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。     

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。     

微型无人机低空变量喷药系统设计与雾滴沉积规律研究

针对我国施药机械和农药使用技术严重落后带来的农药用量大、资源有效利用率低、农作物产量和品质下降等问题,设计了微型无人机脉宽调制型变量喷药系统,并利用风洞的可控多风速环境,通过荧光粉测试方法对悬停无人机变量喷药的雾滴沉积规律进行了试验研究。变量喷药系统由地面测控单元和机载喷施系统两部分组成,基于Lab Windows/CVI的地面测控软件,采用频率为10 Hz、占空比可调的脉冲信号经无线数传模块远程控制机载喷施系统;机载喷施系统以ARM Cortex-M3系列的STM32F103VC微处理器为核心,接收地面控制信号实时调节电动隔膜泵电动机转速,以改变系统喷雾压力和喷药量,实现变量喷雾调节。悬停风洞试验中,选择了PWM占空比、喷孔直径、电动离心喷头转速等变量,对不同距离和风速条件下雾滴沉积效果进行了试验研究。试验结果表明,风速是影响雾滴沉积效果的最显著因素,雾滴沉积以抛物线形式分布在采集区域,沉积高峰区随风速增加不仅远离喷头,且飘移沉积量逐渐减少;雾滴粒径在风速小于3 m/s时对沉积效果影响不显著,当风速大于3 m/s时,不同粒径的雾滴均发生飘移,飘移沉积量明显减少且沉积范围向远离喷头运动;粒径101.74μm的雾滴更易发生飘移,沉积高峰区集中在距离喷头4 m以外,且飘移沉积量明显低于粒径164.00μm与228.16μm的雾滴。     

密闭空间中液体雾化喷嘴的性能研究

将使用于密闭空间的细微粒喷嘴改进为带有静电环的静电喷头,采用 Winner 318分体式喷雾激光粒度仪测量非静电与静电情况下粒径的变化。试验结果表明：加有高压静电的环状电极喷嘴有利于细化雾滴粒径,使粒径均匀化。     

基于图像处理的雾滴检测技术

通过模拟田间实际喷雾情况,利用图像采集系统采集雾滴图像,对其进行增强和分割等预处理,并对粘连雾滴提出用改进的分离粘连雾滴算法进行了分离处理.基于相同样本,用图像处理方法获得的雾滴粒径分布及覆盖率等参数与激光粒度仪测量结果的对比分析表明,利用图像处理技术检测雾滴分布参数,其测量误差在6%以内.     

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。     

植保无人机作业参数对雾滴在茶树冠层沉积分布影响研究

为获得相对较好的植保无人机喷雾雾滴沉积效果,提高病虫害防治效果,本文采用喷头流量、作业高度、飞行速度的三因素三水平正交试验法,应用小型四旋翼农用植保无人机进行喷雾试验。根据雾滴沉积密度和沉积量及其均匀性数据结果,分析得出影响雾滴沉积密度和均匀性,以及沉积量的因素主次顺序均为飞行速度、喷头流量、作业高度,而影响沉积量均匀性的因素主次顺序则是作业高度、喷头流量、飞行速度;较佳的作业参数组合是喷头流量2.5 L/min、作业高度2.5 m、飞行速度2.0 m/s,此参数组合下,雾滴覆盖率为17.4%,雾滴粒径DV.1、DV.5、DV.9分别为263.39μm、546.33μm、872.67μm,雾滴密度及其变异系数分别为97.30个/cm~2、57.97%,雾滴沉积量及其变异系数分别为1.45μL/cm~2、42.70%。通过优选植保无人机作业参数,不仅可以提高喷雾雾滴沉积效果,还将为获得较好病虫害防治效果奠定基础。     

