全射流喷灌喷头射流元件的流场分析

全射流喷灌喷头射流元件对喷头工作性能有重要影响,其内部液气两相流动影响着射流元件的尺寸设计。采用流体体积函数两相流数学模型,对射流元件稳定附壁情况下二维及三维流场进行数值模拟,获得射流元件壁面压力分布规律、射流中线速度衰减规律、无因次附壁点距离和液气两相界面坐标位置。壁面静压试验数据与计算值对比具有一致性。在相同入口速度下,随着偏移率的增大,射流元件壁面压力极大值减小,附壁点下移。归纳出小偏移率情况下无因次附壁点距离与偏移率的经验关系式。该研究为射流元件的尺寸设计提供依据。     

扇形喷头结构和压力对微生物农药雾滴分布及活性的影响

扇形喷头是各种喷杆式喷雾机最常用的喷头类型。从减少微生物机体损伤、提高活性的角度,为筛选出扇形喷头中适合喷施微生物农药的喷头型号、喷施压力,该文以常用的延长范围扇形喷头XR11002、广角扇形喷头TT11002、气吸扇形喷头AI11003开展了生物农药活性损伤对比试验。利用喷头雾化测试系统测试不同喷雾样本的雾滴分布,以细菌芽孢萌发率及小菜蛾死亡率量化分析喷头结构、压力对细菌、病毒类生物农药活性损伤影响。研究结果表明：喷头型号、压力及喷雾介质对生物农药雾滴粒径分布的影响程度为喷头型号>压力>介质,其中介质对雾滴粒径分布无显著性影响;压力对细菌与病毒类生物农药活性损伤的影响区别明显,压力对细菌类活性损伤的影响呈显著负相关,对病毒类活性损伤无显著影响,主要跟细菌、病毒不同机体结构相关;喷头型号对细菌与病毒类生物农药活性损伤无显著影响,其中流向单一的XR系列扇形喷头对生物活性损伤影响要小于流向多重突变的TT系列和同时受外界气流混入干扰的AI系列扇形喷头。综合各因素,在利用扇形喷头喷施微生物农药时,从雾滴分布及活性角度,优先选用XR系列扇形喷头中的XR11001,喷施压力为0.15 MPa。在喷施病毒类农药时,可忽略喷头型号、压力对病毒活性损伤的影响。     

用大喷头脉宽调制间歇喷雾提高沉积率的试验研究

为了得到合适的雾滴细度,提高雾滴运动速度,从而提高农药喷施沉积率,该文提出一种基于脉冲宽度调制 （pulse width modulation, PWM）间歇喷雾的沉积率提高方法。试验设置3种流量控制方法（改变液压控制流量;PWM间歇喷雾控制流量以及结合脉宽调制、喷头尺寸和液压调节共同控制流量）,采用4组试验对雾滴粒径和速度的影响规律进行研究。研究结果表明,使大喷头在提高工作压力的情况下间歇喷雾,通过系统调节喷雾占空比、压力和喷头大小,可在流量得到控制的同时,产生合适的粒径谱,雾滴速度得到提高,从而改善雾滴沉积率。     

静电喷雾的多喷头雾化特性及田间试验

针对传统喷杆喷雾机作业时需水量大、叶片背面雾滴沉积量不足和雾滴分布不均匀等问题,该研究提出一种静电喷雾与喷杆喷雾相结合的施药技术。为探究静电喷杆喷雾机的最佳工作参数,明确不同参数对雾滴雾化效果的影响,利用Fluent软件建立了流场、离散雾场和空间电场耦合仿真模型。仿真试验结果表明,多喷头的空间电场分布均匀性优于单喷头,静电喷雾的雾滴体积中径比非静电喷雾减小12.7%。搭建静电喷雾试验平台,以喷雾水压、充电电压和喷头间距为试验因素,以雾滴的荷质比、粒径、分布均匀性和沉积量为试验指标进行雾滴的荷电特性和沉积特性试验。试验结果表明,多喷头喷雾的雾滴荷质比最大值为0.26 mC/kg,比单喷头喷雾提高52.9%,雾滴均匀性变异系数比非静电喷雾减小32.1%,体积中径减小14.8%,上、中、下层叶片正面的雾滴附着率分别提高27.1%、37.3%和45.2%;静电喷雾的最佳作业参数组合为充电电压6 kV、喷雾水压0.4 MPa和喷头间距250 mm。田间试验表明,静电喷头与常规喷头喷雾施药的病虫害防治效果基本一致,静电喷头的施药用水量减少了60%。在满足防控效果的前提下,静电喷雾能增加雾滴在植株下层和叶片背面的沉积量,有效减少田间作业的需水量,研究结果可为静电喷雾技术在大型喷杆喷雾机上的应用提供参考。     

