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。     

两种小流量喷头的粒径谱和速度场测量试验

针对两种小流量喷头,进行离喷头不同高度、不同压力的粒径谱测量,分析粒径谱随高度、压力变化情况;比较清水和乳油混合液的粒径谱,分析农药剂型对粒径谱的影响;进行清水和乳油喷雾时喷头出口处的雾滴速度场测量,分析农药剂型、喷头类型,压力等对喷头喷雾特性的影响.试验结果表明,压力、剂型对不同喷头的喷雾效果影响不同.总体上,喷雾压力越大,雾滴体积中径越小;相同压力下,扇形雾喷头在乳油喷雾时的粒径大于清水喷雾,而空心锥形雾喷头在乳油喷雾时粒径谱发生变化,产生细小雾滴分布.在乳油和清水喷雾时,扇形雾喷头的雾滴速度随压力增大而增大;在清水喷雾时,空心锥形雾喷头在压力增大时粒径减小,雾滴平均速度变化不大;在乳油喷雾时,空心锥形雾喷头由于产生细小雾滴,雾滴平均速度减少.     

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。     

雾滴飘移预测试验研究

为了提高农药的使用效率和雾滴飘移预测的准确率,针对多因素对飘移距离和飘移量的影响进行比较分析,明确了包括4种喷头、低速风洞系统和喷雾系统的试验设计。首先,采用CFD数值模拟技术开展雾滴飘移规律的研究,且初步了解气流速度、喷头高度及雾滴粒径对于雾滴飘移规律的影响;然后,利用水敏纸的采样方法、iDas Pro的数据分析方法及试验区域雾滴飘移量占比计算方法进行分析计算。在试验方案中记录了试验条件,对喷头粒径进行了标定,且合理布置水敏纸,根据正交表的试验方案进行了基于风洞的雾滴飘移试验,分别得到不同气流速度、喷头高度、雾滴粒径的情况下,距离地面高度不同时的雾滴飘移量占喷施总量的百分比,以及沿着顺风方向和喷头之间的距离不同时的雾滴飘移量占喷施总量的百分比。通过逐步回归分析建立了包含气流速度、喷头高度、雾滴粒径在内的基于风洞的雾滴飘移距离的多元线性回归模型和雾滴飘移量的多元线性回归模型。模型具有良好的拟合性能和可行性,可为雾滴飘移的预测及分析提供依据。     

风洞条件下雾滴飘移模型与其影响因素分析

航空喷雾作业受侧风的影响容易产生雾滴的随风飘失,影响喷雾效果。对影响雾滴飘移行为的相关因素进行了分析,运用在三维坐标系中建立的雾滴运动方程,获得了雾滴在侧风作用下的飘移预测模型,通过计算可以预测雾滴在侧风作用下的飘移距离。利用风洞通过雾滴浓度测试方法进行了不同气流条件和喷雾条件下的雾滴飘移规律的试验研究,并通过线性回归模拟法计算获得雾滴在风洞试验条件下的实际飘移距离。试验结果显示,随着气流速度增大,雾滴飘移距离明显增加,小于200μm的雾滴在侧风作用下更容易发生飘移;对于雾滴粒径在250μm以上大雾滴虽然也会沿风洞下风方向发生飘移,但其垂直方向的动能也比较大,因而飘移距离比较短。通过分析比较了试验计算的雾滴飘移距离与运动模型得到的雾滴飘移距离预测值,雾滴飘移随雾滴粒径和气流大小的变化规律的结果比较吻合,雾滴运动模型作为雾滴飘移行为的显性表达式是可行的。     

植保无人机喷洒作业雾滴飘移的质点运动学分析

为了研究雾滴飘移对植保无人机喷洒作业质量的影响,基于多相流理论和质点运动学方法,对植保无人机喷洒的雾滴其受力和运动轨迹进行了理论分析与数学建模.在对近地面层和层流副层风速进行假设的基础上,即假设风速测量高度范围内的风速近似为线性函数分布,进行方程耦合迭代求解,分析了雾滴直径、飞行高度、飞行速度大小和航向、风速大小和风向、雾滴初始速度大小和方向对雾滴飘移的影响.进一步讨论了各因素之间耦合作用对雾滴飘移的影响,得到雾滴飘移浓度分布情况.结果表明:风速和风向对雾滴飘移距离影响较大;雾滴飘移距离和初始速度角度呈二次函数分布,在所给条件下经计算得出初始速度角在20°左右飘移距离最近;雾滴飘移主要集中分布在喷嘴周围,并且呈散射状分布.     

