同尺寸异型喷头潜在飘移特性风洞试验研究

为探究脉宽调制变量喷雾系统对同尺寸异型喷头的潜在飘移特性影响,选取Hardi ISO F110-03标准扇形雾喷头、Teejet XR 110-03扇形雾喷头、Hardi MD 110-03微飘喷头和Teejet AIXR 110-03防飘喷头,在IEA-II型风洞内,通过聚乙烯收集线和Spraytec雾滴粒径仪研究了4种喷头的雾滴谱、雾滴相对分布跨度、飘移量和飘移潜在指数。试验结果表明:雾滴谱与喷头型号相关,XR扇形雾喷头VMD最小,为164.37μm,AIXR防飘和MD微飘喷头与ISO F标准扇形雾喷头相比,VMD分别增加88.91%和96.60%;XR扇形雾喷头喷出的雾滴相对分布跨度最小,为1.54,相比ISO F标准扇形雾喷头增加16.76%,其喷雾雾滴更均匀;随着垂直方向高度的降低和水平方向距离的减少,4种喷头的归一化飘移量均增加,AIXR防飘喷头归一化飘移量平均值最小,为1.21×10~4,相比ISO F标准扇形雾喷头减少72.99%,XR扇形雾喷头归一化飘移量平均值最大,为4.17×10~4,相比ISO F标准扇形雾喷头增加10.61%;AIXR防飘喷头雾滴粒径较大,雾滴飘移指数最小,防飘效果最显著。该研究可为农业田间实际生产中防飘施药技术应用提供依据。     

扇形雾喷头雾化过程中雾滴运动特性

利用相位多普勒粒子分析仪测试了LU120—03型扇形雾喷头喷雾扇面内的雾滴运动速度,计算得出雾滴运动初速度即液膜破碎速度,确定了雾滴在喷雾扇面内的速度分布。结果表明：靠近喷头的区域,扇面边缘的最小雾滴速度小于中心位置的最小雾滴速度,更易飘失;远离喷头的区域,细小雾滴速度迅速衰减,极易受气流影响而产生飘失。     

扇形喷头雾滴粒径分布风洞试验

利用开路式风洞系统和Sympatec激光粒度仪测试了参考喷头的雾谱尺寸以此作为喷头雾谱等级的依据。对扇形雾喷头在不同压力、风速、喷头与激光粒度仪距离情况下的雾滴粒径、数量和范围进行了试验。试验结果表明,压力、风速、喷头与激光粒度仪之间距离的增大,都导致扇形雾喷头的雾滴体积中径变小,尺寸小于150μm的雾滴占全部雾滴体积的百分比变大,增加了农药脱靶飘移的可能性,同时压力和风速的增大都导致部分喷头的雾谱等级降低。为了保证激光粒度仪对雾滴粒径测试结果的可靠性,可以使用风洞试验和调整喷头与激光粒度仪的距离,来减小因细小雾滴通过激光束过程中速度迅速衰减而对测量结果带来的影响。     

扇形雾喷头雾滴飘失机理

为了分析雾滴飘失机理和提出针对性的防飘措施,使用相位多普勒粒子分析仪( PDPA)对常规扇形雾喷头雾化产生的喷雾扇面中的雾滴粒径与运动速度分布进行了分析.结果表明:喷雾截面上雾滴体积中值直径(VMD)分布为中间低、边缘高的凹面形态,在喷雾扇面横向和纵向对称面上,VMD形态呈二次多项式分布;易飘失雾滴主要集中在距离喷头300～500 mm喷雾扇面的中心位置;喷雾扇面截面上的夹带气流速度符合高斯分布,气流分布与空气淹没射流类似;喷雾扇面中易飘失区域是喷雾扇面末端、喷雾扇面两翼、喷雾扇面迎流面外层.     