基于粒子图像测速技术的液力偶合器漩涡流动特性研究

液力偶合器内部流动特性对能量的高效传递非常重要。深入研究液力偶合器内部流动机理和流场结构分布,对于优化液力偶合器腔型结构并进一步提高其工作性能具有重要意义。液力偶合器的内部流场是具有多种流动结构和多种物理效应并存的流场,存在多种复杂的流动现象,尤其在制动工况下液力偶合器涡轮内部流动是一种特殊的漩涡流动。为了研究制动工况下涡轮独立流道内漩涡流动的产生与运动,基于粒子图像测速技术（particle image velocimetry,PIV）采集涡轮径向切面流动图像。通过灰度化增强、阈值分割、边缘检测、锐化等图像处理技术识别涡轮内部大尺度漩涡流动,定性分析流场结构分布;采用连续帧图像互相关算法定量提取涡轮内部速度场和涡量场,研究涡轮内部小尺度漩涡流动;分析漩涡流动产生的原因及其对液力偶合器能量传递的影响;讨论不同尺度涡旋发展变化的过程,通过涡量场分布结果研究流体能量耗散。分析涡轮近壁面流动区域上的漩涡流动,证明壁面边界区域上的相对涡量将对能量耗散产生重要影响。通过PIV试验研究实现了涡轮内部漩涡流动可视化与流动参数定量化提取,PIV试验研究结果可为液力偶合器内部流动机理研究提供参考。     

二相流喷雾技术的研究

为了探索设施农业病虫害防治新的施药方法，该文对气液二相流喷雾作了雾化性能与药液物理特性相关性试验，得到了空气压强与气流量、喷雾量、雾滴直径、有效功率、吸液高度、喷口空气过流面积等诸参数之间相互关系，明确了药液粘性和表面张力对雾滴直径、喷雾量的影响程度，其结果为设计二相流喷头提供了依据。     

固体颗粒对扇形雾喷头的冲蚀磨损分析

由于冲蚀磨损对喷雾质量产生影响,造成喷头磨损失效。通过对扇形雾喷头球头处固体颗粒的运动状态、边界层上颗粒受力、运动速度和攻角的分析,解释了扇形雾喷头的冲蚀磨损机理。并建立了扇形雾喷头球头处材料流失体积与攻角的关系式。结果表明,在扇形雾喷头处,当固体颗粒冲击位置的轴向尺寸小于其轴向临界尺寸时,攻角随轴向尺寸的增加而增大;反之,攻角随轴向尺寸的增加而减小。分析发现,扇形雾喷头喷口处磨损程度随喷头内表面轴向尺寸的增加而增加。在扇形雾喷头喷口短轴处,轴向尺寸最大,固体颗粒的攻角最小,磨损最严重。并通过喷头冲蚀磨损试验,试验结果与理论分析一致。该文对分析喷头磨损规律,计算磨损率和磨损失效预测提供了基础依据。     

贾峪口猪舍喷雾系统管径确定

以发酵床猪舍作为载体,设计喷雾系统管路。搜集了猪舍尺寸结构、水源及当地气候等参数,进行喷雾喷头与管道布置,为避免喷嘴受管路锈蚀而堵塞,喷雾系统管路选用聚乙烯塑料材质;利用灌水均匀度要求及管道水头损失公式计算并确定了干管、支管以及毛管的经济管径,可为类似猪舍喷雾系统管道设计及运行管理提供一定参考。     

航空施药旋转液力雾化喷头性能试验

无人机航空喷雾将会在未来几年的植物病虫害防治作业中发挥重要作用。为实现无人机低空、低量、高功效的喷洒需求,该文针对兼备液力雾化和离心雾化优点的旋转液力雾化喷头进行了性能试验研究,利用喷头雾化性能测试系统对喷孔直径、喷雾压力、电机转速因素对喷头雾滴粒径、沉积分布、喷幅和功率消耗的影响进行了试验研究。结果显示,喷头旋转电机电压相比喷孔直径、喷雾压力参数对雾滴粒径影响更显著,随着电机电压增加,雾滴粒径变小,雾化效果好;电机电压对幅宽也有明显影响,随着电极电压增加,喷雾角度变大,幅宽明显增加,雾滴沉积量在喷幅范围内呈现正态分布。通过试验结果优选出适合无人机的旋转液力雾化喷头的最佳工作参数:电机电压为10 V,喷雾压力为0.35 MPa,喷嘴孔径是0.7 mm,该工作参数下,液泵功率消耗率最低,雾滴平均粒径为112.35μm,喷幅为3.88 m,电机功率消耗为8.6 W。该文的研究结果为开发适用于无人机的新型喷洒雾化装置,提高无人机作业质量和喷洒功效提供理论依据和技术支持。     

