风送喷雾辅助气流对雾滴粒径影响规律研究

风送喷雾技术被广泛运用在果园喷雾机研究中,辅助气流能够对雾滴进行二次雾化以进一步降低雾滴粒径。为进一步研究扇形喷头与辅助气流的角度和距离对雾滴粒径的影响,设计了一种喷头角度和喷头距离可调的喷雾装置,研究了喷头角度、喷头距离和喷雾压力对雾滴粒径的影响规律。结果表明:在辅助气流作用下,喷雾压力增大,雾滴粒径呈现降低趋势,但雾滴粒径均匀度先减小后增大;当喷雾压力0.3MPa、喷头角度10°~20°、喷头距离约为95mm时,雾滴粒径明显降低但雾滴粒径均匀度变大,雾滴粒径相对无辅助气流作用降低了10.35%。

航空植保作业用喷头在风洞和飞行条件下的雾滴粒径分布

为了获得GP-81A系列航空喷头的雾滴粒径分布情况,该文针对GP-81A系列航空喷头进行了风洞条件和飞行条件下的雾滴粒径及分布测试,通过高速风洞测试系统模拟飞行时产生的高速气流开展了气流大小对雾滴粒径及分布的影响研究;基于农用航空常用的Y5B飞机开展了不同型号喷嘴航空喷雾时的雾滴粒径及分布研究;同时,比较了相近喷雾压力条件下,相同喷嘴在风洞条件和飞行条件下的雾滴粒径及分布差距。试验结果表明,风洞条件测试时,当风速小于33.8 m/s时,雾滴粒径随气流的增加而增大;而当风速大于33.8 m/s时,雾滴粒径随气流的增加而减小,足够大的气流可以使雾滴进一步雾化。当气流在33.8 m/s时,7#喷嘴雾滴粒径最大,为491.1μm;当气流在84.87 m/s时,2#喷嘴雾滴粒径最小,为202.1μm。该系列喷头的6种不同喷孔的喷头的雾滴粒径均大于150μm,说明该喷头航空喷雾时的飘移损失较小。在喷雾压力基本相同的条件下,风洞条件下的雾滴粒径测试结果略高于飞行试验结果,主要原因是距离喷头出口的测试位置不同。风洞条件和飞行条件下的雾滴谱相对宽度S值均较小,表明雾滴分布较均匀,而飞行条件下的雾滴分布更均匀些。该研究为进一步优化航空喷头的作业参数,开展减少雾滴飘移研究提供参考。

风幕式喷杆喷雾雾滴粒径与速度分布试验

为了研究风幕出口风速和风幕出风口与喷口的水平距离对雾滴粒径和雾滴速度分布的影响,运用PDPA测试系统对不同条件下的风幕式喷杆喷雾气液两相流场进行了测试,对雾滴粒径、速度分布的测量结果进行了分析和讨论。结果表明:雾滴在气流场的作用下,随着风幕风速的逐步变大,雾滴的粒径变小且分布均匀,有效地增大了雾滴的沉积、减小了飘移。风幕出风口与喷口水平距离越近时,雾滴的穿透性能越好,向后飘移的趋势越弱。

风送喷雾雾滴粒径测量系统设计与影响因素试验

为方便测量不同喷雾条件下雾滴粒径大小,该文设计了喷头位置、喷雾角度、喷雾压力和风速大小等试验条件可精确调节的风送喷雾雾滴粒径测量系统。该系统喷头xyz三维空间位置调节范围分别为0～0.9、0～0.8和0～0.7m,调整精度为±0.04mm;喷雾角度调节范围为0～360°,调整精度为±0.005°;喷雾压力调节范围为0.2～0.5MPa,相对误差不大于1.5%;风速调节范围为0～15m/s,相对误差不大于4.17%。雾滴粒径风速影响特性试验表明,常用的3个粒径统计项D32、D43和DV0.5随风速增加而增大,其平均变化率分别为2.62、3.59和6.83μm·s/m,速度从3m/s增加到15m/s时,三者分别增加46%、26%和71%;雾滴粒径喷雾压力影响特性试验表明,D32、D43和DV0.5随压力增加而减小,其平均变化率分别为90.33、232.3和300.2μm/MPa,喷雾压力从0.2MPa增加到0.5MPa时,三者分别减小31%、36%和56%,表明风速和喷雾压力对雾滴粒径影响较大,在喷雾系统中进行风速和压力选择时需着重考虑其对粒径变化的影响。