风送喷雾辅助气流对雾滴粒径影响规律研究

风送喷雾技术被广泛运用在果园喷雾机研究中,辅助气流能够对雾滴进行二次雾化以进一步降低雾滴粒径。为进一步研究扇形喷头与辅助气流的角度和距离对雾滴粒径的影响,设计了一种喷头角度和喷头距离可调的喷雾装置,研究了喷头角度、喷头距离和喷雾压力对雾滴粒径的影响规律。结果表明：在辅助气流作用下,喷雾压力增大,雾滴粒径呈现降低趋势,但雾滴粒径均匀度先减小后增大;当喷雾压力0.3MPa、喷头角度10°～20°、喷头距离约为95mm时,雾滴粒径明显降低但雾滴粒径均匀度变大,雾滴粒径相对无辅助气流作用降低了10.35%。     

基于高速图像的雾滴尺寸分布统计与运动分析

针对植保机械雾滴尺寸分布统计及运动分析方法存在的不足,提出了利用高速摄像机结合数字图像处理技术对雾化场的空间雾滴尺寸分布和雾滴的运动进行分析的方法。实现了空间雾滴尺寸分布的快速统计分析,避免了对雾化场的干扰。利用图像序列中的时间差信息对雾滴在水平和垂直方向上的速率进行了分析,为进一步分析雾滴的沉降及漂移特性提供了有效方法。     

基于PDA系统单喷嘴雾滴参数的试验研究

雾滴粒径和速度分布共同影响着农药雾滴在靶标上的沉积量和分布的均匀性。使用PDA系统对空心圆锥喷雾喷嘴进行试验与分析,测量TR80-03C空心圆锥雾喷嘴的雾滴粒径和速度分布情况。探究了在不同压力条件下雾滴粒径和速度在喷雾空间中水平方向和垂直方向的分布,结果表明:在距离喷嘴相同的位置,压力越大,雾滴粒径越小,在相同压力条件下,喷雾范围内沿水平方向的距离越远,雾滴粒径越大;在中轴线方向,距离喷嘴200~500mm范围内,距离喷嘴越远,雾滴粒径越大。为了进一步了解雾滴粒径分布规律,对雾滴的Dv0.5和D32进行多项式拟合以及曲面拟合,结果表明:在相同阶数的拟合函数中,Dv0.5与D32的拟合趋势是一致的,压力越大,拟合结果越好;D32与Dv0.5的拟合结果相比,表现更优一些。借助拟合函数,可以更加形象地描绘雾滴粒径在空间分布规律,预测一些非测试点的粒径,进而可以有针对易飘移区域进行防飘移,提高农药的有效利用率。     

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。     

冬小麦田植保无人飞机喷施除草剂雾滴粒径及沉积飘移分布特性评估

随着植保无人飞机作业面积的增加，雾滴飘移风险也日益凸显，尤其以除草剂飘移风险危害最高。为明确除草剂溶液对雾滴粒径的影响及植保无人飞机喷施除草剂雾滴沉积飘移分布特性，本研究通过室内雾化室测定了植保无人飞机安装的离心转盘雾化喷头喷洒清水及常用的15种麦田除草剂溶液的雾滴粒径分布，并通过田间试验在药箱中添加荧光示踪剂（60 g/hm²）测定喷施作业区和飘移区的雾滴沉积量分布。室内测定结果表明，与清水相比，除草剂溶液对雾滴粒径影响显著。除唑草酮水分散粒剂外，其余溶液经离心转盘雾化喷头喷洒后，雾滴体积中径较清水均有所降低，且最大降低22.0%；小雾滴（V<150 μm）比例均有所增加，最大增加50.8%。田间飘移试验表明，植保无人飞机喷洒150 μm雾滴，在环境侧风风速为3.76 m/s时，作业区的雾滴沉积覆盖度和雾滴沉积密度仅为风速0.74 m/s时的41.3%和42.2%，且均匀性显著降低。在飘移区下风向12 m位置，雾滴沉积量为作业区的10%以下；下风向50 m处，雾滴沉积量低于检测限（0.0002 μL/cm²）。飘移比率随风速的增加而增加，当风速达到3.76 m/s时，雾滴飘移比率达到46.4%。不同侧风风速下，90%的累积飘移位置在4.8~22.4 m。对飘移区沉积量与飘移距离、侧风风速拟合，结果表明下风向沉积量与风速呈正比。本研究为植保无人飞机冬麦田不同风速作业下的雾滴飘移距离提供数据支持，为喷雾飘移缓冲带、飘移风险评估提供依据。     

