基于3D打印技术的喷雾机喷头的开发与应用

作     者：杜明见 

作者单位：重庆三峡学院 

学位级别：硕士

导师姓名：夏国峰

授予年度：2024年

学科分类：09[农学] 0904[农学-植物保护] 

主      题：喷雾机喷头 雾化性能 数值模拟 结构优化 3D打印 雾化试验 

摘      要：喷头是喷雾机的核心零部件之一,其雾化性能决定了喷雾机喷施作业的质量好坏,因此,研究喷头的雾化性能对于提高喷雾机喷洒效果具有重要意义。本论文以喷雾机喷头为研究对象,通过数值模拟法和正交试验法对喷头内、外的流场特性进行研究,并对喷头的结构参数进行优化,然后开展喷头的3D打印工艺研究,最后采用雾化试验测试3D打印喷头的雾化性能,对比试验测试结果与数值模拟结果,并分析喷雾压强对喷头雾化特性的影响。主要研究内容如下:(1)喷头的内、外流场数值模拟研究。首先,根据喷头的雾化原理和影响因素设定喷头主要结构的初始参数(喷孔直径d=1.0mm,旋流室直径D=5mm,旋流槽数N=2),并据此建立喷头的三维模型。然后,通过连续相湍流模型对喷头内部进行数值模拟研究,分析液体雾化前期在喷头旋流室内和喷孔中的运动规律,得到压力分布和速度分布等结果。最后,在连续相模拟的基础上,加入离散相模型(Discrete Phase Model,DPM)模拟喷头外部的雾化场,分析喷头初始结构参数下的雾滴空间分布情况,以及雾化角和雾滴粒径等指标。(2)喷头的结构参数优化研究。首先,采用三因素四水平正交试验模拟研究不同组合结构参数下喷头的雾化性能,得到雾化角和雾滴粒径两个雾化性能指标。然后,采用极差分析法研究喷孔出口直径d、旋流室直径D及旋流槽数N三种结构参数对雾化角和雾滴粒径的影响,得到主要影响因素主次顺序和最优方案。最后,通过综合平衡法对喷头结构进行多指标优化,确定综合雾化性能最优时的喷头结构参数组合,并对喷头优化前后的仿真结果进行对比分析。(3)喷头的3D打印工艺研究。搭建用于制造喷头的铜金属喷头帽3D打印平台,研究螺杆结构、铜浆料配比、3D打印层高对喷头帽成型质量的影响,开展热脱脂烧结处理得到铜金属喷头帽。采用光固化3D打印技术制造喷头的塑料芯体。将制造成型的喷头帽和芯体组装成完整的喷头。(4)喷头的雾化性能试验研究。首先,测试0.5MPa喷雾压强时喷头的雾化角,并对比试验测试结果与数值模拟结果。然后,分析喷雾压强对喷头的雾化角、雾滴粒径和雾滴沉积量三种雾化性能指标的影响。