扇形喷头雾滴粒径分布风洞试验

利用开路式风洞系统和Sympatec激光粒度仪测试了参考喷头的雾谱尺寸以此作为喷头雾谱等级的依据。对扇形雾喷头在不同压力、风速、喷头与激光粒度仪距离情况下的雾滴粒径、数量和范围进行了试验。试验结果表明,压力、风速、喷头与激光粒度仪之间距离的增大,都导致扇形雾喷头的雾滴体积中径变小,尺寸小于150μm的雾滴占全部雾滴体积的百分比变大,增加了农药脱靶飘移的可能性,同时压力和风速的增大都导致部分喷头的雾谱等级降低。为了保证激光粒度仪对雾滴粒径测试结果的可靠性,可以使用风洞试验和调整喷头与激光粒度仪的距离,来减小因细小雾滴通过激光束过程中速度迅速衰减而对测量结果带来的影响。

气流作业下雾滴粒径稻株间分布特性与风洞模拟试验

为探究气流涡旋作业方式对航空喷施雾滴粒径分布的影响,以XR Teejet 110015型压力式扇形航空喷头为研究对象,在风洞和田间环境中进行了雾滴粒径测试试验。风洞测试模拟田间环境风速设置气流速度,同时设置了3种喷施压力,使用激光粒度分析仪测量雾滴粒径。田间试验以四旋翼无人机为施药载体,对杂交水稻进行精准对靶喷施,并对各架次无人机旋翼气流与冠层互作程度不同所形成的涡旋形态对应的雾滴粒径分布特性进行了分析。结果表明:风洞条件下,各测试喷头均处于非常细的雾化等级,雾化性能良好且稳定;田间试验中,涡旋形态对雾滴粒径分布影响显著;3种涡旋形态下,小于200μm的雾滴粒径综合平均占比分别为73.52%、74.21%和84.20%,与风洞测试结果较为一致,但田间试验所得雾滴粒径值明显偏高;明显的涡旋形态与小范围涡旋形态雾滴粒径在作物各层位分布趋势较为平缓,各层雾滴体积中径变异系数均处于3.96%~10.66%之间,无涡旋形态各层雾滴粒径分布则体现较大的波动性,变异系数也较高,处于9.49%~17.11%之间,说明较为明显的涡旋形态有助于雾滴在作物冠层垂直空间的穿透,达到更好的施药效果。研究结果可为农用无人机田间精准喷施作业提供参考。

山地管道恒压喷雾中喷雾压力和孔径对雾滴粒径的影响

为提高农药利用率,研究山地果园管道恒压喷雾系统中喷雾压力和孔径对雾滴粒径参数的影响,利用激光粒度仪,测量3种孔径空心圆锥雾喷头在8种压力下的6种雾滴粒径参数数据,分析各粒径级雾滴的分布情况,给出雾滴粒径大小及其随压力和孔径的变化趋势,进行了雾滴参数的多元线性回归,建立基于压力的雾滴参数模型。结果表明：粒径大于100μm的雾滴（小于0.3%）和粒径为0~20μm的雾滴（小于0.5%）可忽略不计,雾滴粒径主要分布于20~40μm（79.5%~92.8%）;雾滴均较细小,全部为气溶胶;孔径越小,压力越大,雾滴越细小;6种雾滴粒径参数与孔径和压力均有良好的二元线性关系（R2分别为0.928、0.956、0.949、0.949、0.889和0.815）;6种雾滴粒径参数均随压力呈二次多项式变化规律,决定系数R2均达到了0.894以上。研究结果对山地果园管道恒压喷雾中喷头的选型、喷雾压力的调整及喷雾效果的优化有重要参考意义。

