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固定管道式常温烟雾系统雾滴沉积仿真与试验

农业机械学报 2020年第S02期51卷 261-267,315页

作者：李雪陆岱鹏王士林范道全周浩吕晓兰江苏省农业科学院农业设施与装备研究所南京210014 农业部长江中下游设施农业工程重点实验室南京210014

为了进一步研究固定管道式常温烟雾系统的风场分布特性和雾滴沉积分布特性,基于计算流体力学(CFD)非稳态模拟,通过建立固定管道式常温烟雾系统在温室内作业的气流速度场仿真模型及雾滴沉积分布仿真模型,分析了该系统在3组作业参数(液压... 详细信息

为了进一步研究固定管道式常温烟雾系统的风场分布特性和雾滴沉积分布特性,基于计算流体力学(CFD)非稳态模拟,通过建立固定管道式常温烟雾系统在温室内作业的气流速度场仿真模型及雾滴沉积分布仿真模型,分析了该系统在3组作业参数(液压为0.05MPa,气压为0.2、0.3、0.4 MPa,3组作业参数分别对应的喷头出口截面平均气流速度为200、400、600 m/s)下的气流速度分布特征及在3组作业参数、4组高度水平(0、40、60、80 cm)和2个雾滴沉积区域(喷头正下方区域和喷头中间区域)下的常温烟雾系统的雾滴沉积分布特性,并对雾滴沉积分布特性进行了试验验证。研究结果表明:固定管道式常温烟雾系统作业时可在棚室内形成涡旋气流,有益于雾滴在整个棚室内的漂浮、弥散和沉积,根据仿真和试验结果得出本系统的最优作业参数为气压0.3 MPa、液压0.05 MPa。喷头正下方和喷头中间区域的雾滴最大沉积量分布在喷头喷射方向前方1 m区域(采样点5),且沿喷头喷射方向呈逐渐降低趋势。相同试验条件下,雾滴沉积量随着气流速度的增加呈降低趋势。喷头正下方的雾滴地面沉积量低于中间区域的雾滴地面沉积量,而在高度水平40、60、80 cm下,喷头正下方相应的雾滴沉积量高于中间区域。正下方区域的雾滴主要沉积分布在60~80 cm的高度区间,中间区域的雾滴主要沉积分布在高度40、80 cm区域。不同作业参数下雾滴在不同高度的仿真和实测沉积量相关系数范围为0.990~0.924。雾滴沉积量仿真值和实测值的相对误差范围为0.008~0.374,说明CFD仿真可较准确地预测模拟常温烟雾系统气流速度场与雾滴沉积分布特性,指导实际作业参数优化。

关键词：温室常温烟雾系统固定管道式二相流雾滴沉积仿真

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喷雾技术参数对雾滴沉积分布影响试验

农业机械学报 2011年第4期42卷 70-75页

作者：吕晓兰傅锡敏吴萍丁素明周良富闫惠娟农业部南京农业机械化研究所南京210014 南京农业大学工学院南京210031

为了研究果园轴流风机风送喷雾机喷雾技术参数对雾滴沉积分布的影响,分别设置了4种喷雾压力、风机出口风速和行驶速度,3种采样高度,对稀疏靶标(沉积架)和仿真树靶标进行了喷雾试验并进行回归分析。试验结果表明,喷雾压力对雾滴沉积无明... 详细信息

为了研究果园轴流风机风送喷雾机喷雾技术参数对雾滴沉积分布的影响,分别设置了4种喷雾压力、风机出口风速和行驶速度,3种采样高度,对稀疏靶标(沉积架)和仿真树靶标进行了喷雾试验并进行回归分析。试验结果表明,喷雾压力对雾滴沉积无明显影响,减小行驶速度可增加枝叶正反面雾滴的沉积,增大风机出口风速可有效增加雾滴在枝叶反面的沉积;各喷雾技术参数均对冠层内的雾滴沉积覆盖率有显著性影响,其影响程度由强到弱依次为采样高度、行驶速度、风机出口风速、喷雾压力。

关键词：风送式喷雾机雾滴覆盖率雾滴沉积技术参数

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多旋翼无人机旋翼下方风场对航空喷施雾滴沉积的影响

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农业机械学报 2017年第8期48卷 105-113页

作者：陈盛德兰玉彬 BRADLEY K F 李继宇刘爱民毛越东华南农业大学工程学院广州510642 国家精准农业航空施药技术国际联合研究中心广州510642 美国农业部农业研究服务局大学城tx77845 湖南隆平种业有限公司长沙410006 深圳高科新农技术有限公司深圳518057

