喷雾机械的喷雾均匀性试验研究

文章通过试验研究,分析了喷头的喷雾均匀性及其影响因素。借助由哈尔滨博纳科技有限公司开发研制的喷雾性能综合试验台,通过试验平台测试了变量喷雾喷头的喷雾均匀性;研究和测试影响变量喷雾喷头喷雾分布均匀性的主要因素和变化规律;对影响系统喷雾分布均匀性的几个主要因素通过正交试验进行了相应水平的试验测试,进行了标准偏差的分析和比较;最终产生了影响喷头喷雾均匀性各主要因素不同水平的最优组合。     

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.     

压力式变量喷雾喷头特性研究

通过试验得到了标准平面扇形喷雾防漂移喷头在不同压力下喷雾的均匀性、喷雾雾锥角及喷雾粒径的数据参数,分析了其变化规律。结果表明:基于压力变量喷雾的调节区间约为2(1.54/0.82);随喷雾压力的增大,喷雾均匀性的喷量向两侧分散的趋势显著,雾滴粒径减小明显,雾锥角的变化率为0.62°/%;压力对喷雾性能的影响极大,但在一定的压力变化范围内,喷雾性能的变化符合工程、农机、农艺的要求(25%左右),且可以节约一部分能源。因此,大力研发和改进推广压力式喷头是压力式精准变量喷雾技术大规模应用的关键。     

喷杆式果树苗圃打药机喷头间距设置与研究

应用喷雾性能综合试验台对喷杆式果树苗圃打药机的喷头特性进行综合测试,得出单喷头在工作压力为0.4MPa时的喷量、雾锥角以及不同作业高度下喷雾量的分布情况。采用单一变量法进行多喷头喷洒实验,对实验数据进行对比分析知,当喷头距离靶标的高度为500mm,喷头间距为550,600mm间隔布置时喷洒效果最佳。同时,利用综合试验台对该布置形式下多喷头喷洒均匀性进行了测试,效果良好。根据苗圃行间距的变化规律,调整喷头在喷杆上的布置间距,能够确保药液有效地沉积在苹果苗植株上,减少了药液浪费,减轻了药液对土壤环境的危害。     

基于PWM变量喷雾的单喷头动态雾量分布均匀性实验

为研究PWM变量喷雾系统的动态雾量分布均匀性特点,以胭脂红溶液为喷雾试剂,在输送带上放置矩阵式集雾穴盘收集雾滴,采用浓度-吸光度法测量雾量沉积浓度,对单个喷头分别测试了不同PWM频率、PWM占空比和喷雾压力对总体区域、喷雾前进方向和喷杆方向上雾量分布均匀性的影响。研究发现,相较于喷杆方向,PWM频率对单喷头在喷雾前进方向上的雾量分布均匀性影响更大,某一速度条件下PWM频率的最小值应至少保证喷雾的连续性,且无需过大,从而保证电磁阀的使用寿命;当PWM占空比增大到一定值使喷雾流量基本稳定时,PWM占空比的继续增大可同时提高单喷头在喷雾前进方向和喷杆方向上的雾量分布均匀性,而在PWM占空比增大到该定值之前,仅对喷雾前进方向上的雾量分布有明显影响;在雾化效果较好的前提下,喷雾压力对单喷头在喷雾前进方向和喷杆方向上的雾量分布均匀性均有较大影响,且影响效果相反,主要因为随着喷雾压力的增大,雾量更多地向喷杆方向上的两侧和喷雾前进方向上的中间聚集。     

不同工况对喷灌水量分布的影响

为了探究不同工况对射流式喷头喷灌水量的影响,通过对射流式喷头在不同组合间距和工作压力下的水量分布数据进行分析,拟合出了喷头在不同工作压力及组合间距下的降水强度,采用克里斯琴森均匀系数和分布均匀性系数计算了相应的喷灌均匀度.结果发现喷头组合间距在1.0R~1.4R变化时正方形组合喷灌的CU值随喷头间距的增大呈下降趋势,CU值均大于70%;1.0R和1.2R组合间距下正方形组合喷灌低值区域的占比比三角形组合高,而1.4R的组合间距则与上述相反;当压力由0.1 MPa升至0.3 MPa时三角形组合喷灌区域的灌水峰值随着压力的增大呈先减小后增大的趋势;在正方形组合形式下增大工作压力有利于提高喷洒区域内的均匀性;压力损失并不总是降低喷灌的均匀性,0.2~0.3 MPa压力下,10%的压力损失对喷头喷灌均匀性几乎没影响;射流式喷头1.4 m安装高度、0.25 MPa压力下宜采用1.4R间距的三角形组合.     