3种喷头雾滴输运沉积参数的试验与分析

为了研究在感应荷电状态下高电压对雾滴输运沉积参数的影响,选用3种德国Lechler公司生产的不同流量的TR80-01c、TR80-02c、TR80-03c型喷头,在相同的喷雾压力和液体介质条件下进行试验。利用显微图像结合数字图像处理技术对荷电雾滴输运沉积面积、覆盖率、沉积密度、分布均匀性等状态参数进行取样和分析。试验结果表明:随着输运距离的增加,3种喷头的雾滴覆盖率δ先上升后下降,最高峰值分别达到52.04%、54.89%和57.31%;而雾滴沉积密度ρ先下降后上升,最低值分别为241、268、283个/mm~2。随着静电电压的增大,3种喷头的雾滴沉积区域面积随之增大,最大值分别达到4 462、7 170、8 280 cm~2;而雾滴分布均匀性有所下降,最低值分别为33.23%、31.91%和30.47%。根据具体喷雾施药场合,调节适当的电压,是增加药液沉积和分布均匀的重要措施。     

锥-射流模式下毛细管静电雾化流场的PIV测量

采用粒子图像速度场仪测量了毛细管微射流静电雾化流场,获得了毛细管静电雾化的典型雾化模式和锥-射流模式下雾场中雾滴的速度矢量图与流线图,分析了雾滴在输运过程中的受力情况和静电电压作用下的速度与流线变化。实验结果表明：在静电力与极化力、重力、流体拖曳力等共同作用下,随着荷电电压的增加,雾场流线分布均匀,雾滴在轴线上速度逐渐增加。在任一电压下,随着射流轴向距离的增加,同一截面上雾滴速度都有所增加,且速度的均匀性沿轴向有所提高。     

锥-射流模式下毛细管静电雾化流场的PIV测量

采用粒子图像速度场仪测量了毛细管微射流静电雾化流场,获得了毛细管静电雾化的典型雾化模式和锥-射流模式下雾场中雾滴的速度矢量图与流线图,分析了雾滴在输运过程中的受力情况和静电电压作用下的速度与流线变化.实验结果表明:在静电力与极化力、重力、流体拖曳力等共同作用下,随着荷电电压的增加,雾场流线分布均匀,雾滴在轴线上速度逐渐增加.在任一电压下,随着射流轴向距离的增加,同一截面上雾滴速度都有所增加,且速度的均匀性沿轴向有所提高.     

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.     

航空植保喷施参数对苹果树雾滴沉积特性影响

为提高植保无人机在果树上的喷施效果、增加雾滴在果树上的穿透力和分布均匀性,进行了系列试验,研究了喷头间距和飞行高度参数对雾滴沉积分布的影响,并优化出最佳喷头间距参数。确定了喷洒系统喷头安装位置参数,并通过正交试验,研究了飞行高度、飞行速度和喷洒系统喷头安装位置参数对雾滴在苹果树上分布的影响。试验以S40电动直升机为载体,以诱惑红为液体染色剂、铜版纸为雾滴采集卡。结果表明:飞行高度Sig.=0.811,P0.01,喷嘴间距Sig.=0.006,P0.01,喷头间距对喷幅影响极其显著;当飞行高度为2m,喷头间距为55、50、50、55cm时,喷幅最大均为7m,雾滴密度变异系数最小为63%和44.5%。苹果树喷施正交试验中,飞行高度2m、飞行速度1m/s、喷洒系统中4个喷头位于交叉角度为90°的十字形喷杆上且距离交叉点均为105cm时,雾滴在苹果树上的沉积较好。     

M18系列飞机不同施药浓度下的雾滴沉积分布

针对航空施药中存在的雾滴飘移严重、利用率低等问题,对水稻田施药后药液的沉积分布进行了分析。通过M18系列飞机在水稻田进行田间试验,在施药作业中雾化喷头在50m/s的喷洒速度下,进行了3种不同的液体直径对雾滴的直径、数量和沉积密度的比较。结果表明:-40～50m的水敏纸均有药液沉积,主要集中在-25～-20m之间,且随着漂移距离的增加,药液沉积量逐渐减少。分析结果表明:3个采样区中液体直径越大,相应的雾滴粒径越大,雾滴数量越少,沉积点数主要分布在-25m和至0m范围内。本研究对合理喷施农药、提高喷洒效率、防治病虫害大面积暴发具有重要意义。     

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。     

荷质比对荷电雾滴沉积分布影响的初步研究

自制静电喷雾系统,采用自制环状电极通过感应充电方式对雾滴充电,调节充电电压得到试验要求的荷质比,对距离喷头550mm的模拟植株喷雾,研究对靶喷雾荷质比对雾滴沉积分布的影响。结果表明:静电喷雾较常规喷雾能够有效改善荷电雾滴的沉积分布效果;随着雾滴荷质比的增加,荷电雾滴向靶标集中,改善喷雾效果,且随着荷质比的增大,喷雾最大距离减小。     

