射流混药装置变工况流场特性试验与数值分析

为了解射流混药器在变工况条件下的流场特性,采用CFD数值分析和试验方法对其射流流场进行了分析。研究结果显示数值模型可以较准确地预测混药比随出口静压的变化,混药比随出口静压的增大而线性降低。通过分析变工况条件下的装置内流场可知,沿路径a-d-e方向的静压最低点位于靠近点d前端的混药室流域,流体静压在喷嘴内部迅速降低,在混药管内则呈上升趋势。在喷嘴射流影响下,靠近射流核心区的路径c-d段出现了局部旋涡。根据无量纲性能曲线分析结果可知,混药装置的压力比与混药比之间呈线性递减的关系,数值分析结果显示压力比预测误差最大值为6%,当扩散管出口静压大于0.45 MPa时,装置内出现药液回流现象,并失去在线混合的功能。     

射流混药装置面积比对混药均匀性的影响

以探索农药和水混合后混药均匀性表征的数值计算途径为目标,确定了射流混药装置混药质量分数分布场数值模拟方案,采用CFD软件Fluent对射流混药装置混药质量分数分布场进行了数值计算.引入离析度概念来定量评价射流混药装置中农药和水的混合均匀程度,离析度降为0.05视为药水混合均匀.当面积比m ∈[2.56,4.00]时,随...     

母液比重对射流式混药器吸入性能影响的试验研究

喷药浓度和单位面积喷药量是植保工作的两个非常重要的指标.本文根据射流式混药器在实际作业时必须满足不同农药母液的要求,以不同浓度的盐水模拟不同比重的农药母液,对混药器进行了吸入性能试验.试验在两种不同管径、4种不同工作压力条件下进行,测定混药器吸入不同比重母液时的吸入流量,得出了母液比重与混药器吸入流量的关系曲线,为射流式混药器的合理使用提供了参考.     

基于模型与CFD辅助的射流式混药器设计

射流式混药器结构简单,是实现药水分离的最简单有效的关键部件之一。针对混药器内部流体流动过程的复杂性,目前没有通用的理论模型来指导设计计算,没有直观的试验方法观察内部流动的问题。从非弹性介质的动量定理出发,推导出射流式混药器的特性方程,建立面积比、喷嘴与混合室距离的理论计算模型。采用多相流Mixture模型中的Zwart-Gerber-Belamri空化模型法,模拟分析混药器内部的相变过程。研究结果显示理论模型法、仿真法与试验方法的拟合优度大于0.98,证明研究方法的有效性。射流式混药器在低压力比下会发生空化现象,空化产生的气体使引射流量保持稳定,该特性能够满足稳定的混药比要求。设计面积比为1.31的混药器,混药比为0.049 8,混药比变异系数为1.23%。引射流体与工作流体在距离喷嘴出口40 mm处,其速度场已趋于一致,即混药器的混药均匀性可以满足实际需求。该研究为射流式混药器研究与应用提供技术支撑。     

在线射流混药浓度控制系统

为了解决在线射流混药存在的混药比可调范围窄、控制精度低的问题,实现射流混药的精确、智能控制,以LabVIEW为开发环境,设计上位机人机交互界面,以TI公司控制芯片TMS320F2812为核心设计下位机系统,上位机与下位机之间通过串口通信实现数据的共享.上位机可实现数据的输入与数据的显示及存储,下位机负责射流混药器水流量与药流量的独立控制,通过电动机转速与水流量的标定试验拟合得两者函数关系,通过电控阀控制电压与药流量的标定试验拟合得两者函数关系.基于此控制系统,研究了在不同混药比状况下射流混药器进水量及进药量的控制精度.通过水流量控制跟踪性能、药液吸入量随水流量变化、药原液控制跟踪性能等试验表明,水流量控制相对误差在2%以内,药流量控制相对误差在3%以内;设置混药控制系统,可获得适合实用的混药比值,显著（数十倍）增加混药比调节宽度.     

喷杆喷雾机射流混药装置试验研究

根据喷杆喷雾机喷雾系统设计了射流混药装置,并对射流混药装置进行了在线混药试验研究。测量两种不同参数的射流混药装置应用于不同的喷雾系统的工作参数和工作状态,结果显示,射流混药装置与喷雾系统存在参数匹配。若匹配不当,射流混药装置出现回流无法实现在线混药。射流混药装置的结构参数与喷雾系统共同决定射流混药装置的工作状态,喷杆喷雾机射流混药装置的结构设计应考虑喷雾系统的流量特性。     

两级射流泵混药装置试验研究

设计了一种用于农药混合的两级射流泵混药装置，实现了在线自动混合，避免了农药对操作者的伤害，对环境的污染，降低了植保机械的生产成本，通过单级，两级射流泵混药装置喷雾工作性能测试，确定了两级射流泵混药装置的结构参数。     