靶标周围流场对风送喷雾雾滴沉积影响的CFD模拟及验证

该文主要探讨在温室环境中用气流辅助方式喷施农药时,施药对象(靶标)周围的流场对雾滴飞行轨迹及雾滴附着行为产生的影响,以期为精准施药技术提供参考。该文基于CFD模拟,用离散相粒子跟踪法模拟流场中的雾滴运动轨迹,在此基础上探寻雾滴附着靶标的条件,并采用试验手段验证模拟结果的可靠性。研究表明,在靶标附近区域,对区域内的雾滴轨迹进行分析后,得出了雾滴在靶标上表面实现附着的时间条件,即雾滴从进口处运行到靶标边缘所需的时间必须比雾滴从进口处运行到靶标上表面等高位置所用时间长,雾滴才能实现附着;喷雾过程中靶标下方存在雾滴不能到达的遮挡区域,靶标对雾滴运动的遮挡长度与喷雾角度有关;气流速度与雾滴粒径是雾滴附着靶标的关键因素,在雾滴粒径为50μm,喷雾角度为60°的情况下,喷雾速度越高,流场中靶标上表面压力越大,喷雾雾滴的沉积率越低。     

PWM连续变量喷雾的雾滴速度和能量特性

作者研发了一种基于脉宽调制技术（PWM）的连续式变量喷雾装置,并针对平口扇形、中空锥形和实心锥形3种喷嘴研究了此装置的雾化特性。该文介绍了此种装置的喷雾动态特性,即雾滴速度、喷雾比能（SE）、和喷雾动能中值直径（KEMD）随喷雾流量变化的规律。研究中采用丹麦Dantec公司生产的相位多普勒粒子动态分析仪（PDA）、在喷嘴正下方50 cm处测量了雾滴粒径和速度。对测量结果进行统计分析,得到了雾滴速度、SE、KEMD和体积中值直径（VMD）随流量变化的规律。研究结论为：雾滴速度和喷雾比能都随喷雾流量的减小而减小,尤其当占空比小于75%,雾滴速度的减小很显著;KEMD随着流量减小而减小,且与VMD的变化率一致,表明KEMD与雾滴粒径相关。     

蒸发式冷凝器喷嘴喷淋性能的数值模拟及试验

为了研究蒸发式冷凝器喷嘴工作时性能变化情况,该文建立了喷嘴喷淋二维模型,利用计算流体力学计算软件对2种不同喷嘴出水口的喷淋效果进行了模拟,在测试平台上对喷嘴实际喷水效果进行了现场测试,并对其喷嘴结构和布置方式提出改进方案。试验及模拟结果显示:在满足蒸发式冷凝器最小喷淋量的前提下,喷嘴喷水出口处,由于流体运动轨迹发生变化,出口处动压存在不规则分布,喷嘴2局部动压明显高于喷嘴1,动压的不规则分布会直接影响出口处的速度分布情况。在2 m/s进水速度下,冷凝器内腔2种类型喷嘴喷水出口处动压分别为6 000和13 000 Pa,出口处局部最大速度达到3和5 m/s。在模拟中发现,与喷嘴1相比,喷嘴2外部流场静压更加均匀合理,拥有更大的流体出口动压,喷淋面积较大,流体迹线也简单明了,喷嘴2分流槽设计能够提高喷嘴的喷淋效果。在今后设计中,喷嘴1可以通过增设第二层分流平台,来提高内部喷淋水流场均匀性;喷嘴2在原来底座上增加分流槽,增大底座直径,可使喷淋水花更加均匀,增强了盘管液体薄膜传热特性,提高了换热效果。     

电动背负式风送喷雾器设计与作业性能试验

针对作物冠层高大、枝叶茂密的情况,现有的施药机具存在雾滴穿透性能差、药液沉积不均匀、不适合作业条件等问题研制了电动背负式风送喷雾器。利用水敏纸、激光粒径分析仪、高速摄影仪测试了其射程、雾滴粒径、液膜雾化形态。利用液质联用仪测试了使用该喷雾器时农药在作物上的沉积分布,并测试了生物防治效果。结果表明:该喷雾器在有风送的条件下雾滴粒径变大、喷雾角减小、液膜变短,在最大风速下射程提高2倍以上。该喷雾器可以改善农药在作物叶片正背两面分布均匀性,使用TR80-01和TR80-02号喷头时农药利用率较手动喷雾器分别提高了1.38倍和1.14倍,在分别使用TR80-01和TR80-02喷头时用药量比手动喷雾器减少1/2和1/3的情况下药效没有明显的差异且增加了农药的持效期。该喷雾器可以提高农药的沉积分布均匀性和利用率,实现减量施药。     

