施药喷嘴的喷洒性能研究现状及展望

使用植保机械进行化学农药的喷洒是防治作物病虫害最有效的手段之一,施药喷嘴作为植保机械的关键部件,对作业效果起着决定性作用。随着目前植保机械的迅速发展,施药喷嘴的种类和型号不断增加,作业时喷嘴的选型也变得越来越困难,因使用喷嘴不当造成的雾滴飘失距离远、沉积结构差等问题常有发生,使得研究施药喷嘴的喷洒性能变得十分必要,从而为田间作业施药喷嘴的选用提供理论指导和数据支撑。目前施药喷嘴主要分为液力雾化喷嘴和离心雾化喷嘴,简要介绍这两种喷嘴的分类和特点,总结国内外学者对其喷洒性能的研究进展,包括雾化性能和沉积飘移特性,并对比分析飘移潜在指数的常用计算方法。最后,针对我国专业施药喷嘴选型系统尚未建立的情况提出相关建议,分析目前施药喷嘴的喷洒性能研究仍有试验台的搭建不完善、喷洒介质的使用存在局限性等不足,并指出进一步研究施药喷嘴喷洒性能的发展趋势。     

低压喷头喷嘴优化设计及内部流场数值模拟

针对目前喷头在低压工况下喷洒均匀性较差、射程变短等问题,依据面积相同原则设计多种形状的异形喷嘴,运用ANASY软件对其内流场进行三维仿真模拟,模拟结果表明:倒U形喷嘴出口断面的速度分布高速区域所占面积最大,整个出口的速度一致性较好,有利于提高喷头射程,改善喷灌均匀性.并通过测量低压喷头的性能参数,包括射程、水量分布和末端水滴直径,来验证数值模拟的准确性.试验结果表明:倒U形喷嘴的射程约为圆形喷嘴的1.110倍,稍低于数值模拟的计算结果,基本在2%左右;工作压力为300 kPa时,喷头的末端水滴直径以倒U形喷嘴最小为4.21 mm,说明倒U形喷嘴的雾化性能最好;倒U形喷嘴的水量分布近似呈三角形,其组合均匀性系数均在82 %以上,圆形和圆角矩形喷嘴的水量随喷头距离的变大先增大后减小,均低于倒U形喷嘴的组合均匀性系数.数值模拟和试验结果表明,倒U形喷嘴的水力性能优于其他3种喷嘴,在提高喷灌均匀性的基础上,还增大了射程.     

检验喷油嘴时清脆响声的产生与雾化的机理研究

对两种不同密封座直径的喷油嘴在手压式喷油器校验器上进行了对比试验，分析了喷油嘴检验时发出清脆响声的机理，以及响声清脆的喷油嘴其雾化看起来也较好的原因；同时在喷油泵工作转速为1000r/min时用内燃机激光全息照相系统测取了两种喷油嘴的喷雾特性，指出依据喷油嘴检验时发出的响声是否清脆及雾化好坏来评判喷油嘴的优劣是不合适的。     

渐开线雾化螺旋喷嘴的喷射型面几何模型

提出了一种具有渐开线雾化面的新型螺旋喷嘴。采用内外双圆锥的空心螺旋喷射型面,使设计的喷嘴体应力分布更均匀,克服了传统螺旋喷嘴的雾化面具有部分重叠过渡面的缺点。根据雾化平面的要求,对渐开线的首尾进行了优化处理。对螺旋角进行渐变设计,采用动坐标系向定坐标系映射的方法推导了喷射型面的空间几何模型,使用Matlab对设计的型面进行了仿真。结果验证了所提出几何模型的有效性,为螺旋喷嘴的设计和制造提供了理论依据。     

静电雾化喷头喷针布局方式的分析与优化

静电雾化喷头中喷针排布方式的设计与优化对提高农药雾化效率有着至关重要的作用,以此为目标文中对特定参数的静电雾化喷头提出了3种喷针布局方式,建立多针喷嘴为平板电极电场求解模型,以Ansoft Maxwell电磁场分析软件为工具,获得了3种静电雾化喷头周围平面电场强度分布云图以及特殊路径电场的分布曲线,针对电场分布更优的排布方式进一步对喷针的排布密度进行了仿真,并对6种喷针布局的喷头进行了水溶性溶液的静电喷雾试验.结果表明:在其他条件不变的情况下,与正方形阵列、六边形阵列相比,选择圆周阵列且采用更小的分布半径能够产生更好的液滴粒径分布,考虑到实际应用,过于紧密的排布会产生的过小针距,这将容易使针尖周围的空气击穿从而影响雾化过程,故采用半径为6 mm的圆周阵列方式最为合适,该试验结果与模拟计算结果基本一致.     