混药器混合均匀性分析方法与在线混合变工况试验

直接注入式变量喷雾系统中药水混合均匀性是衡量系统性能的重要指标。为了评价混药器在线混合农药的能力,提出了混药器混合均匀性分析方法,并进行了旋动射流混合装置混合脂溶性农药的变工况(不同载流流量Q以及不同药水混合比P)在线混合试验。以基于像素的变异系数α和均匀性指数γ作为均匀性评价指标,对混药器的药水混合图像进行处理,定量分析混合均匀性。采用人工预混的方法,通过和无混药器混合图像及静置图像进行对比,验证了评价指标的准确性。变工况试验结果表明:旋动射流混药器混合脂溶性农药时,在混合比P一定的条件下,载流流量Q越大,则混合均匀性越高;不同P条件下,均在Q=2 400 mL/min(试验条件下最大载流流量)时混合均匀性达最高,Q过小,会造成混合均匀性明显下降;Q一定时,P越大,则混合均匀性越高,P较低时,需要有较高的Q才能取得良好的混合均匀性。综合分析知:2 000 mL/min≤Q≤2 400 mL/min时,可以完成不同混合比P下的药水均匀混合;800 mL/minQ2 000 mL/min时,可完成较高混合比P下的在线均匀混合;Q≤800 mL/min时,基本无法完成各种混合比P下的在线均匀混合。     

超大面积比射流泵性能模拟与试验研究

根据工程需求并借鉴传统射流泵的设计方法,设计了面积比分别为57.40和60.05的2种超大面积比射流泵.基于有限体积法,采用Realizable k-ε湍流模型和标准壁面函数法,对这两种面积比的射流泵进行三维数值模拟和结构优化,并得到其优化后的性能拟合方程.模拟结果显示,随着面积比在一定范围内增大,最高效率点右移,最优喉管长度增加.按照优化后的结构参数加工射流泵,将2种出口直径的喷嘴和3种直径的喉管进行组合得到6种面积比射流泵,然后在4种不同工作压力下进行水槽试验.试验结果表明：超大面积比射流泵内部流动同样存在自模性;现有汽蚀流量比的预测理论高估了超大面积比射流泵的汽蚀性能,因此需要对该预测理论进行修正;试验数据与数值模拟结果符合较好,验证了数值模拟的可靠性以及采用数值模拟进行结构优化的可行性.对超大面积比射流泵的研究,拓宽了射流泵的应用范围.     

脂溶性农药旋动射流混合机理与混药器流场数值模拟

以研究脂溶性农药和水的混合均匀性为目的,试验验证了传统射流混药器结构对脂溶性农药在线混合的局限,提出旋动射流混合机理以增加工作液和混合液的旋度,根据该机理设计的旋动射流混药器采用螺旋弯曲收缩管、起旋器和在扩散管中加入固定导叶等方式,增加工作液的卷吸能力、掺混作用。经过数值仿真,采用容积分数分布均匀性评判指标来判断混合效果,结果表明,喷嘴出口处面积加权平均均匀性指数γa为0.998 9,截面上药液容积分数最大值与最小值的差值很小,整个截面上的药液分布一致,旋动射流混药器结构设计能够保证出口位置处脂溶性农药与水的均匀混合。     

射流混药装置结构参数对混药性能影响的模拟分析

以射流混药装置结构优化为目标,采用CFD方法研究了混药装置的嘴管距、面积比和吸入口角度等主要参数对混药性能的影响.用混药装置流动性能的实测值对射流混药装置数值模拟方案进行对比表明,确定的射流混药装置数值模拟方案合理.对嘴管距、面积比和吸人口角度3个参数进行了数值模拟.结果表明:这3个参数均不改变h-q单调递减关系类型;嘴管距和吸入口角度的变化不改变η-q关系类型,但面积比会改变η-q曲线变化趋势.     

基于两级射流泵混药装置的喷雾机应用试验研究

使用两个单级射流泵的串联组合成两级射流泵后,可有效地提高传能效率、增加了压强比、降低了混合比,有利于喷雾机上的喷枪末端形成正常喷雾压力。通过对比试验,验证两级射流泵比单级射流泵的优势;改变两级射流泵的多个参数,研究其变化规律,为开发新型自动混药器提供依据。     

双齿轮式排肥器设计与试验

为了提高颗粒肥料的施肥均匀性,设计了双齿轮式排肥器。利用离散元软件对排肥过程进行仿真分析,以排肥轮压力角、排肥轮间隙为试验因素,以排肥均匀度变异系数为排肥效果评价指标,分析因素对指标的影响。单因素试验结果表明,排肥轮压力角在15°～25°,排肥轮间隙在4～6 mm,排肥效果较好;通过二次通用旋转组合试验,建立了两个因素与评价指标的回归方程,试验结果表明,随排肥轮压力角、排肥轮间隙的增大,排肥均匀度变异系数均呈现先增大、后减小的趋势,当排肥轮压力角为19. 52°、排肥轮间隙为4. 7 mm时,排肥器具有最优的排肥效果,此时理论计算和仿真试验的排肥均匀度变异系数分别为15. 30%和14. 58%,两者偏差为0. 72个百分点,说明回归模型准确。最优结构参数组合下双齿轮式排肥器的台架试验结果表明,排肥量可通过排肥轮转速线性调节,排肥均匀度变异系数为15. 42%,与仿真值及理论值基本一致;同等条件下外槽轮排肥器的排肥均匀度变异系数为20. 29%,试验排肥器排肥均匀度变异系数提高了31. 58%,排肥均匀性得到明显改善。     