风幕式喷杆喷雾雾滴特性与飘移性能试验

为了描述风幕式喷杆喷雾雾滴特性与飘移性能之间的关系,运用激光粒度分析仪、粒子图像测速(PIV)和集雾试验测量装置对Lechler标准扇形喷头ST110-01在不同喷雾压力、风幕出风口风速和喷雾高度情况下的雾滴粒径、速度分布和飘移进行了试验,但飘移率逐渐变大;在400~600mm时,增大喷雾高度使雾滴粒径变大,雾滴的运动速度逐渐变小且飘移率变小;增大风幕出风口风速使雾滴粒径变小,此时喷雾高度对雾滴飘移率有着很大的影响。该研究可为正确设定喷雾系统运行参数等提供参考,对风幕式喷杆喷雾能够合理地喷施药液、减少雾滴的飘移和增大雾滴覆盖面积具有重要意义。     

风幕式喷杆喷雾雾滴粒径与速度分布试验

为了研究风幕出口风速和风幕出风口与喷口的水平距离对雾滴粒径和雾滴速度分布的影响,运用PDPA测试系统对不同条件下的风幕式喷杆喷雾气液两相流场进行了测试,对雾滴粒径、速度分布的测量结果进行了分析和讨论。结果表明:雾滴在气流场的作用下,随着风幕风速的逐步变大,雾滴的粒径变小且分布均匀,有效地增大了雾滴的沉积、减小了飘移。风幕出风口与喷口水平距离越近时,雾滴的穿透性能越好,向后飘移的趋势越弱。     

喷头雾化雾滴尺寸和速度的空间分布实验研究

雾滴尺寸及其运动速度直接影响药液的着靶效果和农药利用效率。为研究喷头雾化区域雾滴尺寸和雾滴速度空间分布，选取空气诱导扇形喷头IDK120-03、万能型平面扇形喷头LU120-03和防飘移扇形喷头AD120-03等3种典型喷头，利用相位多普勒粒子干涉仪测量了所选喷头在不同压力下的雾滴尺寸和雾滴速度，建模分析了喷头雾化后雾滴尺寸和雾滴速度空间分布规律。结果表明：在雾滴尺寸分布中，IDK120-03、LU120-03和AD120-03各喷头中心垂直方向上雾滴尺寸与垂直距离无明显关系，雾滴尺寸随喷雾压力增加而减小，呈线性关系，线性系数在-0.85～-0.54之间，相关程度均在0.96以上；水平方向上雾滴尺寸随水平距离增加而增大，对雾滴尺寸与水平距离二次多项式拟合，相关程度平均在0.90以上；垂直和水平方向上，IDK120-03喷头雾滴尺寸最大、LU120-03喷头最小。在雾滴速度分布中，各喷头中心垂直方向上雾滴速度随垂直距离增加而减小，呈线性关系，线性系数在-0.14～-0.01之间，相关程度均在0.99以上；水平方向上各喷头雾滴速度随水平距离增加而减小，对雾滴速度与水平距离二次多项式拟合，相...     

高架草莓摆动式小型施药机设计与试验

针对温室高架草莓的机械化施药需要,在对高架栽培环境、草莓植株特性和病虫害防治等调研的基础上,设计开发了高架草莓摆动式小型施药机。利用CFD仿真模拟技术对不同竖直施药角度和辅助风速进行雾滴群体沉积运动模拟仿真实验,结果表明:风速越大雾滴沉积距离越远,角度越大雾滴沉积距离越远,雾滴在空间内的运动轨迹可以看作是圆锥形雾柱;喷筒角度在10°～50°、风速为12m/s时,雾滴沉积密度最大,且纵向喷幅范围最广,喷幅范围为0.5～5.1m。进行了棚内实地喷雾试验,结果表明:雾滴沉积量随风速增大而增大,沿纵向方向呈"近大远小"的分布特点,沿横向方向呈周期性"波浪线"分布,在0.5m/s行进速度和15°/s喷筒摆动速度下,雾滴横向沉积均匀性和覆盖率最佳。     

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。     

基于PWM的远程控制新型变量喷雾系统设计

针对目前地面植保喷雾机械的局限性,开发了一种新型的变量喷雾系统。该系统在保持电动离心喷头压力和流量不变的前提下,采用离心雾化方式,雾化盘由三相无感无刷直流电机带动,利用ARM控制器输出频率固定占空比不同PWM信号作为无刷直流电机电子调速器的油门转速信号,改变雾化盘的转速,从而改变雾滴的粒径大小及覆盖率等参数。该系统采用了一个功率较大的无线收发模块SI4432,最大距离达到2km范围(这也是和其他远程喷雾系统相比根本的优势),用单片机和上位机远程实时地控制雾化盘的转速,同时在上位机和液晶屏幕上显示占空比。最后,利用设计的变量喷雾平台,在喷头压力为0.5MPa、流量为2L/min、雾化盘直径为5 8 mm的条件下,获得了离心雾化喷头在不同的占空比对应的雾滴中值直径和覆盖率大小,通过上位机就可以实现电动离心喷头转速的较大范围的调整,可以在不同喷雾环境下针对不同的农作物使用这套系统。     