风场是影响航空喷施雾滴沉积分布特性的重要因素之一。为了揭示多旋翼无人机旋翼下方风场对雾滴沉积分布的影响机理,通过无人机旋翼风场测量系统测量多旋翼电动无人机旋翼下方的风场分布,同时结合航空喷施雾滴在水稻冠层的沉积情况,分... 详细信息

风场是影响航空喷施雾滴沉积分布特性的重要因素之一。为了揭示多旋翼无人机旋翼下方风场对雾滴沉积分布的影响机理,通过无人机旋翼风场测量系统测量多旋翼电动无人机旋翼下方的风场分布,同时结合航空喷施雾滴在水稻冠层的沉积情况,分析旋翼下方X、Y、Z 3个方向的风场对雾滴沉积分布的影响,并对试验结果进行了方差分析和回归分析。结果表明:在无人机旋翼下方3向风场中,X和Y向风速对有效喷幅区内雾滴沉积量的影响不显著,Z向风速的影响极显著;X向风速对有效喷幅区内雾滴沉积穿透性的影响不显著,Y和Z向风速的影响分别为显著和极显著;X和Y向风速对雾滴沉积飘移的影响均不显著,Z向风场的影响显著;且当水平方向上X、Y向风速峰值越小、垂直方向上Z向风速峰值越大时,雾滴沉积均匀性越好,最佳值达到36.44%。另外,有效喷幅区内雾滴沉积量与因素Z向风速之间的回归模型及有效喷幅区内雾滴沉积穿透性与因素Y和Z向风速之间的回归模型的决定系数R^2分别为0.868和0.842,表明模型可以为实际作业提供指导。

关键词：多旋翼无人机旋翼下方风场雾滴沉积

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基于双峰分布的风胁迫雾滴沉积分布模型研究

农业机械学报 2020年第4期51卷 28-37页

作者：梁昭范国强王光明丁皓张晓辉山东农业大学机械与电子工程学院泰安271018 山东农业大学山东省农业装备智能化工程实验室泰安271018 山东农业大学山东省园艺机械与装备重点实验室泰安271018

为研究因风胁迫产生的雾滴飘移对雾滴沉积分布的影响规律,设计了三因素三水平的喷雾飘移沉积试验,测定了不同条件下的雾滴沉积量分布。为更好描述雾滴飘移沉积分布情况,建立了基于正态分布概率密度函数的双峰分布式数学模型,系统地表达... 详细信息

为研究因风胁迫产生的雾滴飘移对雾滴沉积分布的影响规律,设计了三因素三水平的喷雾飘移沉积试验,测定了不同条件下的雾滴沉积量分布。为更好描述雾滴飘移沉积分布情况,建立了基于正态分布概率密度函数的双峰分布式数学模型,系统地表达了沉积范围与沉积量的关系,分析了各水平因素对双峰分布式中各参数的影响。结果表明,沉积量参数k1与k2变化规律相反,随着喷雾高度、喷雾压力和横风风速的增加,k1减小而k2增大,质量由第1峰值分布向第2峰值分布转移;双峰分布的2个位置参数μ1、μ2具有相同的变化趋势,均随着风速、高度的升高而增大,随喷雾压力的升高而减小,因此增大喷雾压力可以减小中心飘移距离;第1和第2峰值分布的范围(尺度参数σ1、σ2)均随着喷雾高度和风速的增加而增加,沉积量分布更加分散;增大喷雾压力可以有效减少第一峰值的质量分散,但对第2峰值分布无影响。本文探究了不同强度横风作用、喷雾高度和喷雾压力对雾滴飘移沉积分布的影响,可为优化农药喷雾技术和增强雾滴抗飘移能力提供参考。

关键词：雾滴沉积风胁迫正态分布双峰分布沉积质量

航空施药雾滴沉积特性光谱分析检测系统研发与应用

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农业工程学报 2017年第24期33卷 80-87页

作者：张瑞瑞文瑶伊铜川陈立平徐刚北京农业智能装备技术研究中心北京100097 国家农业智能装备工程技术研究中心北京100097 国家农业航空应用技术国际联合研究中心北京100097 农业智能装备技术北京市重点实验室北京100097