PWM变量控制喷头雾化特性研究

为研究基于高频电磁阀的变量喷雾系统对不同喷头的喷雾特性的影响,选取Lu120-02扇形、TR80-02型锥形和AD120-02型防漂3种不同喷头,采用基于高频电磁阀的变量喷雾系统,通过改变脉宽调制(PulseWidth Moderation,PWM)控制信号,测试了不同喷头在不同频率和占空比下的流量和雾滴粒径。结果表明:在高频信号下,3种不同类型的喷头流量和占空比均呈线性变化趋势,且和频率呈正相关性; AD120-02型喷头流量调节倍数在相同测量条件下均大于其余两种类型喷头,在10Hz达到最大调节倍数2.01倍; 3种喷头的雾滴的体积中值中径和控制信号的占空比、频率呈负相关性趋势变化; TR80-02号喷头雾滴分布相对跨度和粒径变化幅度均最小,其雾滴分布展现出最好的稳定性和均匀性。     

航空双喷嘴静电喷头的设计与试验

针对航空静电喷雾装置采用的双喷嘴静电喷头进行了结构设计,从理论上分析了双喷嘴环状电极诱导的空间电场对雾滴粒径及荷电效果的影响。建立了泵-喷头-粒径分析-荷质比测量系统,对双喷嘴静电喷头的喷雾特性进行了试验分析。试验表明,当充电电压为10kV时静电喷雾可以产生分布均匀、平均体积中径为81.8μm的小雾滴,并可获得2.65mC/kg的最大荷质比。     

面向设施农业的背负式喷杆喷雾机结构改进与性能试验

针对设施农业病虫害问题更加突出,而植保喷雾机械仍以背负式手动喷雾机为主等现象,对常规背负式喷雾机的混药方式和喷杆结构进行改进,采用后混式在线混药,设计具有伸缩、展叠、升降等功能的喷杆架,可实现多喷头组合式喷雾。同时对改进后的喷雾机雾量分布均匀性进行试验,结果表明,喷雾机工作压力为0.4MPa,喷雾高度为750mm,喷头间距为500mm。喷杆水平布置时多喷头雾量分布变异系数为5.8%,均匀性较好,垂直布置时雾量分布变异系数为15.5%,虽略高于国家标准,但可通过增加喷雾压力或调节喷头间距满足喷雾均匀性要求。该设计既具有手动喷雾机结构简单、携带轻便的特点,又具有大型喷雾机施药精准、工作效率高的特点,适合设施农业的工作环境和病虫害防治。     

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。     

农用无人机喷头类型及其在农业航空中的应用

近年来,农业航空植保技术得到了快速发展和广泛应用,其喷雾效果的好坏与雾滴粒径大小、雾滴飘移及沉降速度等因素密切相关。其中,雾滴粒径主要是由喷头类型决定的,是农药喷雾技术中相对容易控制的参数,也是直接影响到农用无人机喷雾质量及作业效果的关键因素之一。为了减少环境污染,节约农药资源,提高喷施效率,解决当前农用无人机在农业领域的发展问题,课题组阐述了农业航空喷洒中常用的喷头种类,并且指出了不同喷头类型对农业航空喷施质量产生的不同影响,最后根据农业航空喷施的特点,提出了可控雾滴施药技术是无人机喷头发展重要趋势的论断。研究结果表明：在农药喷洒技术中,雾滴直径是最容易控制的因素,它的大小对喷洒的品质和病虫害的防治效果有很大的影响;为了减少环境污染,达到最好的病虫害防治效果,还应对喷雾颗粒尺寸进行适当的控制。     

圆锥形喷头喷雾二维分布均匀性试验研究

喷雾均匀性是喷头性能的重要指标之一,针对圆锥形喷头设计了正交试验,通过直观分析、方差分析和回归分析的方法,研究了喷头类型、喷雾压力、喷头高度对分布变异系数的影响。在喷雾均匀性自动化检测装置上完成试验,结果表明:3个因素的影响显著性由大到小的次序为喷头类型(T)、喷头高度(H)、喷雾压力(P);最优组合为:喷头类型TeeJet D5,喷雾压力0.3MPa,喷头高度250mm。     

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.     

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%。     

出口可调式变量喷头喷灌均匀性

以喷洒域形状和水量分布均匀性为指标研究变量喷头的喷灌均匀性,分析了影响PY2系列喷头射程和水量分布的关键因素,得知改变单一参数的变量喷头喷灌均匀性较差.为提高变量喷头的灌溉均匀性,设计了出口可调式的变喷洒域喷头,使用流量调节机构改变喷头工作压力,使用出口调节机构改变喷头出口面积,通过出口面积和喷头工作压力的同步调节实现均匀喷洒.测试了出口可调式变量喷头的水力性能,对比了圆形喷嘴变量喷头和出口可调式变量喷头水量分布,出口可调式变量喷头不同射程处喷灌强度相近,喷洒性能优于圆形喷嘴变量喷头.计算了变量喷头的方形喷洒域系数和不同间距下的组合灌溉均匀性,结果显示BPY20变量喷头的方形喷洒域系数为97.8%,最佳组合间距为1.66,组合灌溉均匀性为75.4%;BPY30变量喷头的方形喷洒域系数为91.5%,最佳组合间距为1.69,组合灌溉均匀性为77.2%.     