精确施药可变量喷雾控制系统的研究

开发了基于机器视觉和模糊控制原理的精确农药可变量喷雾控制系统,并在实验室进行了试验研究。研究表明,系统能融合树冠面积信息和距离信息,通过模糊决策来判断树木大小和距离,进而选择不同的喷头组合,并控制喷雾系统的流量和喷头射程,实现对树木目标的智能喷雾,从而大幅减少农药用量。     

分层接种对猪粪厌氧干发酵产气性能及微生物群落结构的影响

为避免厌氧干发酵酸抑制,提高产气效率,以猪粪和玉米秸秆为发酵原料,采用中温批式试验,在总固体(Total Solid,TS)为20％、接种比为25％的条件下研究分层接种和混合接种对猪粪干发酵厌氧消化性能的影响.结果表明:2种接种方式下的发酵体系内挥发性脂肪酸(Volatile Fatty Acids,VFAs)均发生明...     

农用无人机超低容量旋流喷嘴的雾化特性分析与试验

针对农用植保无人机超低容量喷施作业时,使用液力喷嘴产生的雾滴粒径较大,离心喷嘴结构复杂、价格较高等不足,基于旋流雾化的原理并采用模块化方法,提出了一种超低容量旋流喷嘴结构。通过对旋流喷嘴内流场的流体动力学行为和雾化特性进行数值分析与试验,明确了流体的物理特性和旋流喷嘴的结构参数等对雾化性能的影响规律。研究结果表明,液膜表面的正弦波失稳是导致锥形液膜碎化为雾滴的主要原因,在旋流喷嘴的结构参数中,喷嘴出口直径是喷嘴雾化性能的主要影响因素。当喷嘴出口直径从1增大至1.5 mm,喷雾流量平均增大了46.23%,喷雾角平均增大了29.77%,产生雾滴的索特平均直径平均增大了15%。此外,喷雾流量还与旋流槽数量成比例,旋流槽的螺旋角主要影响喷雾角。喷嘴入口处的流体相对压强则对喷雾角及雾滴粒径有较大的影响,其中喷雾角随着相对压强的增大而增大,而雾滴的索特平均直径随压强的增大呈非线性递减,当流体的相对压强从70增大至160 k Pa时,系列化旋流喷嘴的索特平均直径降低了约25%~35%。此外对于旋流喷嘴而言,流体黏度的增大会导致喷雾角的减小,但适当增加流体的黏度(不超过纯水黏度的200%)可显著降低雾滴的平均粒径,提高喷嘴的雾化质量。该研究可为农用无人机超低容量变量喷洒系统的研发提供参考。     

Solid-state fermentation of soybean and corn processing coproducts for potential feed improvement

Two agro-industrial coproducts, soybean cotyledon fiber and distiller's dried grains with solubles (DDGS), were used as substrates to evaluate the effect of coculturing three different fungi, Aspergillus oryzae , Trichoderma reesei , and Phanerochaete chrysosporium , on enzyme production by solid-state fermentation (SSF). When soybean fiber was used as the substrate, a maximum xylanase activity of 757.4 IU/g and a cellulase activity of 3.2 IU/g were achieved with the inoculation and incubation of T. reesei and P. chrysosporium for 36 h, followed by A. oryzae for an additional 108 h. This inoculation scheme also resulted in the highest xylanase activity of 399.2 IU/g compared to other fungi combinations in the SSF of DDGS. A large-scale SSF by this fungus combination produced fermented products that had xylanase and cellulase activities of 35.9-57.0 and 0.4-1.2 IU/g, respectively. These products also had 3.5-15.1% lower fiber and 1.3-4.2% higher protein contents, suggesting a potential feed quality improvement.     

基于多喷头组合的变量喷药系统的设计与试验

为了克服传统压力式和脉宽调制（pulse width modulation）调节控制方式的缺点,以及目前变量喷药系统的“较复杂,实现成本较高”的不足,该文设计了基于多喷头组合的变量喷药系统,建立了变量喷药影响因素模型,设计了变量喷药系统的管路、上位机处理系统及变量喷药控制器,运用流体网络理论建立喷药网络的数学模型,分析了系统的流阻。在喷雾试验台上搭建了变量喷药系统,试验数据分析表明多喷头组合的变量喷药系统是可行的,每种方式下喷药量与理论值误差均小于10%,可调节喷药量范围宽,农药的施用量大幅度减少。