果园风送喷雾机气助式喷头风力性能数值模拟与试验

针对直筒型气助式喷头风力性能较弱的问题,结合单点风速测试和数值模拟,研究了一种"尾部先收缩后扩张"气助式喷头的尾部参数对风力性能的影响规律。首先,采用雷诺平均N-S(Navier-Stokes)方程及RNG(Renormalization group)k-ε湍流模型,建立了该型喷头的流场计算模型,基于风速测试验证了该模型的有效性与可靠性;其次,通过数值计算对比了两种喷头的风力性能,结果表明,在进口参数总压105 600 Pa、静压105 200 Pa时,本文所提喷头出口平均风速是直筒型喷头对应值的1.36倍。为了研究尾部参数(收敛段内缩长度、扩张段高度)对本文所提喷头风力性能的影响,以数值计算、Opt LHD(Optimal latin hypercube design)试验设计、径向基函数神经网络(Radial basis function neural network,RBFNN)为理论基础,构建了风力性能参数的代理模型,出口端流量、平均风速的代理模型R2分别为0.983 54、0.987 28,表明该模型可用于喷头风力性能预测,指导参数科学配置。基于代理模型,对喷头风力性能参数的影响因子进行了分析及单目标优化,随着扩张段高度、收敛段内缩长度的增大,出口端平均风速均呈现下降趋势,而流量均呈现先上升后下降的变化趋势;当扩张段高度、收敛段内缩长度取值为1.08、5.39 mm时,出风量达到最大值0.017 9 kg/s;而两值分别取0、0 mm时,末端平均风速达到最大值67.9 m/s。针对末端流量、平均风速相互矛盾的问题,进行了多目标优化,得到了喷射性能参数最优Pareto解集,为气助式喷头与果园间的优化匹配设计提供了参考。