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。     

不同雾滴在柑橘树中的沉积分布及灭杀性研究

为寻找在柑橘树中沉积分布较好且能够高效灭杀柑橘木虱的雾滴粒径,选取了同一型号、不同粒径的4种喷头在柑橘树中进行试验,所选喷头型号为Lanao YZK8001、YZS8002、YZS8003、YZS8004等4种型号,并分别将4种喷头安装在搭建的龙门架上进行试验。选取的柑橘树树龄在3～5年,试验在密闭防虫网内进行,通过试验测定各个喷头在柑橘树树冠中的雾滴沉积分布。结果表明:2号防虫网在柑橘树冠层表面的雾滴沉积分布最好,为50.40%;3号防虫网内雾滴在冠层内部的穿透性最好,主要是因为雾滴太小飘移严重,雾滴太大无法穿过果树叶片。在喷施相同药液的前提下,不同粒径的雾滴对柑橘木虱的灭杀效果不同,对木虱灭杀效果最好的为2号防虫网,在施药1天后的虫口减退率达到80%。试验得出了在柑橘树中沉积分布性能好且对木虱灭杀性好的雾滴粒径,为实际喷雾作业参数的设置提供了参考~([1])。     

风洞条件下植保无人机离心喷头喷雾特性试验研究

为了探究极飞P20离心喷嘴的喷雾特性,文章对其喷嘴进行了测试。通过单因素实验法,测得流量、转速、喷洒高度对喷幅的影响规律;在不同的风速下,测得流量、转速、喷嘴距激光的垂直高度和喷嘴距激光的水平距离对雾滴粒径的影响规律;在不同的风速下,结合水敏纸进行试验,测得喷嘴的雾滴沉积量的分布。结果表明流量的增大会导致喷幅增大;转速增大,喷幅在一个范围内波动;高度的增大会导致喷幅变小。在无风的条件下,流量以及高度的增加,对雾滴粒径的大小没有显著影响;转速的增大会使得雾滴粒径减小;喷嘴与激光的水平距离的增大,雾滴粒径整体数值也随着增大。在有风的条件下,随着风速的增大,雾滴粒径略微减小,并且同区域内雾滴沉积量也随着风速的增大而减小。本试验为进行无人机喷雾时的喷头所采用的参数值提供了数据支持,便于对喷头进一步优化。     

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。     

高地隙隧道式循环喷雾机设计与试验

为实现烟草、葡萄等作物的高效施药,本文设计了一种高地隙隧道式循环喷雾机,各控制系统模块均通过485总线连接到嵌入式工控机,通过工控机对数据采集和执行机构进行统一控制。进行了雾滴沉积试验和药液循环回收试验,试验测得在"П"式作业形态下改变喷头安装角度会影响雾滴在冠层内的沉积分布。喷头安装偏角15°时,叶片正面的雾滴沉积均匀性最好,沉积均匀性变异系数为19.22%。喷头安装偏角30°时,叶片反面的雾滴沉积均匀性最好,沉积均匀性变异系数值为25.50%。随着喷头安装偏角的增加,外冠层叶片反面的雾滴沉积量逐渐增大,而内冠层叶片反面的沉积量在喷头安装偏角为30°时达到最大值2.93μg/mL。不同喷头安装偏角下,上冠层叶片正面的雾滴沉积量明显高于中冠层和下冠层叶片正面的雾滴沉积量,上冠层叶片反面的雾滴沉积量略高于中冠层和下冠层叶片反面的雾滴沉积量。在"П"式形态循环喷雾作业下,测定喷雾机的药液回收率为7.33%左右。试验结果表明:喷雾机具有较好的药液喷雾沉积和回收性能,在喷头安装偏角为15°和30°时喷雾机有更好的雾滴沉积均匀性和更高叶片反面雾滴沉积量。     

多旋翼无人机不同作业参数对花生冠层雾滴沉积分布特性的影响

为探究无人机航空喷施时花生冠层雾滴沉积分布规律,设计无人机不同喷雾作业参数对花生冠层的雾滴沉积分布影响的试验。该试验以DJ T20型多旋翼电动无人机进行作业,以清水代替农药喷施采集雾滴沉积数据,以图像处理软件Depositscan来分析采集来的水敏纸数据。结果表明：各组试验的雾滴沉积分布趋势均相似,在靶区内雾滴沉积大致呈正态分布,受环境风场的影响,大量雾滴在中心航线左侧沉积,受无人机起飞时速度和高度的影响,各区域内第一条采样带R1的雾滴沉积效果较好;从雾滴沉积量、沉积密度均匀性分析可知,当飞行速度为2.5 m/s、喷雾流量为1.6 L/min,飞行高度为3.5 m时,喷雾效果最佳,为最佳作业组合;飞行高度、飞行速度对靶区内雾滴沉积量、雾滴沉积均匀性影响均显著。该研究对提高无人机喷施效率具有十分重要的指导意义。     