农药助剂对空中和地面防控林业有害生物的雾滴粒径影响

【目的】量化分析农药助剂对空中和地面防控林业有害生物的雾滴粒径影响,为农药助剂的生产应用、喷头的操作使用提供技术依据,为进一步研究新型农药助剂、设计新型喷头和喷雾设备提供理论支持。【方法】利用开路式风洞和激光粒度仪对农药助剂在空中和地面防治时不同风速、喷头类型、喷头孔径、喷施压力、喷雾介质等情况下的雾滴粒径、分布跨度进行研究,并根据美国S572.1标准判断喷头雾谱等级,分析农药助剂配比、喷头结构参数、施药技术因素对雾滴粒径分布的影响。【结果】压力增大和喷头孔径减少,均会导致喷头的雾滴体积中径变小。相较于水作为喷雾介质,当以飘移抑制剂41A作为喷雾介质时,所有喷头的雾滴粒径变大,分布跨度增大,雾谱等级改变。当以表面活性剂LI700和润湿剂CHEMWET作为喷雾介质时,地面国产喷头的雾滴粒径稍变小,雾谱等级维持不变;对于空中CP系列扇形喷头,导流板设置的喷雾偏转角度增大,雾滴粒径减小,雾滴谱分布跨度变小,雾滴雾化均匀性更好。【结论】农药助剂与体积中径、分布跨度显著相关。进行空中施药时,为了降低雾滴飘移,需要添加合适的农药助剂(如飘移抑制剂41A)增大雾滴粒径,提高附着性;进行地面施药时,为了确保覆盖面积和冠层穿透性,需要添加合适的农药助剂(如表面活性剂LI700)降低雾滴粒径,增强沉积率。蜡质层较厚的树木叶片,其表面较难被药液润湿,对于此类靶标喷施农药时,应使用润湿剂CHEMWET,以增加药液在靶体表面的润湿性能和黏附性能。

水雾雾滴粒径的分析与研究

介绍了水雾雾滴粒径的不同表征参数以及雾滴粒径的不同测量方法,并通过试验对水雾喷头以及细水雾喷头的雾滴粒径进行了测量,对通过雾滴直径这一参数如何区分描述水雾喷头和细水雾喷头的雾滴特性提出了相应的建议。

影响空心圆锥雾喷头雾滴粒径的多因素分析

雾滴粒径对农药在作物上的沉积分布性能及病虫害防治效果起决定性作用。采用HELOS/QUIXEL型号激光粒度仪，对新型空心圆锥雾喷头在不同喷芯直径、喷嘴直径、喷雾压力及喷雾距离下的雾滴粒径进行试验研究。应用方差分析及正交分析方法分析了各因素对雾滴粒径的影响；通过回归分析建立了雾滴粒径与主要影响因素之间的回归模型。结果表明：该喷头雾滴粒径范围为70～120μm，满足农作物病虫害防治要求；喷嘴直径（ D）、喷雾压力（ P）、喷雾距离（ H）对雾滴粒径具有显著性影响，影响效果由强到弱的顺序为喷嘴直径、喷雾距离、喷雾压力；雾滴粒径（ D50）与主要影响因素间的回归模型为D50＝78？53＋0？00029 H2＋17？76 D2-0？077 HP，拟合程度较高。

