航空低量窄霧滴譜旋轉(zhuǎn)離心噴嘴霧化性能研究.pdf

1、植保無人機(jī)在我國發(fā)展迅速，但是由于噴灑部件技術(shù)落后，造成霧滴沉積分布不均勻、飄移風(fēng)險高等問題。噴嘴的霧化性能尤其是霧滴粒徑和霧滴譜寬度，直接影響藥液的噴灑質(zhì)量。離心噴嘴由于運(yùn)行可靠、霧滴譜窄、噴幅寬在航空施藥領(lǐng)域有廣闊的應(yīng)用前景。研究離心噴嘴的霧化機(jī)理，為改進(jìn)噴嘴結(jié)構(gòu)、優(yōu)化轉(zhuǎn)杯參數(shù)提供理論支撐和試驗(yàn)依據(jù)，以期獲得滿足航空施藥高空、高速、大流量噴灑條件的窄霧滴譜離心噴嘴。
　　本文主要采用理論分析、數(shù)值模擬與試驗(yàn)研究相結(jié)合的方法，分

2、析了離心噴嘴的霧化過程以及霧滴運(yùn)行軌跡，模擬了離心噴嘴內(nèi)部和外部的流場分布，確定了噴嘴工作參數(shù)，優(yōu)化了轉(zhuǎn)杯結(jié)構(gòu)參數(shù)。主要研究內(nèi)容如下：
　?。?）通過對比液力噴嘴和離心噴嘴的霧化原理，選擇更適合航空噴灑的離心噴嘴作為研究對象。噴嘴的霧化性能直接影響施藥作業(yè)的噴灑質(zhì)量，設(shè)計(jì)了離心噴嘴霧化機(jī)理的研究方法與實(shí)施方案。
　?。?）為獲得窄霧滴譜的離心噴嘴，提出了把噴嘴的霧滴體積中徑和霧滴譜寬度作為衡量轉(zhuǎn)杯離心霧化噴嘴霧化性能的評價指

3、標(biāo)。在確定了試驗(yàn)的工作條件和采樣點(diǎn)位置的基礎(chǔ)上，采用方差分析和均值比較的統(tǒng)計(jì)方法，得到轉(zhuǎn)杯的最佳溝槽形狀為方形。轉(zhuǎn)杯直徑和齒數(shù)對霧滴體積中徑和霧滴譜寬度影響顯著，正確組合直徑和齒數(shù)，能夠獲得窄霧滴譜的離心噴嘴。根據(jù)二次回歸正交旋轉(zhuǎn)設(shè)計(jì)以及SAS軟件響應(yīng)面分析，得到霧滴體積中徑和霧滴譜寬度的二次回歸模型。決定系數(shù)R2分別為0.803和0.834，回歸模型擬合良好。優(yōu)化后的轉(zhuǎn)杯結(jié)構(gòu)形狀是：直徑為65mm，齒數(shù)為168個。霧滴體積中徑和霧滴譜

4、寬度的模擬值分別為165.6μm和102.1μm，滿足航空低量噴霧對霧滴粒徑的要求。
　　（3）在明確離心噴嘴的結(jié)構(gòu)、工作原理的基礎(chǔ)上，使用四階標(biāo)準(zhǔn) Runge-Kutta算法，基于Matlab平臺數(shù)值求解霧滴運(yùn)動微分方程，得到霧滴在空氣中的運(yùn)動軌跡，以及霧滴水平速度和豎直速度的變化規(guī)律。數(shù)值求解的方法解決了復(fù)雜微分方程難以獲得解析解的問題。
　?。?）采用RNG k-ε模型算法，基于CFD平臺模擬了轉(zhuǎn)杯內(nèi)部流場的分布規(guī)律和

5、外部流場的沉積分布規(guī)律。轉(zhuǎn)杯內(nèi)部液體流場的分布以及霧滴沉積量分布范圍的邊緣半徑隨著旋轉(zhuǎn)角度的增加而先增大后減小。
　　（5）采用變頻器調(diào)整電機(jī)轉(zhuǎn)速，采用回水閥穩(wěn)定噴灑液體的流量和壓力，設(shè)計(jì)并搭建了離心霧化試驗(yàn)臺。試驗(yàn)研究了噴嘴的霧化形狀、霧滴沉積量分布規(guī)律。由于入水口偏置，以入水口為起點(diǎn)，霧化半徑、霧滴沉積量及霧滴粒徑隨著轉(zhuǎn)杯的旋轉(zhuǎn)方向逐漸增加，當(dāng)?shù)竭_(dá)一定方位后又逐漸減小。霧滴水平位移的理論值、沉積分布邊界的模擬值與有效落點(diǎn)試驗(yàn)值