生物柴油/正戊醇混合燃油喷嘴内流动特性模拟

为探究混合燃油理化性质差异对柴油机喷嘴内流动特性的影响,以4种不同掺混比的生物柴油/正戊醇为研究对象,采用混合多相流模型,对柴油机喷嘴内的流动情况进行数值模拟分析。结果表明:4种燃油的压力、速度和空化分布特性基本一致;随着正戊醇掺混比例的增加,混合燃油速度和气相体积分数大小在喷孔同一截面处均表现为增加趋势,向生物柴油中掺混一定比例的正戊醇,可以显著降低生物柴油的密度、黏度和表面张力,提高燃油在喷孔内的流动性、促进燃油的空化生成,提升燃油的雾化效果。      

农药静电喷雾及雾滴沉降分布研究方法和评析

静电喷雾技术是农业病虫害防治的一种新兴技术,在国内也引起人们越来越多的关注.静电喷雾技术的关键就是使喷出的雾滴带电,研究内容主要包括液体的雾化、雾滴的运动和沉降3部分.液体静电雾化技术是液体在风送式、液力式或离心式3种雾化方式的基础上,使雾滴带电后进一步雾化.雾滴的运动要影响到雾滴的扩散,不同的喷雾环境(如电场、风速、温度和湿度)都会影响其沉降状态和分布的均匀性.雾滴沉降分布的好坏会直接影响到静电喷雾技术的应用领域和前景.     

农药变量喷施技术的研究现状及发展趋势

农药精确变量喷施技术是智能化植保机械的重要研究内容,一直是精细农业领域的研究热点,它牵涉到农药有效利用率、农产品安全、环境污染和操作者的人身安全等众多问题.如何按照农艺要求快速准确地进行喷施作业,并使其具有良好的雾化特性和均匀性是变量喷施技术的关键.农药变量喷施过程主要包括喷施决策的生成和喷施决策的执行两个阶段.为此,分类阐述了其国内外研究现状和实现方法,并对其现存问题和发展趋势进行了讨论.     

运水烟罩内折射式喷头性能参数分析及试验

为了降低油烟对环境的污染,研究了运水烟罩内固定喷头的喷射雾化特性对运水烟罩油烟净化效果的影响.对弧面扇形折射式喷头和折射锥角分别为115°,120°,135°,140°和150°的直面扇形折射式喷头进行试验研究,测量了这6个不同型号的折射式喷头在5种不同工作压力下的流速、射程、喷洒面积、粒径大小以及水量分布等参数的变化情况,分析了雾化性能,探寻各参数之间的关系及变化规律.结果表明：流速、射程、喷洒面积均与工作压力成正比;雨滴粒径大小与工作压力成反比;喷头的最佳工作压力为0.30 MPa;直面折射式喷头比弧面折射式喷头油烟净化效果好;120°折射直面扇形喷头水量分布最均匀,雾化效果最好,喷洒面积最大.     