喷雾压力对远射程及宽喷幅风送式喷雾机雾滴粒径的影响

雾滴参数是衡量喷雾效果的重要指标,为了解喷雾压力对远射程及宽喷幅风送式喷雾机雾滴参数的影响,分别以远射程及宽喷幅风送式喷雾机为试验平台,利用激光粒度仪分别测量6种喷雾压力下2种喷雾机的雾滴参数,分析雾滴粒径的大小、分布及均匀性随喷雾压力变化的规律。结果表明,喷雾压力对2种喷雾机的雾滴参数均有一定的影响。远射程风送式喷雾机射程方向7 m处没有<50μm的小雾滴,>400μm粗雾滴出现的比例随喷雾压力的增加而变小,粗雾滴出现的比例<0.400%。雾滴扩散比随压力的增大而增大,介于0.62～0.68。喷雾压力的增加有利于喷雾质量的提升。宽喷幅风送式喷雾机射程方向2.5 m处的雾滴中,<50μm小雾滴出现的比例为4.772%～22.603%,没有出现>400μm的粗雾滴。雾滴扩散比介于0.77～0.88。喷雾压力的改变对喷雾质量的影响不明显。

喷雾助剂对雾滴粒径、抗蒸发及植保无人机喷施雾滴飘移的影响

为明确喷雾助剂对植保无人机喷施的影响,通过室内试验测定不同喷雾助剂添加后溶液表面张力、黏度、雾滴蒸发抑制性能的变化,并通过田间试验评估喷雾助剂对植保无人机喷施后雾滴飘移的影响。结果表明:喷雾助剂溶液显著降低溶液表面张力、增加其黏度。利用液力式SX喷头喷洒,添加迈飞®、DS10870、倍达通®3种喷雾助剂显著增加雾滴体积中径DV_(50),并降低雾滴粒径小于150μm的小雾滴的比例;所有助剂经IDK喷头喷洒后DV_(50)全部降低,小雾滴的比例反而增加。悬滴法测定显示,植物油类喷雾助剂倍达通®具有最佳的雾滴蒸发抑制率,为60.3%。田间植保无人机喷施试验表明,植物油类喷雾助剂倍达通®具有显著抗飘移效果。与清水相比,添加该助剂可使累积飘移率降低5%—10%,90%累积飘移位置降低4.8—6.4 m。试验结果可对植保无人机喷洒助剂的选择提供理论依据,为进一步研究新型喷雾助剂、喷头及减少雾滴飘移提供数据支持。

针对矿尘中PM10捕尘雾滴粒径的实验研究

为得到矿井中捕集PM10的雾滴粒径与PM10的关系,确定捕集PM10的最佳雾滴粒径的范围,通过自主搭建的尘-雾粒径耦合实验系统,使用激光粒度分析仪测量捕捉PM10前后的雾滴粒径。采用直径为1.0 mm的空心圆锥形喷嘴,压力分别为3、4、5 MPa,实验风速为1.5 m/s。结果表明:当PM10被雾滴捕集时,该雾滴粒径是粉尘粒径的6～13倍的概率为93%,8～10倍的概率为61.6%;3 MPa压力下,雾滴捕捉粉尘粒径的范围较大,压力为4、5 MPa时,捕集的粉尘大多小于7μm,喷嘴直径不变时,压力越大越有利于捕集PM10。根据实验结果拟合出3种压力下雾滴粒径与被捕粉尘粒径的函数关系式。

飞轮造雾系统中导流板对雾滴粒径影响的数值模拟

为了优化飞轮造雾系统雾化液滴的粒径分布,采用数值模拟方法,探究飞轮造雾系统的雾滴粒径随着导流板安装角度的变化规律。通过建立飞轮造雾主体三维模型,设置导流板5种安装角度、3种工况,利用FLUENT软件对飞轮造雾系统的雾化效果进行模拟,并对雾化过程进行可视化研究。结果表明:导流板的合理设置对飞轮造雾系统雾化液滴粒径减小有促进作用;导流板安装角度由30°增大至50°的过程中,飞轮造雾系统出口雾滴平均粒径逐渐减小。模拟结果与试验结果变化趋势基本相同,两者具有良好的相关性。