施药技术参数对旋翼植保无人机喷雾特性的影响

植保无人机的高质量作业是农业航空实现精准作业的前提,因此对喷雾系统作业特性进行研究显得尤为重要。为了探究影响植保无人机喷雾质量的因素,本研究应用喷雾性能综合试验台（吉林省农业机械研究院研制）对无人机在不同旋翼转速、喷雾高度、离心喷头转速情况下的雾滴沉积分布、雾滴粒径进行了试验测试并对12组试验的沉积特性和粒径数据进行了回归分析。结果表明,同组参数的3次重复试验一致性较好,雾滴发生明显飘移且最大有效沉积率为46.31%,最小为31.74%,由此雾滴有效沉积率均低于50%;对比雾滴粒径D_V10、D_V50和D_V90的回归分析结果,喷雾高度P值大于0.5,喷头转速和旋翼转速P值小于0.5,由此可知,喷雾高度对沉积量影响极显著,但对雾滴粒径的影响不显著;喷头转速和旋翼转速对雾滴粒径影响极显著,而对沉积量影响不显著。本研究试验结果可为提高无人机作业质量和喷洒效率提供理论依据及数据支撑。     

基于弹道轨迹方程的折射式喷头水量分布计算模型

针对折射式喷头水量分布模拟研究较少的问题,通过高速摄像技术测得了不同工作压力和喷嘴型号下水滴射流速度和射流弧度,构建了折射式喷头水束射流速度及弧度的指数模型,在此基础上基于弹道轨迹方程和水滴蒸发模型,采用Eclipse作为开发工具编写出折射式喷头水量分布的计算程序。该软件能够在已知喷头工作参数及环境条件下,模拟出水滴粒径分布、水量分布、能量分布等指标。采用软件计算出不同工况下Nelson D3000型喷头喷洒水力特性,并依据模拟出的单喷头水量分布数据,以24 m平移式喷灌机为例进行多喷头组合叠加,与实测值进行对比,结果表明:基于3种模型下开发出的单喷头水量分布计算软件模拟出的水滴粒径分布及单喷头水量分布与实测值变化的规律相符,模拟准确度较高。不同间距下多喷头组合叠加时,喷灌均匀度相对误差在0.04%~14.77%,变化规律的差异性较小。该软件能够为移动式喷灌机优化设计提供技术支持。     

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。     

液体物性对静电喷雾雾化性能的试验研究

为研究液体物理属性对静电喷雾雾化性能的影响,文中使用流量阀和高压设备分别控制溶液流量和环形电极所施加的充电电压,在相同荷电条件下,使用不同的液体进行射流荷电喷雾试验,通过PDA测量系统对比分析了充电电压和液体物性对雾滴粒径分布的影响规律.结果表明:在一定的电压范围内,随着电压升高,喷嘴周围的电场强度增加,液体感应所带电量升高,大液滴被雾化为更加细小的带电雾滴.溶液的电导率是影响雾滴尺寸的重要因素,电导率越大,液体受到的电场力也就越大,所形成的带电雾滴尺寸就越小,但当溶液的电导率较小时,荷电电压对雾滴粒径分布起着主要作用.溶液的黏度和表面张力对液体雾化具有抑制作用,同一荷电条件下,随着表面张力和黏度的降低,雾滴粒径也随之减小.     

基于ANSYS雾化喷嘴流场分析及参数优化

喷嘴是喷雾作业的终端件,也是核心部件之一。喷嘴的锥形面处是流场速度和压力变化的关键部位,喷嘴入口对喷嘴出口流量和速度有很大影响。为此,运用ANSYS软件模拟了液力式雾化喷嘴的内部流场和喷嘴外部雾化场雾滴分布和速度分布情况,对比分析了不同结构参数对喷嘴流场的影响,为喷嘴结构参数的合理选择提供了一定的参考。     

基于PDPA的双流体撞击式喷嘴雾化特性研究

使用自主搭建的一套基于相位多普勒粒子分析仪(PDPA)的开放式雾化试验台,开展了不同工况下双流体雾化流场的测试试验,研究了气体流量和水流量对雾化特性(包括喷雾锥角、有效射程以及雾滴粒径、速度、个数的分布)的影响。结果表明:随着气体流量的增大以及水流量的减小,喷雾锥角呈增大趋势,雾滴的索特平均直径(SMD)、速度以及个数均呈减小趋势,而有效射程随着气体流量以及水流量的增大而增大;随着轴向距离的增大,雾滴的SMD、速度以及个数均呈现增大的分布规律;随着径向距离的增大,雾滴的SMD呈增大的分布规律,而雾滴速度以及个数呈现先增大后减小的分布规律。气体流量和水流量对喷嘴出口与振动头之间区域的湍流程度、对冲现象有明显影响,进而显著影响雾化特性。当气体流量为0.8 m3/h、水流量为35 L/h时,与优化前(气体流量为0.95 m3/h、水流量为40 L/h)相比,SMD减小了21.50%,有效射程、雾滴速度、雾滴个数分别增加了10.26%、39.08%、61.54%,喷嘴雾化能耗降低的同时综合雾化效果得到了提升。