航空专用离心喷头雾化性能试验与影响因子研究

针对航空施药模式下喷头喷雾参数与雾化参数关系不明确的问题,本文结合喷雾性能测试与建立代理数学模型,讨论了CN1215型航空专用离心喷头主要工作参数对雾滴体积中径(Dv50)、喷幅的影响规律。标定了离心喷头喷雾参数对应的供液系统工作参数,在室内无风环境下测试了不同喷头流量(100～350 m L/min)、喷头转速(8 000～10 000 r/min)下的雾滴中径及喷幅。以喷头喷雾参数(喷头流量、喷头转速)作为试验因素,以航空离心喷头雾化后雾滴体积中径Dv50、对应喷幅为响应因数,分别采用四阶响应面法(Response surface method,RSM)、克里金法(Kriging)、椭球基神经网络(Ellipsoidal basis function neural network,EBFNN) 3种数学方法逼近试验因素与响应因数之间的关系,建立了喷头雾化参数(Dv50、对应喷幅)与喷头喷雾参数(喷头流量、喷头转速)之间的代理数学模型,3种代理模型对Dv50的决定系数R~2分别为:0. 705、0. 718、0. 925,3种代理模型关于Dv50对应喷幅的决定系数R~2分别为:0. 819、0. 890、0. 930。基于EBFNN隐式代理数学模型建立了两个雾化参数的响应面,实现了喷雾参数影响下的雾滴Dv50、喷幅的快速预测。     

飘移控制喷雾施药技术研究进展

农药雾滴飘移是造成药液流失、环境污染、病害防治效果低的重要原因。非目标的雾滴飘失导致了水土污染,人畜中毒,环境恶化等大量问题。为了增强作物种植中施药喷雾对病虫害的防治效果,提高化学农药的使用效率,节省农民的种植成本,减轻农药对环境的污染和人员的伤害,针对喷雾过程中现存的大量问题,结合了目前国内农药的使用现状及相关飘移控制技术的发展,通过对辅助式喷雾、低量低压喷雾、变量喷雾、静电喷雾、抗飘移喷头和农药改善配方的使用等几个方面综述了目前防飘移技术的研究进展,并对其进行综合,提出了一种可行的缓解农药污染的防飘移方案。     

CFD技术在果树风送喷雾中的应用与前景分析

为了分析计算流体动力学(CFD)模型在果园风送式喷雾技术中的应用现状,探究了CFD技术在风机结构优化(包括叶片数、倒流结构、叶片受力、叶片安装角和风筒结构等)与性能预测(效率、噪声)方面的广泛应用,验证了k-ε标准模型的应用成熟性;此外,CFD技术在喷雾微观特性研究的应用验证了拉格朗日法研究气相与离散相相互作用的有效性,但目前研究还不能提供一次雾化机理的相关信息;在果树冠层内流场及药液沉积方面,验证了k-ε标准模型的适应性,但果树冠层对气流的湍流动能耗散研究不细致,而且缺乏雾滴在冠层中的沉积模型研究.文中展望了今后在风机结构优化与性能预测、雾化机理及果树冠层对喷雾气流的影响等方面的发展前景,提出与果树冠层特征相匹配的喷雾量与风速是未来的研究热点.     

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。     

喷射参数对扇形喷嘴雾化特性的影响

针对扇形喷嘴雾化特性问题,在Ansys Fluent中基于Taylor Analogy Breakup(TAB)破碎模型,采用Eulerian-Lagrangian连续相与离散相耦合算法,实现了扇形喷嘴的液滴破碎、雾化形成及气液两相流场的非定常数值模拟,完成了喷射压力与喷雾高度2个参数对扇形喷嘴液滴速度、液滴直径、离散相模型(DPM)质量浓度、液滴通量(N)等雾化特性参数的影响研究,通过激光粒度仪在试验台上得到了液滴索特平均直径(D_SM),并与模拟结果进行了对比.研究结果表明:随着喷射压力的升高,液滴的速度越大,液滴在计算域内平均停留时间越短,在计算域停留的液滴数越少;液滴的索特平均直径(D_SM)、液滴体积中值直径(D_VM)、数量中值直径(D_NM)随着喷射压力的升高越来越小,喷射压力为0.3 MPa后液滴D_SM减小的趋势变大,这有利于改善实际作业中的雾化质量,当然在有风状态下也会加大雾滴飘逸的风险.喷雾高度对液滴D_SM影响不大.不同喷射压力下DPM质量浓度以及喷雾的覆盖面积不受喷射压力的影响,由于N的变化与液滴D_SM呈三次方,与覆盖面积A呈反比关系,液滴的数量通量随着喷射压力的变大而逐渐变大.DPM的质量浓度随着喷雾高度的升高而逐渐降低,喷雾的覆盖面积随着喷雾高度的升高而逐渐变大.由于液滴的D_SM随喷雾高度的变化可忽略不计,因此液滴数量通量随着喷雾高度的增加而逐渐变小.不同喷射压力下和不同喷雾高度下试验和模拟计算所得到的D_SM变化趋势一致,整个过程的误差不超过10%.     

