塔型风送式喷雾机导流结构参数优化

针对风送式喷雾机气流腔室顶部气流较弱、风机吹出的高速气流无法被均匀的导向至各出风口的问题,应用STAR-CCM+流体仿真软件、采用正交试验法对风送式喷雾机的导流结构、入口风速等参数进行优化。利用STAR-CCM+软件对不同导流结构参数的喷雾机内部流场进行仿真分析,通过监测喷雾机出风口处的风速值,判断导流结构安装的合理性。通过调整导流结构的布置,改善喷雾机内部气流的导向过程,使得风机产生的高速气流可以被最大化的均匀导向至喷雾机各出风口处,调整气流在喷雾机顶部出风口处的分布效果。结果表明:当喷雾机入口风速为16 m/s,风机安装位置即风机圆心距地面450 mm,导流板5的安装角度为50°,内隔板安装夹角为20°时,各出风口监测点处的平均速度为22.57 m/s,塔型喷雾机各出风口速度均能满足作业需求且分布均匀,实现了果树不同高度冠层均匀着药的目的。     

FLUENT软件分析导流板在风机出风口风速分布中的作用

自走式果园喷雾机的风机出风口有一块导流板,导流板对于风机出风口气流风速的分布有着重要的影响.文章基于Fluent14.5软件,对于风机出风口风速的分布进行数值模拟,进而分析导流板的角度和长度在气流场中的具体影响作用.     

塔型风送式果园喷雾机风场参数优化设计

风送式果园喷雾机对宽行密植果园的病虫害防控具有及时性、机动性,能够实现高效轻简化作业。为此,针对3WFXT-400塔型风送式喷雾机存在顶部风场气流小致使药液雾滴不能到达果树冠层顶部等问题,对塔型送风装置导流板4和导流板5的长度、安装角度等参数应用STAR CCM+软件进行优化设计。结果表明:当β_4=β_5=40°、l_4=250mm、l_5=200mm时,v_4=15.246m/s、S_4/S=0.065%,v_5=17.719m/s、S_5/S=0.265%,塔型送风装置顶部风场气流均匀,可使药液雾滴均匀附着于果树枝叶。     

轴流式果园喷雾机风送系统优化设计与试验

针对传统风送式喷雾机风送距离短与药液浪费的问题,设计一种适用于传统果园喷雾机的轴流式风送系统。通过设置不同风筒导叶的安装角、数量、长度和锥形多出口装置的锥度、出口布局方式,进一步引导风送系统气流场,并建立相对应的气流场分布模型。通过对比选取风送系统的最佳优化设计方案,并开展了验证试验。试验结果表明,风筒导叶参数对出口风速影响的显著性由大到小为长度、安装角、数量,锥形多出口装置出口布局方式对出口风速的提升效果明显;当风筒导叶安装角为10°,数量为6,长度为20 cm,且锥形多出口装置锥度为2.25、出口布局为A型时,风送系统出口风速及均匀性达到最优,所建立的模型出口风速与试验值相对误差为4.66%和变异系数为3.63%,验证了数值模拟结果的可靠性。在此基础上,通过喷雾机外流场试验可得,射流边界范围随着出口直径和转速的增加而增大,风送距离也随之增大,当风送距离0～2 m,风速大于5 m/s,衰减幅度明显,当风送距离大于2 m时,气流衰减较为平缓,风速距离4 m处风速达到1.5 m/s左右。优化后轴流式果园喷雾机风送系统结构合理,气流均匀性、风速、边界和射程等方面均满足果园植保机械需求,研究...     

ARBUS270果园弥雾机内部风场的数值模拟分析

通过对ARBUS270果园弥雾机内部风场的数值模拟分析,找出其内部风场速度变化情况.由模拟结果可知,在入口风速为8m/s时,出口的风速最高可达14.9m/s,平均风速为13.4m/s.而且,在增加导流器的情况下,弥雾机内部风场可以很快地形成均匀、稳定的流场.     

3WZF-400A型果园风送喷雾机改进设计

3WZF-400A型果园风送喷雾机通过安装直线导流板引导了气流速度场,在一定程度上解决了传统轴流式风送喷雾机农药浪费以及防治效果差的问题,但仍无法使靶标区域的气流速度分布与作物冠层轮廓匹配。本文以计算流体力学为手段,对该型喷雾机进行了改进设计。通过设置不同数量和角度的短导流板进一步引导喷雾机气流场,并建立了对应的气流速度场分布模型。通过对比选取最佳的改进设计方案,并进行了试验验证与喷雾性能测试。研究结果表明,当短导流板数量为2,喷雾机导流板角度组合为45°、15°、-15°和5°,且风机风速为20m/s时,在靶标处的气流速度分布能够与作物冠形轮廓匹配,所建立的模型能够较准确地模拟喷雾机实际气流速度场的分布。在此基础上以雾滴覆盖率为指标评价了改进设计后的喷雾机喷雾性能,并与改进前的喷雾机喷雾性能作对比,结果表明雾滴能够在垂直平面内按照作物冠形合理分布。     