固定管道式常温烟雾系统雾滴沉积仿真与试验

为了进一步研究固定管道式常温烟雾系统的风场分布特性和雾滴沉积分布特性,基于计算流体力学（CFD）非稳态模拟,通过建立固定管道式常温烟雾系统在温室内作业的气流速度场仿真模型及雾滴沉积分布仿真模型,分析了该系统在3组作业参数（液压为0.05MPa,气压为0.2、0.3、0.4MPa,3组作业参数分别对应的喷头出口截面平均气流速度为200、400、600m/s）〖JP2〗下的气流速度分布特征及在3组作业参数、4组高度水平（0、40、60、80cm）和2个〖JP〗雾滴沉积区域（喷头正下方区域和喷头中间区域）下的常温烟雾系统的雾滴沉积分布特性,并对雾滴沉积分布特性进行了试验验证。研究结果表明：固定管道式常温烟雾系统作业时可在棚室内形成涡旋气流,有益于雾滴在整个棚室内的漂浮、弥散和沉积,根据仿真和试验结果得出本系统的最优作业参数为气压0.3MPa、液压0.05MPa。喷头正下方和喷头中间区域的雾滴最大沉积量分布在喷头喷射方向前方1m区域（采样点5）,且沿喷头喷射方向呈逐渐降低趋势。相同试验条件下,雾滴沉积量随着气流速度的增加呈降低趋势。喷头正下方的雾滴地面沉积量低于中间区域的雾滴地面沉积量,而在高度水平40、60、80cm下,喷头正下方相应的雾滴沉积量高于中间区域。正下方区域的雾滴主要沉积分布在60~80cm的高度区间,中间区域的雾滴主要沉积分布在高度40、80cm区域。不同作业参数下雾滴在不同高度的仿真和实测沉积量相关系数范围为0.990~0.924。雾滴沉积量仿真值和实测值的相对误差范围为0.008~0.374, 说明CFD仿真可较准确地预测模拟常温烟雾系统气流速度场与雾滴沉积分布特性,指导实际作业参数优化。     

双流体静电感应喷雾流场测量的试验研究

运用OLID测量系统,对双流体静电感应喷头在不同充电电压和气体压力条件下的喷雾流场进行了测试,对粒径大小、速度分布的测量结果进行了分析和探讨.结果表明:雾滴在气流剪切力和静电力的作用下,在整个流场中粒径与速度均呈中心大、边缘小对称分布;喷嘴气体压力是影响雾滴粒径大小的主要因素,气体压力愈大,荷电雾滴的粒径愈小且分布愈均匀;随充电电压的升高, 雾滴的粒径减小,平均速度值增大,中心与边缘粒径与速度的分布趋向均匀.     

气流作业下雾滴粒径稻株间分布特性与风洞模拟试验

为探究气流涡旋作业方式对航空喷施雾滴粒径分布的影响,以XR-Teejet 110015型压力式扇形航空喷头为研究对象,在风洞和田间环境中进行了雾滴粒径测试试验。风洞测试模拟田间环境风速设置气流速度,同时设置了3种喷施压力,使用激光粒度分析仪测量雾滴粒径。田间试验以四旋翼无人机为施药载体,对杂交水稻进行精准对靶喷施,并对各架次无人机旋翼气流与冠层互作程度不同所形成的涡旋形态对应的雾滴粒径分布特性进行了分析。结果表明:风洞条件下,各测试喷头均处于非常细的雾化等级,雾化性能良好且稳定;田间试验中,涡旋形态对雾滴粒径分布影响显著; 3种涡旋形态下,小于200μm的雾滴粒径综合平均占比分别为73. 52%、74. 21%和84. 20%,与风洞测试结果较为一致,但田间试验所得雾滴粒径值明显偏高;明显的涡旋形态与小范围涡旋形态雾滴粒径在作物各层位分布趋势较为平缓,各层雾滴体积中径变异系数均处于3. 96%～10. 66%之间,无涡旋形态各层雾滴粒径分布则体现较大的波动性,变异系数也较高,处于9. 49%～17. 11%之间,说明较为明显的涡旋形态有助于雾滴在作物冠层垂直空间的穿透,达到更好的施药效果。研究结果可为农用无人机田间精准喷施作业提供参考。