PWM变量喷雾系统动态雾滴分布均匀性实验

由于PWM变量喷雾作业过程中喷头不连续作业,喷雾的均匀性特别是喷雾机运动方向上的均匀性较难控制,为此通过高速电磁阀、不锈钢压力罐、压力传感器、气泵、调速输送带等构建了一套动态PWM变量喷雾实验平台,并对该平台动态喷雾雾滴分布特性进行实验研究。采用水敏试纸作为获取动态雾滴分布状态手段,通过图像处理技术以区域内雾滴覆盖率的变异系数作为动态雾滴分布均匀性判定指标,评估了在不同PWM控制信号频率、不同PWM控制信号占空比及不同喷雾压力下的单个喷头动态雾滴分布均匀程度。经实验表明,变异系数随控制信号占空比的增大而减小,控制信号频率对动态喷雾雾滴分布均匀性有较大影响,变异系数随控制信号频率增大而减小,喷雾压力对变异系数影响较小,喷雾压力越大变异系数越大。     

高沉积静电喷雾装置试验研究

为了有效提高温室植保作业中药液雾滴在植株上的沉积率,提出了一种集高压静电喷雾技术、轴流风送技术于一体的高沉积静电喷雾装置,在实验室环境下对该装置进行了测试,获取了轴心风速、粒径和沉积率的相关信息,并进行了分析．试验结果表明：轴向气流可以有效提高喷幅,并且在距离喷头较近处,其对于提高药液雾滴的沉积率有着更明显的作用;在工作压力为0．4MPa,静电电压为40kV,静电与风送的配合下可以获得较小的雾滴粒径,并且距离喷头越远,粒径在总体上越小;轴向气流对于较小雾滴的筛出及输送作用,使得轴向喷雾范围中部的雾滴能够获得相对较好的粒径分布均匀性;植株与喷头的不同距离对应于静电与风送之间不同的配合效果,从而影响药液雾滴的沉积率,当植株与喷头之间拥有合理的距离时,药液雾滴能够获得较高的沉积率,对于本装置,在合理的距离下,可获得不小于50％的沉积率．     

风幕式喷杆喷雾雾滴特性试验

为了研究不同工作参数对风幕式喷杆喷雾雾滴粒径和速度分布的影响,本文运用PIV和Winner318型激光粒度分析仪对不同工况下的风幕式喷杆喷雾气液两相流场进行了测试,分别对雾滴粒径、速度分布进行试验测试并利用正交试验分析和讨论。结果表明:风幕出风口风速、风幕出风口与喷头相对位置对风幕式喷杆喷雾雾滴粒径影响显著,风幕出风口风速对风幕式喷杆喷雾雾滴运动速度影响显著,改变水平距离对雾滴运动速度的影响较为显著。通过正交试验得出风幕式喷杆喷雾雾滴粒径和速度最佳工况:在喷雾压力p=0.5 MPa下,喷头与风幕出风口的水平距离Dx=60mm、喷头与风幕出风口的垂直距离Dz=190mm、喷头角度θ=5°、风机转速n=2 746r·min-1。该研究可为进一步研究风幕式喷杆喷雾雾滴特性及风幕式喷杆喷雾机的研发提供参考。     

摇臂喷头低压掺气情况下田间组合喷灌试验研究

为了对比掺气喷头与摇臂喷头对灌水均匀性改善的效果,采用田间组合喷灌试验的方法对比了两类喷头在较低工作压力时的性能.采用平均喷灌强度和喷灌均匀系数为主要评价指标,其中对于喷灌均匀系数主要讨论了工作压力和组合间距的影响.试验结果表明:掺气喷头和摇臂喷头的平均喷灌强度理论值与试验值差异在5%左右,说明低压、微风环境下试验的蒸发漂移损失小.在组合喷灌间距均为1.0R时,掺气方法提高喷灌均匀系数,使均匀系数达到并超过标准中规定的75%的要求.在1.0R,1.1R,1.2R这3种组合间距情况下,掺气喷头的喷灌均匀系数均高于同型号摇臂喷头2.2%~5.8%.     

气力辅助静电雾化的PIV试验研究

为了研究气力辅助作用下静电雾化的流场特性,采用粒子图像测速技术（PIV）对风速、荷电电压及通气管与喷头间距等参数影响下的喷雾流场进行测量,并结合Tecplot后处理软件对所储存图片进行处理和分析,获得了不同参数下的静电喷雾流场特性.结果表明：通气管和喷头的间距以及风速一定时,不同的荷电电压形成不同程度的卷吸,且电压越大,卷吸现象越明显,卷吸区域沿着喷雾的轴向逐渐向下延伸;通气管和喷头的间距以及荷电电压一定时,随着风速的增大,气动力的主导作用越来越明显,在气流区的卷吸程度逐渐减弱,卷吸现象逐渐消失,卷吸区域逐渐向喷雾核心区收缩;风速以及荷电电压一定时,随着通气管与喷头间距的拉大,雾滴的漂移现象越来越严重,同时喷雾流场的卷吸现象越来越明显并逐渐向喷雾核心区靠近.