农用荷电喷雾雾滴粒径与速度分布的试验研究

为研究荷电喷雾场的空间运动结构及其对植株界面的影响,该文运用PDPA测试系统对不同条件下的农用静电喷雾场进行了测试,结合荷质比、喷雾宽度测量结果,对雾滴的粒径分布、主流平均速度分布及平均速度与粒径的关系进行了分析和讨论.结果表明:在机械力和电场力的前后作用下,喷嘴压力愈大,荷电雾滴的粒径愈小且分布愈均匀;雾滴的粒径值随充电电压的增加而下降且粒径均匀分散;在较高的充电电压下,单个雾滴动能损耗的降低和雾滴粒径分布的均匀性又促使其主流平均速度分布趋于均匀.在较大粒径时,随着平均速度的增加,非荷电雾滴不易粘附于植株标靶界面;与非荷电相比,小粒径荷电雾滴群又因具有较大动能而提高了抗漂移能力.     

背负式喷雾器变量喷雾控制系统设计与特性分析

为了实现背负式喷雾器的变量喷雾,该文采用频率为8kHz、占空比可调的方波信号控制微型电动隔膜泵,通过改变隔膜泵直流电机导通和关断时间,实现了基于脉宽调制(pulse width modulation,PWM)技术的背负式喷雾器变量喷雾调节控制,并研究了此种变量控制系统的喷雾特性。结果表明:喷雾量随着占空比的增大而增大,但增大率逐渐减小,最小喷雾量为0.66L/min,最大喷雾量为1.13L/min。随着占空比的增大,喷雾量逐渐增大,雾量分布显著向两边区域分散,喷雾角也呈现平缓增大的趋势,最低值41.53o,最高值为61.78o。雾滴粒径随占空比的增大逐渐减小,但基本维持在100～135μm之间。雾滴速度随占空比的增大逐渐增大,喷雾速度场基本呈现由上而下逐渐减小的趋势,中间喷雾速度明显大于两边。随着占空比的变化,喷雾质量的变化仍在可采用的范围,该变量喷雾控制系统工作性能稳定可靠,可操作性好,与背负式喷雾器相兼容,能有效应用于农业生产。     

脉宽调制间歇喷雾变量喷施系统的静态雾量分布特性

由于脉宽调制(PWM)间歇喷雾式变量喷施系统的间歇喷雾特性,其雾量分布均匀性较难控制,为此该文采用隔膜泵、比例溢流阀、高速开关电磁阀、TR80-05型空心圆锥雾喷头和工控机测控系统等构建了一套PWM间歇喷雾式变量喷施试验系统,并对其静态雾量分布特性进行了试验研究。在不同喷雾压力、不同PWM信号频率和占空比下,采用矩阵式雾量收集装置对PWM喷头的静态雾量分布进行了测试,并采用非线性回归分析法确立了喷雾压力0.3MPa、PWM信号频率2Hz、不同PWM信号占空比下的集雾单元尺度上的静态雾量分布模型。结果表明:TR80-05型空心圆锥雾喷头的静态雾量分布模型呈中心对称的圆环状,且近似符合二维双正态分布;随喷雾压力的增大,雾量沉积量增加,且雾量分布圆环区域半径增大;PWM信号占空比与雾量沉积量近似呈正比关系,而对雾量分布圆环区域半径的影响较小;PWM信号频率对静态雾量分布影响很小。     

考虑自然风的气辅式喷雾雾滴飘失特性建模与补偿

气流辅助喷雾在雾滴减飘方面确有效果,然而大田作业时,其减飘效果受到自然风、喷雾流量、风筒出口风速、喷雾角等多种工况的严重影响。该文采用多相流计算流体动力学软件,建立三维流场几何模型,依据不同工况参数对雾滴漂移特性的影响,利用均匀设计安排试验方案,研究雾滴在自然风、辅助气流综合作用下在连续相和雾滴粒子离散相的耦合规律,通过流体动力学仿真完成训练样本采集,采用多元相关向量机回归方法建立不同自然风速下减飘模型,并通过模糊决策支持系统对作物茂密程度和喷嘴与冠层间垂直距离进行控制参数修正。试验结果表明：多元相关向量机回归模型预测飘失率的平均绝对百分比误差为2.56%,自然风扰动中实测和预测飘失率平均误差为8.92%,其飘失规律与所建飘失模型基本吻合。研究结果可为面向雾滴沉积效果的喷雾主动控制系统设计提供参考。     

基于双目视觉的葡萄园变量喷雾控制系统设计与试验

为提高果园喷雾装备的精准化并提高农药利用率,该研究基于3WF-400Z型风送式果园喷雾机,设计了一套葡萄园自动变量喷雾控制系统.系统选用双目相机实时探测葡萄叶幕深度并结合喷雾机前进速度计算冠层体积,通过脉宽调制(Pulse Width Modulation,PWM)控制各电磁阀占空比实现药液的变量喷洒.提出冠层体积计算...     

