噴桿噴霧機風助風筒多目標優(yōu)化設計.pdf

1、目前我國常用的大田噴桿噴霧機在施藥過程中存在農藥飄失嚴重,霧滴在冠層中的穿透性較差、作物中下部沉積少、分布均勻性差、霧滴減飄效果受自然風速影響較大等問題,在借鑒國內外對氣流輔助式防飄噴霧技術的研究基礎上,本文從風助風筒結構參數優(yōu)化、設計安裝新型結構導流器和優(yōu)化多工況控制參數的角度,減少農藥飄失,提高藥物沉積率,研制了基于新型導流器的風助風筒型噴桿噴霧機,防飄效果顯著,并進行了試驗研究和性能測試。具體完成的研究工作如下:
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2、、從理論上分析了氣流輔助式噴桿噴霧機防止霧滴飄失的機理。
　　 2、采用計算流體力學(CFD)技術對風助風筒內流場及工作外流場組成的三維區(qū)域進行了建模和仿真。并對原型風筒流場仿真結果進行了分析,分析表明:原型風筒內流場存在強旋流、流道窄的缺點,導致工作外流場風速變異系數大。
　　 3、針對氣流輔助式噴桿噴霧機的風助風筒原始設計的缺陷,提出了一種集成相關向量機、多目標遺傳算法和模糊推理技術的多目標優(yōu)化設計方法。首先為了增加

3、輔助氣流的減飄和穿透能力,構造出風助風筒的設計優(yōu)化目標函數。利用均勻設計安排試驗方案,并通過流體動力學仿真完成訓練樣本采集。選定相關向量機作為優(yōu)化設計的評估函數。結合多目標遺傳算法,求解出問題的Pareto最優(yōu)解集,建立模糊推理系統(tǒng)獲取問題的最終解。應用CFD驗證經圓整后的最終解,其流速分布均勻性指標得到顯著提高。改進的樣機試驗證明出口平均風速較改進前增加了25.26％,0.5m處平均風速較原始設計提高13.11％,0.5m處風速變異系

4、數提高了35.6％。
　　 4、為徹底克服內流場強旋流、流道窄的不足,在結構參數多目標優(yōu)化設計的基礎上,增加導流器裝置,更進一步優(yōu)化了流場結構,減小損耗,提高效率,使流場在風筒長度方向上具有良好的風速一致性。本文還對兩種不同結構的導流器對風筒的內流場和外流場的影響效果進行對比分析,仿真結果表明圓孔式導流器可大幅提高工作效率但出風口下方0.5米處風速變異系數較大;槽式導流器可小幅提高效率,更能很大程度的減小0.5m處風速變異系數。

5、增加槽式導流器后,樣機試驗風速變異系數5.5％,相比未加導流器風速變異系數降低52.6％。
　　 5、在有風大田作業(yè)時,優(yōu)化的噴霧機工作參數對于減小噴霧機功耗、減少霧滴漂移、提高植物表面的藥物沉積非常重要。為進一步提高農藥利用率、減少農藥施用量,面向噴霧效果的施藥技術應能得到足夠重視。本文采用計算流體力學(CFD)技術,研究噴霧機在自然風影響下,風助風筒氣流流場與離散霧滴在三維區(qū)域內的交互耦合作用,進行了綜合仿真。結果表明:增大

6、風筒氣流出口速度,可以脅迫霧滴向靶標運動,增加霧滴沉積率。為了建立優(yōu)化的噴霧機控制參數,建立了不同自然風速下減飄模型,運用多目標優(yōu)化方法進行了工作參數的優(yōu)化,并通過建立模糊決策支持系統(tǒng)對模型未考慮變量進行工作參數修正。
　　 6、對優(yōu)化設計有導流器的氣流輔助式噴桿噴霧機進行了樣機設計和加工,并通過氣流輔助噴霧和常規(guī)噴霧兩種作業(yè)方式的室內試驗、樣機試驗的對比,評價了有導流器的氣流輔助式噴霧機的風幕風速均勻性、防飄性能和二次霧化性能