为快速获取航空施药雾滴沉积的连续分布特性,弥补传统离散样点取样方式检测不足,提升航空施药雾滴沉积特性检测准确性,该文结合光谱分析和荧光激发技术设计研发了基于光谱分析的航空施药沉积特性检测系统。系统包括信息采集模块、采集... 详细信息

为快速获取航空施药雾滴沉积的连续分布特性,弥补传统离散样点取样方式检测不足,提升航空施药雾滴沉积特性检测准确性,该文结合光谱分析和荧光激发技术设计研发了基于光谱分析的航空施药沉积特性检测系统。系统包括信息采集模块、采集装置模块和数据处理模块3部分。配置质量分数1.0%的荧光示踪剂溶液,采用农用植保无人机现场喷洒作业,同步放置雾滴获取介质和水敏试纸样本采集雾滴分布,系统采集雾滴获取介质的光谱特征曲线。与水敏试纸图像分析获取的雾滴沉积特性参数结果对比分析,结果表明:雾滴获取介质上的荧光示踪剂在450~460 nm和500~520 nm波段范围内产生显著荧光效应,其光谱平均值与雾滴沉积特性参数呈显著正相关。计算出450~460 nm和500~520 nm波段范围光谱平均值,建立雾滴沉积特性参数的检测多元线性回归模型,建模决定系数达0.80以上,验证决定系数达0.83以上,达到了较为理想的拟合结果。

关键词：航空喷雾农药喷雾模型光谱分析荧光激发雾滴沉积

微型无人机低空变量喷药系统设计与雾滴沉积规律研究

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农业机械学报 2016年第1期47卷 15-22页

作者：王玲兰玉彬 WClint Hoffmann Bradley KFritz 陈度王书茂中国农业大学工学院北京100083 华南农业大学工程学院广州510642 美国农业部农业研究服务局大学城tx77845

针对我国施药机械和农药使用技术严重落后带来的农药用量大、资源有效利用率低、农作物产量和品质下降等问题,设计了微型无人机脉宽调制型变量喷药系统,并利用风洞的可控多风速环境,通过荧光粉测试方法对悬停无人机变量喷药的雾滴沉积... 详细信息

针对我国施药机械和农药使用技术严重落后带来的农药用量大、资源有效利用率低、农作物产量和品质下降等问题,设计了微型无人机脉宽调制型变量喷药系统,并利用风洞的可控多风速环境,通过荧光粉测试方法对悬停无人机变量喷药的雾滴沉积规律进行了试验研究。变量喷药系统由地面测控单元和机载喷施系统两部分组成,基于Lab Windows/CVI的地面测控软件,采用频率为10 Hz、占空比可调的脉冲信号经无线数传模块远程控制机载喷施系统;机载喷施系统以ARM Cortex-M3系列的STM32F103VC微处理器为核心,接收地面控制信号实时调节电动隔膜泵电动机转速,以改变系统喷雾压力和喷药量,实现变量喷雾调节。悬停风洞试验中,选择了PWM占空比、喷孔直径、电动离心喷头转速等变量,对不同距离和风速条件下雾滴沉积效果进行了试验研究。试验结果表明,风速是影响雾滴沉积效果的最显著因素,雾滴沉积以抛物线形式分布在采集区域,沉积高峰区随风速增加不仅远离喷头,且飘移沉积量逐渐减少;雾滴粒径在风速小于3 m/s时对沉积效果影响不显著,当风速大于3 m/s时,不同粒径的雾滴均发生飘移,飘移沉积量明显减少且沉积范围向远离喷头运动;粒径101.74μm的雾滴更易发生飘移,沉积高峰区集中在距离喷头4 m以外,且飘移沉积量明显低于粒径164.00μm与228.16μm的雾滴。

关键词：无人机变量喷药系统设计雾滴沉积

温室风送式弥雾机气流速度场与雾滴沉积特性分析

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农业机械学报 2012年第8期43卷 71-77页

作者：袁雪祁力钧冀荣华张建华王虎黄世凯中国农业大学工学院北京100083 中国农业大学信息与电气工程学院北京100083

基于CFD模拟技术建立了温室风送式弥雾机气流速度场分布模型和雾滴沉积模型。根据实测的弥雾机相关参数,确定了边界条件及模型参数,得到了不同风送气流速度和不同喷头体倾角条件下的弥雾机气流速度场分布特性和雾滴沉积规律。设计了与... 详细信息