基于CFD离散相模型雾滴沉积特性的模拟分析

为分析三维空间中气流对雾滴飘移的影响,该文基于计算流体力学(computational fluid dynamics,CFD)离散相模型的粒子跟踪技术,研究了不同喷雾条件下的雾滴特性。该文在条件为3m×2m×2m的长方体计算区域,喷嘴置于长方体顶端(上表面的几何中心),在合适的边界条件参数下,对喷雾高度为0.25～2m,风速为0～3m/s变化范围内的雾滴沉积特性进行了分析。结果显示,雾滴的分布趋势(偏移量)随风速和喷雾高度大小而变化:雾滴的沉积量随喷雾高度和风速的增加逐渐减小,其最大值为100%(喷雾高度为0.25m,风速为0),最小值为7.2%(喷雾高度为2m,风速为3m/s),其沉积率最大值和最小值分别为79.07%和3.98%,并基于该方法建立了雾滴沉积量和沉积率的预测模型。该研究为精量施药提供参考。     

农药静电喷雾液滴直径和荷电量的测量装置

用正弦交变电场法测量液滴的直径和荷电量的方法是根据荷电液滴在正弦电场中受电场力、重力、空气的浮力及斯托克斯力的作用,液滴的运动轨迹是一条正弦曲线,测出正弦曲线的振幅和波长,就可以计算出液滴的直径和荷电量。     

基于高频电磁阀的脉宽调制变量喷头喷雾特性

为探究基于高频电磁阀的变量喷雾特性,该研究采用高频、对信号快速响应的电磁阀设计了高于20 Hz的脉宽调制(pulse width moderation,PWM)变量喷雾系统;针对农业施药作业上常用ST标准扇形和IDK防飘喷头,测试了不同频率和占空比对流量、雾滴粒径、雾化过程、纵向沉积分布均匀性的影响。结果表明,在高频下,流量与占空比呈线性关系,随着频率的增大,流量线性区间减小,增大压力和频率,可以有效增大流量调节倍数,30 Hz时最大可达10倍;PWM喷雾时,瞬间雾滴粒径发生周期性变化,增大频率,雾滴体积中值中径(volume medium diameter,VMD)平均值受占空比的影响变小,占空比增大,VMD有减小的趋势,对于ST110-02号喷头各频率下VMD从占空比20%~100%下降了100μm;沉积试验中,频率和占空比都会影响沉积均匀性,对于IDK120-04号喷头,占空比为40%时,30 Hz下的C.V(coefficient of variation)值较15Hz减小了6.07%;15 Hz时,IDK120-02和04号喷头在占空比40%到100%变异系数分别下降了11.75%和18.31%;30 Hz时,两喷头在占空比40%到100%变异系数分别下降8.72%和12.24%,并且,ST喷头沉积均匀性优于IDK喷头。该研究为高频电磁阀在PWM变量施药系统中的应用及参数选择提供理论基础。     

燃油温度和喷射压力对葵花籽油与柴油喷雾特性的影响

为探究纯植物油作为压燃内燃机替代燃料的雾化问题,利用纹影法对葵花籽纯植物油和普通柴油在不同试验条件下的喷雾特性进行了对比研究,分析了燃油温度和喷射压力对2种燃料喷雾贯穿距、喷雾锥角和空气卷吸作用的影响。研究结果表明:葵花籽油的喷雾贯穿距和喷雾锥角均随着喷射压力和燃油温度的升高而增大,与柴油的变化规律相似。温度从60℃升高到90℃,喷油压力为60 MPa时喷雾贯穿距和喷雾锥角的平均增幅分别为12.4%和9.6%,120 MPa时分别为5%和4.14%;喷油压力从60 MPa升高到120 MPa,温度为60℃时喷雾贯穿距和喷雾锥角的平均增幅分别为39.7%和16.7%,90℃时分别为30.6%和10.9%;当喷射压力、背景压力和燃油温度相同时,葵花籽油比柴油具有更大的贯穿距和更小的喷雾锥角,且喷雾贯穿距平均增幅为22.5%,喷雾锥角平均降幅为60.3%;升高燃油温度和升高喷射压力都会增强雾注的空气卷吸作用,但葵花籽油的空气卷吸作用要明显弱于普通柴油。研究结果可为纯植物油作为内燃机替代燃料的可行性研究提供参考。     

