【摘 要】
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锥形气流辅助喷雾是利用辅助气流进行防飘、减飘作业的一种创新形式。锥形风场式防飘喷雾装置产生的锥形风场对于减少雾滴飘失、增加雾滴在靶标区域内的有效沉积起到了关键作用,但现有防飘喷雾装置内流道存在气流阻塞现象,进而影响装置整体性能。因此本文从锥形风场式防飘喷雾装置的防飘机理出发,通过CFD仿真和试验方法对该装置的内流道进行了优化设计,通过室内外试验探究优化后装置的雾滴空间分布、运动特性、防飘特性、沉积
【基金项目】
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黑龙江省自然科学基金项目(LH2020E097);
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锥形气流辅助喷雾是利用辅助气流进行防飘、减飘作业的一种创新形式。锥形风场式防飘喷雾装置产生的锥形风场对于减少雾滴飘失、增加雾滴在靶标区域内的有效沉积起到了关键作用,但现有防飘喷雾装置内流道存在气流阻塞现象,进而影响装置整体性能。因此本文从锥形风场式防飘喷雾装置的防飘机理出发,通过CFD仿真和试验方法对该装置的内流道进行了优化设计,通过室内外试验探究优化后装置的雾滴空间分布、运动特性、防飘特性、沉积效果,明晰了锥形风场的防飘机理和作用规律。本文研究的锥形风场式防飘喷雾装置为减少农药飘移,提高农药有效利用率提供了新的途径,也为进一步研究气流辅助喷雾技术在植保领域的应用提供参考。主要研究工作如下:(1)根据流体力学的基础理论并围绕本装置的防飘机理,以CFD仿真结合试验验证的方法,对锥形风场式防飘喷雾装置的内流道进行了优化设计。(2)利用马尔文激光粒度仪对优化后防飘装置的雾滴体积中径进行测试并建立雾滴空间粒径谱;利用PDIA对不同喷雾压力、锥风风速下的雾滴粒径与速度分布进行测试。试验结果表明:锥风风速与雾滴粒径呈负相关关系,且锥形风场通过加剧雾滴破碎雾化和抑制小雾滴卷吸作用改善了雾滴空间分布;当喷雾压力0.3MPa、锥风风速15m/s时,锥形风场对50~150μm的雾滴群影响显著。雾滴的平均速度与喷雾压力、锥风风速均呈正相关,且随高度的下降不断衰减,表明锥形风场可为易飘失的小雾滴补充动能,有助于雾滴沉降。(3)利用风洞对本装置进行防飘特性试验,探究侧风风速、喷头高度、锥风风速对雾滴在空间内飘移量的影响规律。通过多因素正交试验分别建立了垂直方向、水平方向总雾滴飘移量占比的数学模型,证明了锥形风场可有效降低雾滴在空间内的随风飘移。(4)利用植保综合试验台对3种不同型号的喷头进行雾滴分布均匀性试验,探究锥形风场对相邻喷头喷雾质量的影响。结果表明:喷头的雾液量分布变异系数(CV)平均降低了1%,且喷幅均有不同程度的增加。(5)利用室外试验验证不同影响因素下雾滴的沉积效果。与常规喷雾相比,锥形风场对对下层测试区雾滴的沉积量、覆盖率分别提高17.3%和11.5%,表明锥形风场可有效提高雾滴在植物冠层的沉积效果。响应曲面优化结果表明:锥风风速与雾滴沉积量呈极显著正相关,各因素影响程度为:锥风风速>喷雾压力>喷雾高度。当喷雾高度为0.46m,喷雾压力为0.34MPa,锥风风速为16.16m/s时,下层雾滴沉积量达到最优。
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