多方向射流分裂雾化机理及性能分析

发布时间：2020-06-17 13:17

【摘要】：射流分裂雾化技术在化工、医疗、动力工程等领域已有广泛应用。随着现代农业产业体系对果园植保提出的环保、节药、精准和高效等技术要求，适用于不同作业对象的新型植保机械急需研发。目前，通用的风送式打药机和普通喷杆式打药机直接用于新建果园均会带来大量药液浪费和农药污染，本文工作对农药喷洒的多方向射流分裂雾化机理进行研究，并用于指导设计可用于苗圃和幼龄果园的新型仿形喷雾机构。为了充分了解果树对不同尺寸雾滴的吸收效果，掌握雾化装置的作业参数和雾化过程，做到农机与农艺相结合，应用喷雾性能综合试验台对不同喷头的喷雾性能进行了粒径测试、雾锥角测试、喷雾量测试以及喷雾均匀性测试等喷雾性能实验，选择一种适合果园喷洒作业的喷头。根据所选喷头喷洒的宽幅，确定喷雾空间尺寸，建立了雾滴单轨迹运动的物理模型和欧拉—拉格朗日计算模型，在GAMBIT中对雾化场进行建模并合理划分网格。在FLUENT中选择离散型模型，将试验获得的喷雾性能参数设置为各相流体的物理属性以及喷洒模型的边界条件，进行喷洒工况模拟。首先从单一射流方向的液体分裂雾化进行探究，然后进行了单、双喷头喷洒工况的模拟计算，得出了雾化场中雾滴的轨迹、速度、密度以及湍动能等数据云图。模拟结果显示：在喷洒方向为水平时的雾化场中，重力会对雾滴轨迹有较大影响；由于射流引起的扰动不仅作用于空气也会反作于雾滴运动；雾锥交叉区域的大部分雾滴相互碰撞后发生了液滴的结合并且雾滴速度有所提高。在此基础上对多方向射流过程中药液的分裂雾化机理进行分析，利用AIP特征造型软件设计了多关节喷雾仿形臂，基于喷雾作业中调节喷头位置与靶标间距，对9种典型作业工况进行了CFD模拟计算，结果显示：喷雾作业中喷杆夹角最佳调节范围为为0~40°。在增大仿形臂相邻两喷杆夹角的过程中，能够使五个喷头喷洒过程中的喷雾量一致性由竖直的“一字型”转变为依树形变化的“折线型”，使得各喷头工作时更接近靶标，增大喷雾精准度。本文应用喷雾性能综合试验台和CFD相结合的手段对药液射流分裂雾化机理进行了分析，为果园仿形喷杆式喷雾机的设计提供理论依据。根据三优果园苹果树的生长树貌，确定仿形臂的尺寸以及喷头的布置方式。在CFD中对仿形臂作业工况进行模拟，确定仿形臂作业中最佳角度调节范围。论文工作对提高果园打药的准确度，减少雾滴的漂移和沉降造成的药液浪费，指导研发新型喷雾仿形机构具有重要意义。
【学位授予单位】：河北农业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：S491
【图文】：

形貌,风送,作业方式,篱架

不同的作业方式需要不同雾化方式，对药液雾化机理进行研究首先要了解雾业的对象和作业方式。现阶段我国常用施药机械仍是手动或机动喷雾喷粉机，包动背负式喷雾器、手动压缩式喷雾器、背负式喷雾喷粉机、担架式机动喷雾及小动喷烟机等[21]。果园喷雾作业的主要目的是防治果树病虫害发生，作业对象是果果树品种的多样化和果树年龄的不同，导致果树形貌的不规则化。针对不同树貌树进行喷雾作业，作业方式是不同的。现代果园中常用的喷雾作业方式主要分为类：风送式、液力式。2.1.1 风送式喷雾现在我国用于林果业的风送式喷雾机主要有远射程、自走式和牵引式风送式机三种。远射程风送式喷雾机如图 2-1（a）所示，主要用于高度较高的绿化林木药喷洒；自走式风送式喷雾机如图 2-1（b）所示，其主要用于篱架类作物的农药喷整机灵活小巧，可在篱架间行间穿行作业；牵引式风送喷雾机如图 2-1（c）所示种喷雾机的药箱容量较大，与配套动力机械一起作业整体体积较大，需要果园有的空间以方便机具转弯穿行，其作业对象主要是中、低型果树。

喷雾机,液力,种类,果园

应用于低矮的林业和果园，也可以用于茶园喷雾作业；喷杆式喷雾机如图 2-2（c）所示，它分为活动喷杆式和固定喷杆式两种，前者一般可用于果园喷雾，可以调整喷杆角度和方向，后者一般只用于苗圃喷雾，相对于背负式和担架式喷雾机，喷杆式喷雾机的喷幅要宽很多，而且整个作业过程动力来自于配套机械，因此更加节约劳动力，作业效率更高。

【参考文献】