果园喷雾机五指式喷筒流场数值模拟与分析

为提高果园风送式喷雾机喷幅及整体施药效果,在课题组前期研究基础上设计了一种新型五指式喷筒。通过CFD仿真模拟对五指式喷筒内部的流场进行数值分析,对不同风机转速下喷筒进出口风速和Z=0截面上速度、压力展开对比分析。仿真结果表明:在风机3个转速下(1 450、1 080、960r/min),喷筒进口风量随风机转速的增大随之增加;各个转速下喷筒进出口流量差值很小,从而确定仿真结果可靠;五指式喷筒各个出风口风量相等;五指式的喷筒中气流出现紊流的区域较小,风速分布均匀,五指式喷筒内部压强分布均匀,各出风口之间变异较小。减少了风机能量损失,扩大喷雾机喷幅,满足了果园风送喷雾机的设计要求。     

双出风口四风道清选装置内部气流场仿真及试验

针对传统水稻联合收获机普遍采用的单出风口三风道清选装置在收获喂入量8.0~9.0kg/s时存在清选损失率显著提高、籽粒含杂率增加、效率降低等难题,首先运用CFD软件对课题组研发的双出风口四风道清选装置和传统单出风口三风道清选装置进行了内部气流场数值模拟及对比分析,得出双出风口四风道清选装置内部气流场分布对收获喂入量8.0~9.0kg/s工作环境具有更好的适应性。在已搭建的试验台上布置了42个气流速度测点对双出风口四风道清选装置进行多因素正交内部气流场测量试验,结果表明:双出风口四风道清选装置的鱼鳞筛开度为18mm、分风板倾角Ⅰ为28°、分风板倾角Ⅱ为20°时,振动筛上方前、中部整体气流速度达到最大且后部气流速度回升幅度最大,有利于提高清选性能和效率。     

3WF-8型风送式果园喷雾机性能优化与改进

通过了解喷雾机内部风场的分布情况,并且根据风场的分布及实际情况,制定优化喷雾机内部风场的有效方案,最后通过试验证明优化效果.同时,结合三维实体建模与数值模拟分析,发现喷雾机管道内部的拐弯处存在涡流,说明拐弯处除了弯管本身的损失外还有涡流产生的压力损失和动能损失.试验结果表明:增加导流器后,风场的均匀性明显提高.喷雾机左侧风速提高了10.6%,右侧风速提高了1.5%,并且优化后,喷雾机左侧和右侧风速大小基本保持一致.     

螺旋风送装置风箱结构设计与试验

基于风箱气流在上下出风口风速差异大、存在风箱出风均匀性差，以及整机施药时液滴分布不均匀的问题，提出运用风箱进风口和出风口的布置、尺寸改变气流流向的方式并设计了一种风箱。利用SolidWorks和Fluent搭建仿真模型，设计三因素三水平正交试验优化风箱内部结构布置和流体分布状态，以入口风速、入口位置、圆角半径为变量，以各出风口风速变异系数作为评价指标，将正交试验结果利用Design-Expert进行方差分析和响应曲面分析。试验结果表明：对风箱出风口风速变异系数影响主次顺序为入口风速、入口位置、圆角半径，入口风速为30m/s,圆角半径为5mm,入风口位置为O点，各个出风口出风速度变异系数小，出风均匀性好，仿真与实际测试值线性相关且仿真结果准确。     

风送喷雾气流衰减与扩展规律分析与试验

针对果园风送喷雾对气流的特定需求,为了明确喷雾机出口处到果树冠层间的气流分布规律,在环向出风式喷雾机基础上,采用量纲法理论分析喷雾气流的轴向速度衰减规律、射流扩展规律,并在Ansys 15.0 Fluent平台上选用Realizableκ-ε模型仿真了初速度为10、15、20m/s下的衰减与扩展规律。同时,结合试验数据建立了喷雾气流衰减模型uc=0.5 7 8 u0x^-0.5,模型显著性检验F值小于临界值;气流边界扩展模型b=0.154 x,模型的决定系数为0.972 4。该研究可为果园风送喷雾机设计及气流场分析提供参考。     