不同喷雾助剂在植保无人机喷施作业中对雾滴沉积特性的影响

为研究不同喷雾助剂的理化性质及喷雾助剂在玉米叶片上的沉积特性,该研究将6种喷雾助剂对药液表面张力、药液在玉米叶片上接触角以及无人机喷施6种不同的喷雾助剂对雾滴的沉积特性进行对比。结果表明：喷雾助剂可以显著降低（P=0.000）溶液的表面张力,与清水溶液的表面张力相比Starguar4A喷雾助剂对降低溶液表面张力的作用效果最好,降低了67.8%。喷雾助剂对溶液在玉米叶片上接触角的变化程度影响不同,随着时间的增加雾滴在玉米叶片上的接触角均逐渐降低,其中Ultimate喷雾助剂的雾滴在滴落到玉米叶片上90 s后接触角降低至0°。与清水溶液相比倍达通喷雾助剂的雾滴密度、覆盖率与沉积量作用效果最好,雾滴密度与覆盖率、沉积量分别提高了35.1%、93.8%、31.9%;添加喷雾助剂后除倍达通喷雾助剂外,其他喷雾助剂溶液的雾滴体积中径DV0.5均有所降低;添加喷雾助剂对雾滴谱宽的影响不明显。在田间进行无人机植保喷施作业时,可以优选使用倍达通喷雾助剂,虽然倍达通喷雾助剂的表面张力与接触角并不是最优,但是也能够满足田间使用植保无人机喷雾作业的要求。同时,该试验也为进一步提高农药的利用率提供数据参考。     

脉宽调制变量控制喷头雾化性能及风洞环境雾滴沉积特性

脉宽调制(pulse width modulation, PWM)技术是实现变量喷雾的重要手段,其工作参数与环境条件决定着施药的精准性。为探究PWM变量喷头雾化及风洞环境沉积特性,该文研制了脉宽调制变量喷雾系统,以农业施药常用空心圆锥雾化喷头喷雾的雾化、沉积特性为研究对象,在IEA-II型常规风速风洞内,通过点阵式放置电容式雾滴沉积传感器测定计算雾滴沉积与沉积评价指数(deposition evaluation index,DEIX),并利用Spraytec雾滴粒径仪测试其雾滴体积中径(volume median diameter,VMD)和雾滴相对分布跨度(relative span,RS)。试验结果表明:占空比在10%～40%间,随占空比增大,雾滴体积中径呈减小趋势,与占空比10%时相比,占空比40%时的雾滴体积中径下降了7.9%;PWM占空比60%时分布跨度最小,较占空比20%时雾滴分布跨度下降9.52%,雾滴谱最窄,获得的雾滴粒径分布最集中。雾滴沉积方面,风速1 m/s条件下,雾滴主要沉积在距喷头3.3 m内,此范围内沉积量占总沉积量的95.7%,当风速超过3 m/s时,在气流作用下,雾滴沉降距离增大,导致雾滴运动偏离施药靶标区域。PWM占空比增加,雾滴沉积评价指数DEIX值降低,雾滴的飘移率增大;相同工况下,风速及喷头高度越大,DEIX越小,施药雾滴越易飘移。该研究可为农业田间实际生产中脉宽调制变量施药技术应用及其工况参数的选择提供依据,为PWM变量调节装置的进一步优化提供研究基础。     

基于脉宽调制的文丘里变量施肥装置设计与试验

为利用文丘里施肥器实现变量施肥,基于脉宽调制(pulse width modulation,PWM)技术设计了一种水肥一体化变量施肥装置,它主要由压力变送器、文丘里施肥器、脉冲电磁阀及控制器组成。通过改变PWM的占空比对脉冲电磁阀进行控制以改变文丘里施肥器进出口压力差,从而改变文丘里施肥器的吸肥量。以压力变送器检测管道入口压力,通过试验标定的方法将入口压力转化为相应的流量信息,从而获得施肥量和施肥质量分数。在多个入口压力水平下进行了试验,试验结果表明:电磁阀PWM控制的最佳频率为6 Hz;入口流量与入口压力呈线性正相关关系,决定系数为0.9936;施肥装置的最佳入口压力范围为0.15～0.25 MPa,在此压力范围内改变PWM的占空比对电磁阀进行控制,可实现施肥质量分数在1.25%～9.13%范围内可调。     