压力涡流喷嘴雾化特性模拟的双相流模型分析

与直射式压力喷嘴模拟计算相比,燃油在喷嘴出口断面处的速度方向成为模拟压力涡流喷嘴喷雾特性时需要特别考虑的问题。对现有的双相流计算模型进行了分析,分析结果表明:广泛用于压力喷嘴模拟计算的欧拉-拉格朗日法,并不适于压力涡流喷嘴出口区附近的喷雾模拟计算。喷嘴出口处采用VOF模型,在适当的下游处再采用欧拉-拉格朗日模型计算压力涡流喷嘴的喷雾特性是一个相对合理的选择。采用这种方法需要特别考虑的问题是:两种模型如何衔接。     

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。     

不同燃料的喷嘴内流动与喷雾形态可视化试验

采用高速可控闪光摄影技术搭建了喷油器喷孔内流动及近场喷雾可视化试验装置,针对柴油、汽油、乙醇柴油、生物柴油4种燃料,对实际尺寸的透明喷油器喷孔内的流动及近场喷雾进行了对比试验研究。试验研究结果表明:所有试验燃料喷孔内均呈现空穴流动,低运动粘度、高饱和蒸气压的燃料空穴生成时刻更早、空穴强度更强;喷孔空穴强度较大的燃料具有更大的近场喷雾锥角;喷射结束后喷孔内会产生气体倒流现象并形成初始气泡,初始气泡体积随燃料表面张力的减小而增大。同时发现,针阀运动会对压力室和喷孔内的流动产生极大的扰动并影响其流动形态。     

Spray Drift from Hydraulic Spray Nozzles: the Use of a Computer Simulation Model to Examine Factors Influencing Drift

The effects on spray drift of nozzle size, angle and operating pressures for boom-mounted hydraulic nozzles operating over a range of meteorological and crop conditions, was investigated using computer simulation. The results showed that the measurements of droplet size, particularly the percentages of spray volume in droplets less than 100 μm in diameter, critically influenced spray drift. Measurements made with an optical imaging system gave data which showed insensitivity to some of the parameters studied, in particular, nozzle size. Results using measurements from this instrument indicated greater spray drift from 80° nozzles mounted at 0·5 m above the crop than from 110° nozzles operating over a comparable range of flowrates and positioned 0·35 m above the crop, despite the coarser spray quality produced by the nozzle with the smaller fan angle. Further simulations were carried out using data from a Phase Doppler analyser in which better resolution of size was possible at droplet diameters <100 μm. Using this data, the model indicated an increase in the mass flux of down-wind airborne spray in conditions that encouraged evaporation; this effect was probably over-estimated because of the assumed constant local air moisture content.Spray drift was shown to increase approximately linearly with wind speed; the rate of increase for a given spray sheet angle and operating pressure was a function of nozzle size. The simulation was also used to demonstrate that a measurement of wind speed made at a height of 2 m above a tall crop signifies a greater drift hazard than the same wind speed measured over a short crop at the same height above the ground.     

两级升压多点喷射玉米浆料烘干送料喷头的设计

针对现有送料喷头存在易堵塞,雾化效果差等技术缺陷,通过科学的研究方法及技术路线,设计了两级升压多点喷射玉米浆料烘干送料喷头.工作时,玉米浆料由叶片推进装置加速输送至喷头,在喷头内两次升压再次雾化后,将浆料分别从主喷射孔和副喷射孔高压、高速、高雾化质量的喷出,与目前常用喷头比较,具有出粉率高、出粉含水率低、所需烘干温度低...     

喷雾技术参数对雾滴飘移特性的影响

为了研究不同技术参数对雾滴漂移特性的影响,在可控风洞环境条件下测试了不同型号喷头在不同喷雾技术参数下的抗飘失能力,结果表明:喷头型号变小、喷雾压力和风速增大都增加了飘失对于喷雾高度变化的敏感程度,Lu喷头的敏感程度大于ID喷头;改变喷雾方向角对雾滴飘失的影响相对于风速、喷头型号并不显著.