可移动微型低速风洞的设计与试验

针对大型风洞造价昂贵,开机成本高且实验段风速稳定性较差,对低成本热敏风速传感器、集沙仪、皮托管等设备的测量、检验及标定等工作带来不便等问题,结合风洞设计原理,采用小体积多叶风机及高性能变频调速器,设计了一种能够快速准确地提供稳定风源的低成本可移动微型低速风洞,并通过增加大角度扩散段的方法提高收缩比。该风洞为圆形闭口低速风洞,总体尺寸长2.63m,入口直径60mm,实验段直径0.12m、长0.3m,稳定段直径为0.3 6 m、长0.3 6 m;采用铝箔厚0.0 6 mm的六边形蜂窝器和3层阻尼网对气流进行整流,获得相对稳定均匀的流场。实验表明:该风洞入口风速为0~38.6m/s,实验段风速0~17.6m/s,风速精度达0.2m/s;实验段内部气流均匀性和稳定性较好,中心截面处边界层厚2.26mm,沿气流方向静压梯度小,流场稳定部分占其截面积的70%以上,满足实验设计要求。     

基于CFD的多风道风送喷雾流场数值分析与试验研究

为研究果园喷雾机的气流和雾滴沉积分布情况,通过数值分析与试验相结合的方法,研究了一种适用于果园植保的多风道风送喷雾系统气流场和气液两相流场分布规律。研究结果显示,该多风道风送喷雾系统的外部气流场分布较为均匀,喷射出风口出口处的气流速度试验值与仿真值相对误差＜13.7%,随着测量距离增大,气流速度逐渐衰减,其绝对误差基本在0~2 m/s。雾滴场在-0.6~0.6 m喷雾区域内雾滴沉积量（百分比）的仿真值和试验值相对误差＜14%,数值分析结果较为准确地反映风送喷雾系统的气流分布和雾滴沉积特征。      

不同飞行参数下八旋翼植保无人机下洗气流场对雾滴沉积分布特性的影响

近年来,应用植保无人机防治农业有害生物已成为中国植保机械发展的一大新亮点。无人机旋翼提供飞行升力的同时具有下洗气流场,低空低量施药作业雾滴沉积分布质量优劣与旋翼下洗气流场的作用密不可分。为探究植保无人机旋翼下洗气流场对喷雾效果的影响,本研究以当前植保无人机主流机型——“X型”布局八旋翼无人机为研究对象,采用实际作业测试方式,利用微气象测量系统测定无人机飞行状态下旋翼下方不同水平位置下洗气流场风速,同时采用诱惑红示踪剂水溶液代替农药喷雾获取喷雾沉积分布情况,重点对下洗气流场分布实测结果进行可视化分析,包括不同飞行高度、不同速度下旋翼下洗气流场分布特性与雾滴沉积分布特性以及二者的相互关系。测试结果显示：八旋翼植保无人机飞行过程中随着飞行速度加快（1.0~6.0 m/s）和飞行高度升高（1~2 m）,冠层位置X、Y、Z三向下洗气流场总体表现为气流强度由强到弱、分布状态由集中到分散的变化趋势;X方向气流来源于下洗气流与外界空气相互作用产生的卷扬气流,对喷施雾滴的作用为逆飞行方向;Y方向为下洗卷扬气流以及地面效应共同作用的结果,对雾滴的作用为垂直于航线朝向两侧;Z方向为下洗气流竖直向下方向分量,对雾滴下降沉积具有直接促进作用;飞行速度与下洗气流场范围内风速峰值（P＜0.05,r=-0.836）和有效喷幅内平均沉积量（P＜0.05,r=-0.833）均表现出显著负相关;在飞行速度为1.0 m/s和3.0 m/s时,雾滴沉积量与下洗气流场风速均呈现极显著正相关关系（P＜0.01,r＞0）,即垂直地面方向的下洗气流场越强,有效喷幅内沉积的雾滴越多;速度加快至6.0 m/s,风速显著降低,气流场对雾滴沉积的促进作用逐步消失（P＞0.05）。因此,植保无人机作业时飞行速度不应设置超过6.0 m/s,避免因下洗气流场作用减弱而导致雾滴损失。本研究结果可为改善低空低量施药作业质量和无人机田间作业规范的制定提供技术参考和支撑。     

喷杆喷雾机风助风筒流场分析与结构优化

针对气流辅助式喷杆喷雾机的风助风筒原始设计中存在耗气量大、效率低、风速变异系数大的缺点,采用计算流体动力学（CFD）对风助风筒内外流场的三维区域进行了仿真。仿真结果表明：原型风筒内流场存在强旋流、流道窄的缺点,并导致工作外流场风速变异系数大。针对上述两种流场的问题,提出改进设计方案：对于外流场风速变异系数大的问题,采用减小出口尺寸和出口间距,可大大减小风速变异系数,但不能从根本上改变流场结构;为克服内流场强旋流、流道窄的不足,在上述结构参数优化基础上,增加导流板装置,减小速度变异较大区域的出口间距,最终优化结果满足设计要求。样机试验表明设计方案实现了高效和风速变异小的风幕。     