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。     

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%。     

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。     

果树叶片雾滴沉积量检测系统设计与试验

为了获取植保无人机喷药后雾滴在果树叶片表面的沉积量,设计了面向植保无人机果树低空施药的果树叶片雾滴沉积量检测系统。该系统由LWS型叶面湿度传感器、数据传输模块、上位机检测软件组成。通过LWS型叶面湿度传感器的标定试验,建立了电导率为553μS/cm自来水、860μS/cm甲基硫菌灵溶液、1525μS/cm磷酸二氢钾叶面肥溶液的回归方程,通过分光光度计验证试验验证了方程的准确性。之后,建立基于ZigBee的传感器系统数据无线传输网络。同时,利用Qt编写了具有数据分析和显示功能的上位机程序,建立了完整的果树叶片雾滴沉积量检测系统。最后,利用WSZ-4X型植保无人机在樱桃果园中进行了检测系统与水敏纸的对比试验。对比结果显示,使用两种方法获得的雾滴沉积密度曲线的拟合度可达0.9266。对于单个测量点的雾滴沉积密度,其平均误差为22.8%。在果园中进行试验时,受风速和无人机气流等环境因素的影响,传感器和水敏纸的雾滴分布会出现一定的差异,忽略环境因素影响,可认为两种方法在樱桃果园中测量得到的雾滴沉积密度一致性较好,而使用果树叶片雾滴沉积量检测系统可以更加快速、方便、实时地采集农药雾滴在叶面上的沉积量。     

喷雾液动态表面张力与雾滴粒径关系

为了描述喷雾液的动态表面张力与雾滴粒径的关系,用粒度分析仪对不同表面张力喷雾液喷雾时形成的雾滴体积中径D50进行了研究.重点考察了喷头尺寸、喷雾压力对D50的影响.结果表明:喷雾液0.023 s时的动态表面张力值γ0.023越低,所形成的雾滴D50越小,D50与γ0.023呈线性相关;喷雾压力相同时,随着喷头尺寸的增大,喷雾液动态表面张力的改变对雾滴粒径的影响增大;喷头尺寸相同时,随着喷雾压力的增大,喷雾液动态表面张力的改变对雾滴粒径的影响减小.     

自走式旋翼气流静电喷杆喷雾机喷雾性能测试

设计了一款自走式旋翼气流辅助式静电喷杆喷雾机,应用静电喷雾技术提高了雾滴在靶标上的附着性,利用气流辅助技术提高雾滴的穿透性。该机具有水平和垂直两种工作方式,可针对不同高度、不同长势的作物进行喷洒。对喷雾机开展了流量、水平喷幅测试,进行了雾滴沉积效果及雾滴穿透性等试验研究。研究结果表明:整机静态和动态流量接近,稳定性较好;随着喷头与靶标距离增大,喷雾幅宽增大。在整个幅宽范围内雾滴覆盖较均匀,当喷雾高度为1m时,9#~11#水敏纸上的覆盖率和沉积量最大;雾滴粒径为150~300μm,平均雾滴粒谱宽度1.1~1.8,说明雾滴分布较均匀。旋翼气流对雾滴在植株内的穿透性有直接影响,喷头距离靶标越近,雾滴穿透沉积效果越好。试验结果对优化旋翼气流静电喷杆喷雾机的结构,提高其应用效果具有重要意义。     

喷雾液动态表面张力与雾滴粒径关

为了描述喷雾液的动态表面张力与雾滴粒径的关系,用粒度分析仪对不同表面张力喷雾液喷雾时形成的雾滴体积中径D50进行了研究,重点考察了喷头尺寸、喷雾压力对D50的影响。结果表明：喷雾液0.023s时的动态表面张力值γ0.023越低,所形成的雾滴D50越小,D50与γ0.023呈线性相关;喷雾压力相同时,随着喷头尺寸的增大,喷雾液动态表面张力的改变对雾滴粒径的影响增大;喷头尺寸相同时,随着喷雾压力的增大,喷雾液动态表面张力的改变对雾滴粒径的影响减小。