果園風(fēng)送式噴霧機(jī)流場(chǎng)數(shù)值模擬及試驗(yàn)研究.pdf

1、我國(guó)是世界最大的水果生產(chǎn)國(guó)和消費(fèi)國(guó),而病蟲害防治是保證水果豐產(chǎn)豐收的重要環(huán)節(jié),施藥機(jī)械和施藥技術(shù)對(duì)實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)必不可少。近年來(lái),風(fēng)送噴霧技術(shù)在果園植保領(lǐng)域已顯示出其優(yōu)越性,它不僅可以二次霧化霧滴,還可以減少霧滴漂移,增加藥液在靶標(biāo)上的沉積和附著性能,提高施藥工效和農(nóng)藥的有效利用率,減少農(nóng)藥浪費(fèi)和環(huán)境污染,降低生產(chǎn)成本。但我國(guó)在此領(lǐng)域與發(fā)達(dá)國(guó)家相比仍有較大的差距。
　　 以國(guó)家863項(xiàng)目"密植型果園仿形定向施藥技術(shù)研究與裝備創(chuàng)制"

2、(2008AA100903)中的3WZ-700型自走式果園風(fēng)送仿形定向噴霧機(jī)風(fēng)送噴霧系統(tǒng)為研究對(duì)象,利用數(shù)值模擬工具CFD(計(jì)算流體力學(xué))對(duì)風(fēng)機(jī)氣流速度場(chǎng)進(jìn)行了數(shù)值模擬,得到氣流速度場(chǎng)的分布特性,并通過(guò)試驗(yàn)進(jìn)行驗(yàn)證。同時(shí),在風(fēng)送噴霧試驗(yàn)臺(tái)上進(jìn)行風(fēng)機(jī)試驗(yàn)以及噴霧試驗(yàn)研究,用以描述噴霧機(jī)的風(fēng)機(jī)及噴霧性能。本文的主要研究?jī)?nèi)容及相關(guān)結(jié)論如下:
　　 (1)對(duì)風(fēng)機(jī)氣流速度場(chǎng)進(jìn)行模擬研究。使用前處理器GAMBIT軟件建立風(fēng)機(jī)的物理模型,選用

3、標(biāo)準(zhǔn)κ-ε湍流模型,利用CFD軟件FLUENT,結(jié)合適宜的邊界條件和初始條件,對(duì)風(fēng)機(jī)氣流速度場(chǎng)的分布特性進(jìn)行數(shù)值模擬.結(jié)果表明,三種風(fēng)機(jī)出口風(fēng)速17.94m/s,18.94 m/s,20.84 m/s對(duì)氣流速度場(chǎng)的分布特性無(wú)明顯影響。流場(chǎng)區(qū)域中,下方區(qū)域的氣流受導(dǎo)流板影響明顯,沿著導(dǎo)流板方向的氣流速度最大。由于導(dǎo)流板改變了水平方向的分速度,增加了垂直方向的分速度,使得霧滴穿透底部枝冠層的同時(shí),無(wú)法到達(dá)底部冠層而沉降到地面的霧滴量減少。上

4、方區(qū)域的氣流受導(dǎo)流板影響不大,垂直方向的氣流分速度較大,可以將霧滴輸送到果樹冠層的頂部,改善噴霧作業(yè)中藥液的分布均勻性和霧滴覆蓋率。這種氣流速度場(chǎng)的分布特性與靶標(biāo)特性相一致,可以實(shí)現(xiàn)噴霧的有效定向沉積.
　　 (2)在風(fēng)機(jī)試驗(yàn)臺(tái)上利用風(fēng)速計(jì)測(cè)量風(fēng)機(jī)氣流速度場(chǎng),對(duì)其分布特性的模擬結(jié)果進(jìn)行驗(yàn)證。結(jié)果表明,流場(chǎng)區(qū)域中,試驗(yàn)值與模擬值變化趨勢(shì)一致,三種風(fēng)機(jī)出口風(fēng)速17.94m/s,18.94 m/s,20.84 m/s條件下的氣流速度場(chǎng)

5、分布特性一致,離風(fēng)機(jī)不同距離的垂直截面上的最大風(fēng)速分布有差異。這種分布特性與實(shí)際果園的果樹冠形相匹配,更利于果園風(fēng)送定向噴霧機(jī)將農(nóng)藥?kù)F滴送至樹冠內(nèi)部,同時(shí)降低農(nóng)藥?kù)F滴的漂移率,提高農(nóng)藥有效利用率.
　　 (3)噴霧壓力、出口風(fēng)速、導(dǎo)流板角度等是影響噴霧性能的重要因素。為研究各因素對(duì)噴霧性能的影響,在風(fēng)送噴霧試驗(yàn)臺(tái)上進(jìn)行霧滴直徑分布、噴頭流量測(cè)定以及垂直面內(nèi)霧量分布試驗(yàn)。結(jié)果表明,噴霧壓力越大,其出口霧滴直徑越小,不同的噴霧壓力對(duì)

6、霧滴直徑沿射程分布有顯著影響。有風(fēng)送時(shí)的霧滴直徑明顯小于無(wú)風(fēng)送條件下的霧滴直徑。在沿射程1-4m范圍內(nèi),三種出口風(fēng)速17.94m/s,18.94m/s,20.84 m/s條件下的霧滴直徑無(wú)明顯差異。噴頭具有很好的均一性,不同噴霧壓力下,各噴頭差異性均不超過(guò)5％。有無(wú)風(fēng)送對(duì)垂直面內(nèi)霧量沉積有明顯的影響。不同的導(dǎo)流板角度在垂直截面上霧量沉積不一樣。不同垂直截面上的霧量分布曲線與風(fēng)速分布曲線一致,均呈樹冠形,更利于提高噴霧質(zhì)量。
　　

7、 (4)風(fēng)送條件下,對(duì)不同作業(yè)速度下果樹冠層霧滴沉積分布進(jìn)行了試驗(yàn)研究。試驗(yàn)結(jié)果表明,霧滴沉積隨著作業(yè)速度的增大而減少,樹葉正面霧滴沉積遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于樹葉反面霧滴沉積。靠近噴霧裝置一側(cè)(冠層前)的霧滴沉積遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于與噴霧相背一側(cè)(冠層后)霧滴沉積。不同的采樣高度上,霧滴沉積呈"上層>中層>下層"的規(guī)律。通過(guò)對(duì)不同作業(yè)速度霧滴沉積分布回歸分析得到,冠層前霧滴沉積隨著作業(yè)速度的增大顯著降低,采樣高度1.2m樹葉正面霧滴沉積與作業(yè)速度呈反比,作業(yè)速度