表面活性剂复配对雾滴粒径特性的影响研究

为了研究表面活性剂复配对雾场粒滴粒径特性的影响,自主搭建了实验平台,选取了阴离子型表面活性剂AES、两性离子型表面活性剂LAB-35和非离子型表面活性剂AEO-9,进行二元单体复配,用不同配比的活性剂复配溶液进行实验,对不同压力下雾滴粒径大小及雾滴粒径跨度进行分析。结果表明:当喷嘴直径一定时,表面活性剂复配溶液雾滴粒径随喷雾压力的增大而减小,雾滴粒径分布随压力的增大更均匀;AES与AEO-9复配溶液在配比为5∶1~1∶5范围内,喷雾雾滴粒径均小于AES和AEO-9单体溶液雾滴粒径;AES与LAB-35、AEO-9与LAB-35复配均易于降低LAB-35单体溶液喷雾雾滴粒径。

基于图像处理的雾滴粒径检测方法

雾滴粒径是决定农药防治效果的重要参数。雾滴粒径的检测多在实验室进行,缺乏田间检测方法的研究。为解决这个问题,利用广泛用于田间沉积特性检测的水敏试纸进行雾滴粒径检测方法的研究,搭建了水敏试纸图像采集和处理系统;水敏试纸图像进行雾滴区域提取和粘连雾滴分割后,运用Huber损失函数对获取的雾滴轮廓进行拟圆作为斑痕直径;试验获得了雾滴斑痕直径与雾滴真实粒径的校正方程,利用校正方程计算得到雾滴真实粒径;并进行了雾滴粒径图像检测方法的试验验证,实验结果表明雾滴拟圆结果较准确,与激光粒度仪检测结果相比,不同压力下体积中值粒径和数量中值粒径的平均检测误差分别为4.5%和13.7%。结果证明利用水敏试纸在田间检测雾滴粒径可行,对反映作业中喷头雾化效果有一定的参考价值,可用于指导植保机械实现高效施药。

沉降距离对植保无人机雾滴粒径分布影响

为研究沉降距离对植保无人机雾滴粒径分布的影响,利用T16植保无人机对烟草进行喷洒试验,基于不同沉降距离下的雾滴数量占比、雾滴体积占比和雾滴覆盖密度数据,揭示无人机雾滴粒径分布规律,并提出无人机喷雾作业参数的优化建议。结果表明:在沉降距离一定的情况下,雾滴数量占比符合威布尔分布,雾滴体积占比符合高斯分布。沉降距离越小,雾滴覆盖密度越小,然而沉降距离对雾滴数量占比和体积占比的影响可忽略不计。0~200μm的小尺寸雾滴的数量占比大(80%),但其体积占比小(30%);200~400μm的中尺寸雾滴的数量占比小(18%),但其体积占比大(65%)。1 L/min的喷头流量和3.5 m/s的飞行速度偏小,建议适当增大,同时作业高度宜设定在2 m左右。

雾滴粒径及沉积量测试方法分析及比较

雾滴粒径是评价喷雾效果的重要参数,雾滴的沉积效果能直接反应出喷雾质量和病虫害防治效果,雾滴效果的准确评价对指导农业植保施药作业提供数据支撑有着重要意义。为此,针对不同雾滴采集方法优劣这一问题,在0.3MPa喷雾压力的条件下对5种喷头分别进行雾滴粒径和沉积的采集试验,分别以水敏纸法、油盘法和激光粒度仪法测定雾滴粒径,以水敏纸法、无线传感法和荧光示踪剂法测定雾滴沉积量,并对不同采集方法进行了分析。试验结果表明:雾滴粒径试验中,采用水敏纸法、油盘法和激光粒度仪法得到的喷头雾滴粒径不同,激光粒度仪法测量结果最准确,过程最为简单快速,相对误差最大仅2.65%;其次是水敏纸法,油盘法得到的数据误差最大,相对误差在6.43%~14.83%之间。沉积量试验中,3种方法测出来的雾滴沉积量存在一定的偏差,无线传感法相比其他两种方法过程能够实时获得数据,有一定优势,但变异系数较大,最大达10%,且该方法在雾滴沉积量测量试验中应用还相对较少,不如水敏纸和荧光示踪剂测量方法成熟。