基于空间矢量脉宽调制的三电平逆变器滤波器参数设计

基于LCL滤波器的三电平并网逆变器被越来越多地应用到高电压大功率场合,LCL滤波器具有高频阻带性能好、低频补偿能力强等优点,但参数确定难。LCL参数设计的关键在于桥臂侧电感的设计,该文在建立了三电平并网逆变器数学模型的基础上,考虑单位功率因数正弦波电流控制,结合三电平的空间矢量脉宽调制(space vector pulse width modulation,SVPWM)特性,得到桥臂侧纹波电流的变化规律,求得最大纹波电流,工程上要求最大纹波电流需要小于0.2倍的峰值电流,据此可以给出桥臂侧电感的设计范围。之后,考虑LCL的谐振影响并且将无功损耗限制在5%的系统额定功率,设计了滤波电容;取纹波电流衰减率为20%,设计了网侧电感。仿真和试验验证了所提出方法的正确性和可行性。     

基于正弦脉宽调制的三电平逆变器中LCL滤波器设计

三电平逆变器并网系统适应于高压大功率场合,宜采用LCL滤波器。相比L滤波器,LCL滤波器采用的滤波电感较小,能有效减小系统体积并降低损耗等。该文首先对基于正弦脉宽调制SPWM(sinusoidal pulse width modulation)的三电平并网逆变器进行了详细的纹波分析。在保持同传统定义的三电平开关函数不变的基础上,将一个调制周期分4个时段,并对4个时段的纹波变化规律做具体分析,在忽略高频分量的开关模型下详细计算出桥臂侧电感与纹波电流幅值之间的关系;然后考虑网侧电感参数和电流衰减率之间的关系以及滤波电容参数的限制范围,计算网侧电感和滤波电容参数值;同时为抑制LCL谐振峰并兼顾系统损耗,采用无源阻尼法对电容串联电阻阻值进行选取。最后,通过仿真和试验证明了该方法的可行性。     

基于PWM技术的大型变量喷灌机整机水力性能研究及优化

基于脉冲宽度调制（Pulse Width Modulation, PWM）技术的变量喷灌机虽然能实现更精细的地块水分管理,但因实现变量的电磁阀的持续开闭动作,喷灌机主输水管道内流量呈现持续的阶跃变化,进而导致变量喷灌过程中存在压力脉动和机械激振现象。该研究基于Matlab/Simulink,对基于PWM技术的大型变量喷灌机在变量喷灌过程中的压力脉动进行了研究分析及改善优化。针对已研制的基于PWM技术的大型变量喷灌机实体系统,首先构建了其关键器件和整机的水力模型,并验证了模型的正确性。然后基于所建模型,对变量喷灌机的压力脉动进行了分析,得到了变量喷灌过程中的压力脉动规律,进而提出了PWM脉冲相位错开的缓减方法,并介绍了该方法的3种具体实施方式,即\     

全射流喷头喷洒水滴动能分布规律

喷灌动能是评价喷头水力性能优劣的重要指标之一。该文在0.15、0.20、0.25、0.30和0.35 MPa工作压力下,采用激光雨滴谱仪测量技术(laser precipitation monitor,LPM)对全射流喷头的水滴直径、速度和水量分布等参数进行试验,研究了单个水滴动能、单位体积水滴动能、动能强度分布规律及动能强度均匀性系数与组合间距之间的关系。结果表明:全射流喷头的单个水滴动能分布与水滴直径之间的关系与该文所建立的模型拟合较好,呈幂函数关系;单位体积水滴动能沿径向呈一次函数关系增大,与压力的-0.556次方呈正比关系;动能强度沿径向逐渐增大,而在射程末端迅速减小至0,随压力增大而减小,且沿径向距离的增大而动能强度减小程度越大;在各工作压力下,全射流喷头的矩形最佳组合间距分别为1.2、1.0、1.1、1.0、1.1倍喷头射程;所对应的动能强度均匀性系数分别为56.6%、71.1%、76.2%、77.2%、72.9%。该结果对研究喷头外特性、优化喷头结构、喷灌系统优化配置提供了一定的理论价值。     

基于网络RTK的离心式无人机变量施药可行性初探

针对植保无人机施药准确性和作业效率需求的提高,验证网络实时动态(Real-Time Kinematic,RTK)载波差分技术在无人机施药上的可行性,设计了一种基于网络RTK的离心式变量施药系统.采用STM32F103为控制核心,通过串口获取GPS定位信息,并连接DTU模块实现网络RTK技术,通过脉冲宽度调制(Pulse...     

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。