热风干燥装置设计与试验

根据果品干燥特性和热风干燥原理及特点,在分析热风干燥工艺基础上,完成了燃煤热风炉、挡风板和控制系统等主要工作部件及整机的热风干燥装置结构设计,并进行了试验。试验结果表明:将挡风板垂直安装,宽度分别为5、7、10、12cm,距隔板距离分别为0.9、1.9、3.8、5.7m时,干燥室内的风速比较均匀,此时在A面测得各风道处风速在1.5~1.53m/s的范围内变化。同时,以杏子为研究对象进行干燥试验,将杏子湿基含水率降到15%以下需要64 h,干燥室内干燥不均匀度小于3%,符合结构设计要求。     

3MG-30型果园弥雾机的研制与试验

研制了一种与小四轮拖拉机配套的、适用于标准化果园植保作业的机载果园型弥雾机，对该机各项性能指标进行了试验与分析。试验结果表明，与其他类型喷头相比，按一定排列组合的空心雾锥喷头在与风机配合使用进行药液的2次雾化时具有更好的喷雾量分布和雾滴分布均匀性；小于35m/s的风机出口风速所产生的梯度气流使枝叶扭转与退让，并使雾滴的穿透性和树内沉积量增加，提高了作业质量和机组生产率。     

果园风送喷雾机性能对比试验

为探究果园静电风送喷雾机与传统风送喷雾机性能差异,预估施药过程各运行参数之间的相互关系,根据风送喷雾机试验方法国家标准,对3WFQ-1600型传统风送果园喷雾机和3WFQD-1600型静电风送果园喷雾机进行雾滴垂直分布对比试验,对喷雾距离、喷雾压力、喷头型号和冠层垂直高度进行不同水平设定并进行试验,运用SPSS软件分析雾滴沉积量和雾滴沉积分布情况。结果表明:3WFQ-1600型传统风送果园喷雾机在喷雾距离1.0~2.0m的范围内对雾滴沉积分布量无显著影响,靶标高度对雾滴沉积影响最大;3WFQD-1600型静电风送喷雾机在喷雾压力1.0~2.0MPa范围内对雾滴沉积分布量无显著影响,靶标高度对雾滴沉积影响最大;3WFQD-1600型静电风送喷雾机与3WFQ-1600型传统风送果园喷雾机相比,雾滴由于受静电场力的作用,垂直沉积分布更加集中,垂直分布均匀性也相对稳定。     

气流雾滴胁迫和冠层孔隙变化对沉积性能影响解耦研究

气流辅助喷雾中气流导致的冠层孔隙变化和对雾滴胁迫作用的影响是耦合的,两者最终影响雾滴沉积性能,明晰两者的耦合比例对沉积性能的影响,可为风送参数优化和喷雾模式改进提供指导。本文以盛花期棉花为研究对象,通过设计解耦试验方案,分析气流辅助施药过程中气流雾滴胁迫和冠层孔隙变化对雾滴沉积行为的不同影响。首先,借助高速相机标定棉花枝叶风载下的变形量,得到气流速度、叶面积、变形量三者间的拟合关系,通过仿真叶片风载变形试验得出,仿真叶片与真实叶片的风载变形相对误差在17%之内,从而确定了仿真枝叶模型应用于风送喷雾试验的可行性;然后,基于棉花生长发育的枝叶构型3/8规律,搭建冠层孔隙可风载变形的方案1棉花模型,测量方案1棉花冠层内气流场数据,计算风载后枝叶变形量,并使用物理手段固定枝叶变形量,形成风载变形后冠层孔隙固定的方案2棉花模型,将自然状态下棉花枝叶固定,保持风载下冠层孔隙不变作为方案3棉花模型;最后,针对3种试验方案的棉花模型,通过改变辅助气流风速进行了风送沉积试验。结果表明：相较于冠层孔隙变化,气流对雾滴的胁迫作用更有利于雾滴在冠层内的沉积行为,两者对于雾滴沉积量的提升比例分别为39.81%和10.52%;相比于气流对雾滴的胁迫作用,冠层孔隙增大形成的雾滴运移通道更有利于雾滴在冠层内的均匀分布,两者对沉积均匀性的提升比例分别为42.71%和1.10%。本研究可为基于不同作物冠层孔隙变化特性的新型喷雾模式设计提供参考。