气力集排式精量配混施肥装置设计与试验

为满足玉米生长中后期的追肥需求,本文设计一种气力集排式精量配混施肥装置。电机驱动叶片旋转进行混肥,将肥料分配器内部设计成锥形结构。基于流体动力学和离散元耦合法对分配器排肥口倾角、分配器上端波纹管的结构和布置方式进行研究;以排肥口倾角、输送气速和波纹管长度为试验因素,以各行排肥量变异系数为试验指标,进行三元二次回归正交组合设计试验。试验结果表明,当排肥口倾角45°、输送气速35m/s、波纹管长度568mm时,性能最优。混肥器进口采用中心布置方式,叶片数量为8。田间试验结果表明,该机施肥量误差小于2%,总施肥量稳定性变异系数为2%,施肥断条率低于2%,满足国家标准。     

水稻带式排种器的试验研究

介绍了水稻带式排种器的原理和结构，该排种器使用一条斜置的循环排种带，利用水稻的自身重力来定量分种，能播带芽的种子，具有结构简单、适应性好、播种精度高、不伤种等优点，分析了存在问题和解决方案，为进一步研究提供依据和参考。     

双吸离心泵蜗壳面积比对水力性能的影响研究

双吸离心泵具有流量大、扬程高的特点,被广泛应用于农业输水灌溉等工程。双吸泵的蜗壳和叶轮间具有动静干涉作用,两者之间的匹配形式会对水泵的水力性能产生影响。将CFD数值模拟和已有试验数据相结合,通过研究不同比转数的双吸离心泵蜗壳面积比对水力性能的影响,得出不同比转数下双吸离心泵最优蜗壳面积比规律。研究发现,当蜗壳面积比在原有基础上增加时,其最高效率点向大流量工况偏移,且扬程和效率有下降的趋势,设计工况附近的平均效率降低;当蜗壳面积比减小时,其在一定范围内扬程和效率均出现上升,最高效率点偏向于小流量工况,但是当降低到一定程度时,扬程和效率均会出现急剧的下降,最终通过总结各个比转数双吸泵的最优蜗壳面积比,得到随着比转数的增加,最优蜗壳面积比增加,高效区范围逐渐加宽这一规律。     

油菜直播机四头螺旋双行排肥器设计与试验

针对油菜直播机常用外槽轮排肥器排肥稳定性和均匀性不足及各行一致性低等问题,设计了一种四头螺旋双行排肥器。分析了肥料颗粒在螺旋排肥中的运动特性,确定了排肥螺旋螺距范围和临界转速,运用EDEM仿真分析得出排肥螺旋头数为四头和螺距为24mm时,排肥器具有最佳的排肥性能;开展了排肥螺旋转速对排肥器排肥性能影响和不同肥料适应性的台架试验,试验结果表明,排肥速率随排肥螺旋转速增大而增加,单行排肥速率为461.19~1328.57g/min,排肥均匀性变异系数随排肥螺旋转速增大而变小,在转速大于30r/min时,排肥均匀性变异系数小于6.5%,总排肥量稳定性变异系数和双行排肥量一致性变异系数均小于2.2%;同时研究表明一器双行四头螺旋排肥器能适应广泛应用的不同类型油菜直播常用复合肥,3种试验肥料排肥均匀性变异系数均满足施肥标准,总排肥量稳定性变异系数和双行排肥量一致性变异系数均低于3.3%。田间试验结果表明,理论施肥量为28.87kg时,一器双行螺旋排肥器实际施用量与理论施用量相对误差为2.33%,排肥均匀性变异系数为6.73%,双行排肥量一致性变异系数为1.98%。试验结果满足油菜直播生产施肥要求,可为油菜直播排肥器的结构改进和优化提供参考。     

分洪区口门流量淹没系数的研究

采用平面二维数学模型,计算分析了分洪区口门的堰流流量系数和淹没系数的变化过程。结果表明,在自由溢流时,分洪区口门的堰流流量系数和正向堰流的流量系数基本一致。在淹没溢流时,在淹没度为0.8～0.98范围内,分洪区口门堰流的淹没系数与普通水力学的正向堰流的淹没系数基本一致;对淹没度在0.98～1.0范围(正向堰流不存淹没度为0.98～1.0范围的堰流),通过数学模型的计算分析给出了淹没度在这个范围内的分洪区口门堰流的淹没系数。所得结果可以为分洪区口门的流量计算作参考。     

电磁振动排种器振动特性的理论分析

排种器是播种机械的核心,是决定播种机性能的主要因素。在设计排种器时,首先要对其进行振动特性分析,找出影响排种器排种性能的因素,并作为后续设计的理论依据。为此,介绍了电磁振动排种器的工作原理,并对其振动特性进行了理论分析,从而为电磁振动排种器的设计提供了理论依据。