头的水量分布特性曲线和数据表,实现了喷头水量分布特性的自动测试。     

喷嘴喷施不同生物农药雾滴特性研究

为了研究不同类型和大小的液压喷嘴、不同生物农药喷雾样本对雾滴特性的影响,采用激光粒度分析仪、喷幅宽度测定装置等对美国Teejet公司的平面扇形喷嘴XR8004、XR11004和中空锥形喷嘴TXA8002、TXVK8004等4种常规喷嘴和7种不同喷雾样本(普通自来水和6种美国Bioworks公司的生物农药),分别对相同和不同喷雾压力、相同喷雾高度和相同喷雾环境下的雾滴粒径大小分布,以及相同喷雾压力和相同喷雾高度下喷幅宽度等特性进行了对比试验研究,并对结果进行分析。结果表明:在分别与水以一定比例混合后,原液状生物农药的雾滴粒径与水的雾滴粒径大小差异不显著,但比原粉末状生物农药雾滴粒径尺寸大;生物农药在同一喷嘴喷雾下,雾滴粒径随喷雾压力增大而减小;在相同喷雾压力情况下,雾滴粒径大小分布均匀度随喷嘴喷量速率的增大而减小,喷量速率越大,其粒径尺寸越分散、越不集中;喷嘴喷幅宽度的大小随喷雾角度增大而增大,不同类型生物农药的喷雾样本对喷幅宽度影响不大。因此,根据以上喷嘴和生物农药的喷雾特性,对于不同的农作物选择适当的喷嘴型号、喷量流速和喷雾压力来喷施农药,可以提高农药的喷雾效率和有效性。     

缓解奶牛热应激的喷淋水滴特性试验

夏季高温造成奶牛热应激,物理降温以蒸发散热缓解奶牛高温,其中喷淋降温系统是我国常用的降温方法。利用激光雨滴谱仪(LPM)对6种不同标准扇形喷嘴(9010、9030、9060、9080、90100、90120)在0.15、0.20、0.25 MPa工作压力下进行了测试,计算分析了6种喷嘴在不同工作压力下水滴粒径的分布,研究了水滴粒径与喷淋流量、单个水滴动能、喷淋强度的关系。结果表明:水滴粒径分布呈正态分布模型,不同工作压力(0.15、0.20、0.25 MPa),所测6种不同型号的喷嘴水滴平均粒径为0.475~1.210 mm;水滴粒径与喷淋流量呈线性关系(R20.96);9010、9030型号喷嘴在小水滴粒径0.125~0.250 mm范围内占有10%~20%的比例,易雾化飘移,不适合奶牛蒸发降温;不同工作压力下单个水滴动能随水滴粒径的增大而增大,呈幂函数关系(R20.96);喷嘴的平均喷淋强度和水滴平均粒径呈指数关系(R~20.96),平均喷淋强度均大于72 mm/h。试验得出水滴平均粒径0.801 mm(9060)、0.914 mm(9080)、1.047 mm(90100)、1.210 mm(90120)将仿真奶牛从39.3℃降温至37℃所用时间平均值为85、75、48、30 s。     

基于PDA系统单喷嘴雾滴参数的试验研究

雾滴粒径和速度分布共同影响着农药雾滴在靶标上的沉积量和分布的均匀性。使用PDA系统对空心圆锥喷雾喷嘴进行试验与分析,测量TR80-03C空心圆锥雾喷嘴的雾滴粒径和速度分布情况。探究了在不同压力条件下雾滴粒径和速度在喷雾空间中水平方向和垂直方向的分布,结果表明:在距离喷嘴相同的位置,压力越大,雾滴粒径越小,在相同压力条件下,喷雾范围内沿水平方向的距离越远,雾滴粒径越大;在中轴线方向,距离喷嘴200~500mm范围内,距离喷嘴越远,雾滴粒径越大。为了进一步了解雾滴粒径分布规律,对雾滴的Dv0.5和D32进行多项式拟合以及曲面拟合,结果表明:在相同阶数的拟合函数中,Dv0.5与D32的拟合趋势是一致的,压力越大,拟合结果越好;D32与Dv0.5的拟合结果相比,表现更优一些。借助拟合函数,可以更加形象地描绘雾滴粒径在空间分布规律,预测一些非测试点的粒径,进而可以有针对易飘移区域进行防飘移,提高农药的有效利用率。     