基于CFD模拟技术建立了温室风送式弥雾机气流速度场分布模型和雾滴沉积模型。根据实测的弥雾机相关参数,确定了边界条件及模型参数,得到了不同风送气流速度和不同喷头体倾角条件下的弥雾机气流速度场分布特性和雾滴沉积规律。设计了与模拟条件相同的验证实验,对模拟结果进行了验证分析。研究表明,模拟结果能够较准确地反映雾滴沉积规律,喷头体安装倾角为5°～10°时,弥雾机气流速度场分布有利于药液获得较好的沉积效果。

关键词：风送式弥雾机温室气流速度场雾滴沉积

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作物冠层雾滴沉积研究进展与展望

农业机械学报 2021年第11期52卷 1-20页

作者：刘雪美刘兴华崔慧媛苑进山东农业大学机械与电子工程学院泰安271018 山东省农业装备智能化工程实验室泰安271018

精准施药的目标是实现冠层内雾滴的全覆盖和均匀沉积。然而,作物冠层形态、郁闭度和枝叶力学参数等特征差异大,需综合靶标特征参数、器械施药能力、施药环境条件等作业工况参数,才能实现最少药液用量和最佳雾滴沉积的双重目标,从而提高... 详细信息

精准施药的目标是实现冠层内雾滴的全覆盖和均匀沉积。然而,作物冠层形态、郁闭度和枝叶力学参数等特征差异大,需综合靶标特征参数、器械施药能力、施药环境条件等作业工况参数,才能实现最少药液用量和最佳雾滴沉积的双重目标,从而提高药液利用率、确保防治效果、降低环境污染。雾滴沉积机理、检测与分析是精准施药参数优化与控制的决策依据,成为数字化、智能化植保作业装备技术发展的研究热点。首先分析了不同施药方式下冠层内雾滴沉积过程及辅助手段对沉积性能的影响机理,归纳了改善作物冠层内雾滴沉积的不同研究视角、方法和层次。然后从沉积性能田间试验研究、沉积机理分析与建模、雾滴沉积检测与评价、施药作业参数优化等方面重点阐述,分析了近年来冠层雾滴沉积中雾滴、枝叶、气流等交互作用研究的共性关键问题,归纳了该领域技术研究的开放性问题。最后总结了精准施药技术中作物冠层雾滴沉积相关研究面临的挑战和机遇,提出了融合多源传感技术和大数据分析及深度学习等人工智能技术,构建作物冠层雾滴运移及沉积数字孪生体,实现冠层雾滴运移沉积过程数字化描述与分析的研究建议。

关键词：精准施药雾滴沉积沉积机理参数优化

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锥形风场式防飘移装置雾滴沉积特性研究

农业机械学报 2020年第12期51卷 142-149,174页

作者：胡军刘昶希初鑫李宇飞孙舒仪张伟黑龙江八一农垦大学工程学院大庆163319 黑龙江省保护性耕作工程技术研究中心大庆163319

喷雾机械在进行植保作业时雾滴飘移和沉降是影响作业效果的重要因素。为减少雾滴飘移和非靶标区域内的无效沉降,设计了一种锥形风场式防飘移装置,以锥风风速、侧风风速、喷雾压力为因素,通过三因素三水平室内雾滴飘移沉积试验,明晰锥形... 详细信息

喷雾机械在进行植保作业时雾滴飘移和沉降是影响作业效果的重要因素。为减少雾滴飘移和非靶标区域内的无效沉降,设计了一种锥形风场式防飘移装置,以锥风风速、侧风风速、喷雾压力为因素,通过三因素三水平室内雾滴飘移沉积试验,明晰锥形风场对雾滴沉积效果的影响规律。结果表明:3种因素对雾滴的沉积特性都有较为显著的影响,其影响由大到小依次为:锥风风速、侧风风速、喷雾压力。当侧风风速为2 m/s时,有锥风作用的雾滴体积中径较无锥风平均降低了11.7%,雾滴覆盖率、沉积密度、沉积量分别提高了21.9%、26.7%、22.6%。响应曲面模型优化结果显示,当侧风风速2 m/s、喷雾压力为0.34 MPa、锥风风速为16.53 m/s时,雾滴沉积量最优值为3.14μL/cm^2。当侧风风速大于2 m/s时,应该降低喷雾压力、增大锥风风速,从而保证较优的雾滴沉积量。试验验证结果与模型预测基本吻合。

关键词：植保喷雾机防飘移装置锥形风场雾滴沉积响应曲面