【摘要】：風幕式噴桿噴霧施藥是農業(yè)植保作業(yè)中的重要技術,能夠大幅度提高農藥使用效率、減少霧滴飄移量。對風幕式噴桿噴霧氣液兩相流特性進行研究與參數優(yōu)化,為噴霧參數的設計優(yōu)化提供理論依據,將能實現以最低的成本、最快的速度促進噴桿噴霧施藥質量的提高。為此,本文在閱讀大量國內外文獻的基礎上,對風幕式噴桿噴霧氣液兩相流動特性進行了實驗研究、仿真模擬和參數優(yōu)化,并開展了多工況優(yōu)化及田間試驗驗證工作。本文的主要成果如下：建立了風幕式噴桿噴霧氣液兩相流測試系統,系統由風幕、噴桿噴霧調節(jié)裝置、PDPA等部分組成,能夠對風幕風機轉速、噴霧壓力、風幕出口與噴頭的相對位置和輔助氣流角等工況進行調節(jié),實驗得到噴霧霧滴群的平均粒徑、噴霧霧化角以及霧滴速度分布等特征參數。通過實驗獲得以下結果：在相同條件下,風機轉速的增加,霧滴離開噴頭后在x方向的分速度不受影響,y方向的分速度分量減少,z方向的速度分量增加；隨著噴霧壓力的增加,霧滴在x方向的分速度不受影響,y方向的分速度分量增加,z方向霧滴的速度分量增加；隨著風機轉速的增加,霧滴的平均粒徑增大、數量減少,霧滴粒徑分布的變異系數減��；噴霧壓力的增加,霧滴平均粒徑減少,數量增多,在噴霧壓力為0.5MPa時,風機轉速對霧滴z方向速度分量及霧滴數量的影響非常顯著；隨著風幕出風口與噴頭的垂直距離增大,霧滴在z方向的分速度均分量減小,霧滴平均粒徑減��；隨著風幕出風口與噴頭的水平距離的增加,霧滴在z方向的分速度分量及霧滴平均粒徑先增大后減�。浑S著輔助氣流角的增大,霧滴在x方向和z方向的分速度分量均減小,當輔助氣流角在450時,霧滴在x方向的分速度出現負值,即霧滴沿著自然風相反的方向運動,隨著輔助氣流角的增大,霧滴的平均粒徑在增大。應用Ansys Fluent流體力學軟件,采用離散相模型、κ-ε RNG模型,對風幕式噴桿噴霧氣液兩相流場動態(tài)仿真,并與PDPA測量結果進行了比較分析,構建合理化模型。計算結果顯示,空氣的阻力使霧滴向下運動的速度減小,霧滴離開噴頭移動時,霧滴向下運動速度為Om/s,完全被自然風控制并沿順風方向運動而不再下降,即發(fā)生飄移。在霧滴下降過程中,粒徑分布具有層次性,迎風面處霧滴的粒徑較大,由于其自身的質量較大而得到較早沉積；靠近流場上部霧滴粒徑較小,易受到自然風的影響而飄浮于流場上部,難以沉積。從風幕氣囊流出的氣流產生的高速流場,其速度方向是由風幕氣流方向和自然風方向的矢量和決定的。高速氣流場組成一道風簾覆蓋于霧滴群上部,對霧滴群形成一個整體向下的壓制作用,迫使位于氣相流場上部的霧滴向下運動,從而能夠抑制部分霧滴的飄移�；陧憫娣�,定義抗飄移系數(f)、霧滴沉積量分布變異系數(CV)兩個目標函數,對風幕式噴桿噴霧進行多工況目標優(yōu)化分析,獲得函數與優(yōu)化變量的關聯式及最優(yōu)工況點,并通過田間試驗驗證。優(yōu)化結果顯示：單因素條件下,抗飄移系數隨著風機轉速增加而提高,隨噴霧壓力和風幕出口和噴頭垂直相對位置的增加而降低,隨風幕出口和噴頭水平相對位置和風幕出口安裝角度的增加先升高、后降低；霧滴沉積量分布變異系數隨著風機轉速、水平相對位置、垂直相對位置的增大,呈現先增大、后減小的趨勢,隨著噴霧壓力和風幕出口安裝角度增加而減少。多因素交互影響的結果與單因素影響趨勢相同。利用優(yōu)化算法,同時求解抗飄移性函數的最大值與霧滴沉積量分布變異系數的最小值,獲得在風機轉速為3000r/min,噴霧壓力為0.3MPa,風幕出口和噴頭水平相對位置為90mm,風幕出口和噴頭垂直相對位置為140mm,風幕出口和輔助氣流角為23.53。,此時f=81.4%,CV=11.54%為最優(yōu)噴霧工況,此工況點同樣為田間試驗的最優(yōu)工況點。通過風幕式噴桿噴霧氣液兩相流動特性研究及參數優(yōu)化,表明優(yōu)化后風幕式噴桿噴霧系統能夠有效的提高噴霧作業(yè)過程中的藥液沉積率,減少霧滴飄移,提高霧滴沉積量分布均勻性。建立風幕式噴桿噴霧的氣液兩相流場動態(tài)計算模型,應用響應曲面法多工況目標優(yōu)化,構建施藥操作工況與藥液施用指標的函數關系,為田間施藥作業(yè)提供最佳的操作參數。
【學位授予單位】：江蘇大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2014
【分類號】：S491

【參考文獻】

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本文編號：2794692