磁场对异丙甲草胺除草剂溶液表面张力与雾滴粒径的影响规律

【目的】研究磁化作用对除草剂溶液表面张力及除草剂喷雾雾滴粒径的影响规律,探索新型除草剂喷雾雾滴粒径控制方法。【方法】设计磁化除草剂溶液表面张力试验和磁化喷雾雾滴粒径试验,记录不同磁场强度和磁化时长2个影响因素下除草剂溶液表面张力和喷雾雾滴粒径,观测数据变化规律;并对数据进行拟合,给出符合数据变化的函数关系式。【结果】在磁场强度为50~500 mT、磁化时长为5.0~25.0 min范围内,溶液表面张力和喷雾雾滴粒径均随磁场强度和磁化时长的增加呈现先下降后回升的趋势;当磁场强度为350 mT、磁化时长为15.0 min时,表面张力和雾滴粒径下降幅度最大,表面张力为54.0 m N/m,下降14.96%,喷雾雾滴粒径为108.75μm,下降11.20%。对表面张力数据进行拟合,洛伦兹拟合函数的决定系数(R2)为0.816 4,调整后R2为0.794 0,均方根误差(Root mean square error,RMSE)为1.105 9;雾滴粒径数据拟合中,多项式拟合函数的R2为0.833 6,调整后R2为0.787 4,RMSE为2.085 7。拟合函数有意义且拟合精度较高。【结论】磁化作用并不是磁场强度越大或磁化时长越长磁化效果越好,而是存在最佳磁化处理强度和磁化时长;本研究给出的洛伦兹模型函数可作为除草剂溶液表面张力与磁化作用的函数关系式,三次多项式函数可作为350 mT磁场强度下雾滴粒径调控模型。

冬小麦田植保无人飞机喷施除草剂雾滴粒径及沉积飘移分布特性评估

随着植保无人飞机作业面积的增加,雾滴飘移风险也日益凸显,尤其以除草剂飘移风险危害最高。为明确除草剂溶液对雾滴粒径的影响及植保无人飞机喷施除草剂雾滴沉积飘移分布特性,本研究通过室内雾化室测定了植保无人飞机安装的离心转盘雾化喷头喷洒清水及常用的15种麦田除草剂溶液的雾滴粒径分布,并通过田间试验在药箱中添加荧光示踪剂(60 g/hm^(2))测定喷施作业区和飘移区的雾滴沉积量分布。室内测定结果表明,与清水相比,除草剂溶液对雾滴粒径影响显著。除唑草酮水分散粒剂外,其余溶液经离心转盘雾化喷头喷洒后,雾滴体积中径较清水均有所降低,且最大降低22.0%;小雾滴(V<150μm)比例均有所增加,最大增加50.8%。田间飘移试验表明,植保无人飞机喷洒150μm雾滴,在环境侧风风速为3.76 m/s时,作业区的雾滴沉积覆盖度和雾滴沉积密度仅为风速0.74 m/s时的41.3%和42.2%,且均匀性显著降低。在飘移区下风向12 m位置,雾滴沉积量为作业区的10%以下;下风向50 m处,雾滴沉积量低于检测限(0.0002μL/cm^(2))。飘移比率随风速的增加而增加,当风速达到3.76 m/s时,雾滴飘移比率达到46.4%。不同侧风风速下,90%的累积飘移位置在4.8~22.4 m。对飘移区沉积量与飘移距离、侧风风速拟合,结果表明下风向沉积量与风速呈正比。本研究为植保无人飞机冬麦田不同风速作业下的雾滴飘移距离提供数据支持,为喷雾飘移缓冲带、飘移风险评估提供依据。