喷雾参数对雾滴沉积性能影响研究

为了研究扇形喷嘴不同喷雾方式下的空间沉积情况,利用自行设计的NJS-1型植保风洞,搭建雾滴粒径测试装置与雾滴沉积分布测试装置。选用LURMARK-04F80型标准扇形喷嘴开展雾滴粒径分布与沉积特性试验,分析了喷雾压力与风速对雾滴粒径的影响,同时研究了不同风速、喷雾压力、雾流角及喷头倾角下雾滴沉积特性,并采用3种不同的计算方法对比了雾滴飘移减少百分比的影响因素。雾滴粒径分布试验结果表明,相同风速下,增大喷雾压力会导致DV0.1、DV0.5和DV0.9都变小,同时ΦVol＜100μm变大,雾滴谱宽S变化不大;相同压力下,增大风速导致DV0.1和DV0.5变大,DV0.9变化较小,同时ΦVol＜100μm变小,雾滴谱宽S减小。雾滴沉积分布试验结果表明,压力从0.2MPa增加至0.4MPa时,水平喷雾平面上,距离喷头2～3m处雾滴沉积量基本呈增加趋势,竖直喷雾平面上,距离地面0.1～0.2m处雾滴沉积量呈增加趋势;风速从1m/s增加至5m/s时,在水平喷雾平面以及竖直喷雾平面上,雾滴沉积量整体呈增加趋势;雾流角从-15°变化到15°时,在水平喷雾平面以及竖直喷雾平面上,雾滴沉积量明显加大;喷头倾角从0°变化到30°时,在水平喷雾平面以及竖直喷雾平面上,总体趋势是喷头倾角越大,沉积量越低,但差异不大;同时与参考喷雾相比较,采用3种计算方法得到的雾滴飘移减少百分比（DPRP）表明,喷雾压力、风速以及雾流角对雾滴飘移减少百分比影响较大,特别是侧风风速影响尤为显著。该研究可为田间喷雾作业参数的选择提供试验数据指导。     

农药喷雾液滴尺寸和速度测量方法

测量和控制喷雾液滴的粒径和速度对于农业施药过程的优化和提高药液沉积率具有重要的作用。为此,概述了目前国内外已有的雾滴粒径和速度的测量方法,并从测量系统组成、测量原理和测量方法等方面,着重介绍了既可测量雾滴粒径、又可测量雾滴速度的、高测量精度的三维多普勒激光粒子动态分析仪(Phase-Doppler Particle Dynamic Analyzer,PDA)和粒子/雾滴图像分析仪(Particle/Droplet Image Analysis,PDIA)。     

气流作业下雾滴粒径稻株间分布特性与风洞模拟试验

为探究气流涡旋作业方式对航空喷施雾滴粒径分布的影响,以XR-Teejet 110015型压力式扇形航空喷头为研究对象,在风洞和田间环境中进行了雾滴粒径测试试验。风洞测试模拟田间环境风速设置气流速度,同时设置了3种喷施压力,使用激光粒度分析仪测量雾滴粒径。田间试验以四旋翼无人机为施药载体,对杂交水稻进行精准对靶喷施,并对各架次无人机旋翼气流与冠层互作程度不同所形成的涡旋形态对应的雾滴粒径分布特性进行了分析。结果表明:风洞条件下,各测试喷头均处于非常细的雾化等级,雾化性能良好且稳定;田间试验中,涡旋形态对雾滴粒径分布影响显著; 3种涡旋形态下,小于200μm的雾滴粒径综合平均占比分别为73. 52%、74. 21%和84. 20%,与风洞测试结果较为一致,但田间试验所得雾滴粒径值明显偏高;明显的涡旋形态与小范围涡旋形态雾滴粒径在作物各层位分布趋势较为平缓,各层雾滴体积中径变异系数均处于3. 96%～10. 66%之间,无涡旋形态各层雾滴粒径分布则体现较大的波动性,变异系数也较高,处于9. 49%～17. 11%之间,说明较为明显的涡旋形态有助于雾滴在作物冠层垂直空间的穿透,达到更好的施药效果。研究结果可为农用无人机田间精准喷施作业提供参考。     

螺旋型喷嘴雾化及流量特性实验

分析了几种常用的表征液滴尺寸的参数以及喷嘴的流量及雾化特性,用因次分析的方法建立并回归了TF型喷嘴的雾化准则关系式。通过实验研究了TF6喷嘴的几种雾化液滴直径随喷雾压力变化的规律,建立了TF6喷嘴的流量与喷雾压力之间的关联式。实验表明,随着喷雾压力的升高,喷嘴的流量增大,雾滴的各种直径均降低,但喷雾压力对雾滴直径的影响是有限度的。     

气泡雾化喷嘴气体溢出过程声波信号的时频特征研究

通过自建的气泡雾化喷嘴射流可视化实验平台对射流中气体溢出过程进行了声波信号采集和图像观测。采用自适应最优核(AOK)与希尔伯特-黄变换(HHT)边际谱两种时频分析方法对采集到的声波时频信号进行了处理和分析。结果表明:气泡溢出喷嘴时会导致声波信号AOK时频谱幅值的增加;时频谱幅值随时间的变化可以反映喷孔处气体溢出量的实时变动;声波信号的HHT边际谱能量主要集中在一定频率范围内,且在频率轴上的分布与气液两相压力、气液混合状态等因素有关;边际谱能量关于某一中心频率呈近似对称分布,且该中心频率与气泡压力相关,而与气泡大小关系不大;声波信号的时频分析结果能很好地捕捉到气泡雾化喷嘴射流时气相在溢出过程中的变化。声波信号时频分析方法可作为气泡雾化喷嘴射流研究的一个有效途径。