撞击式低速离心雾化机理及雾化器参数优化研究

摘要

可控雾滴施药技术(CDA)是目前发达国家发展较快的低容量喷雾技术之一，离心雾化技术是当前世界上公认的产生雾滴均匀度比较好，雾滴粒谱范围较窄的先进控滴技术，该技术可通过离心雾化器的转速变化来控制雾滴粒径，以满足不同作业对象及气象条件对雾滴的要求，应用时不仅能达到有效防治农业病虫害的目的，而且可有效降低化学施药对周围环境的污染。本文通过撞击式低速离心雾化机理及雾化器参数优化研究，探明雾滴粒径的主要影响因素及其效应，优化改进离心雾化器结构，以期为我国设施农业提供一种技术水平先进，安全性、可靠性强，并与棚室作物病虫害防治要求相适应的新型施药技术与装备。
　　本文采用理论分析与试验研究相结合的方法，通过高速摄影分析系统追踪雾滴的形成过程以及雾滴离开雾化器后的空间分散行为，探明离心雾化机理;通过激光粒度分析仪研究雾化器不同结构参数和工作参数交互作用下的雾滴粒径变化规律，建立雾滴粒谱数学模型，并基于“生物最佳粒径”理论，获得雾化器结构参数和工作参数的最优组合。主要研究内容与研究结果如下:
　　(1)通过撞击式低速离心雾化器雾化机理的理论研究，探讨药液雾化方式及离心雾化的雾滴破碎形式，分析研究离心雾化中影响雾滴粒径的因素。
　　(2)通过动力系统、供液系统、风力辅助系统、控制系统等部件的设计或选型，构建离心雾化实验台，实现对离心雾化器工作参数的精准调控，为进一步开展不同结构参数和工作参数对离心雾化器雾滴粒谱的影响研究提供试验平台。
　　(3)通过高速摄影分析系统对雾化器雾化机理进行试验研究，对不同结构参数的离心雾化器在不同转速下，经雾化转盘离心雾化的药液雾滴撞击雾化齿后的二次雾化过程及雾化质量进行了探究，试验结果表明600r/min时，药液溢满雾化转盘表面，有未经充分雾化后的药液从雾化转盘甩出;900r/min、1200r/min时雾化质量仍不理想，有大量大雾滴的存在;当转速为1500r/min时，雾滴群呈均匀的雾状喷出;随着转速的进一步升高，得到的均匀细雾滴增多。
　　(4)通过离心雾化器的结构参数和工作参数对雾滴粒谱影响的试验研究，对雾化器的结构参数（齿形、齿数、分布）和工作参数（转盘转速）等影响雾滴粒谱的主要因素进行单因素分析，探索各因素对雾滴粒谱的影响效应，确定各因素对雾滴粒谱影响的显著性。
　　(5)在二次回归正交试验基础上，采用Design-Expert8.5软件对各影响因素进行二次响应回归分析，建立了雾滴体积中值直径和雾滴粒谱宽度的二次回归模型，得到优化设计拟合公式。基于生物最佳粒径理论，得出离心雾化器结构参数和雾化转盘转速的最优组合。
　　(6)采用激光粒度分析法对三种雾化器结构参数和工作参数最优组合状态下的雾滴粒谱进行测定，并与雾化模型的预测结果进行比较，得出优化后的雾化器雾滴体积中值直径D50和雾滴粒谱宽度(D90-D10)/D50的实际测量值和模型预测值之间的相对误差分别为8.0％，8.1％;2％，9％;1.6％，7％。实测值与模型预测值基本吻合，从而验证了模型的准确性。

目录

声明

摘要

英文缩略表

1．1 研究目的和意义

1．2 植保机械及离心雾化技术在国内外研究进展

1．2．1 植保机械发展现状

1．2．2 离心雾化技术在国内外发展现状

1．3 离心雾化的雾化理论研究

1．3．1 离心雾化原理

1．3．2 离心雾化形成雾滴的几种形式

1．3．3 离心雾化技术雾化质量的评判

1．3．4 形成均匀雾滴的条件

1．3．5 离心雾化技术应用领域

1．4 研究内容与方法

1．4．1 研究内容

1．4．2 拟解决的关键问题

1．4．3 本文研究的技术路线

1．6 本章小结

第二章 雾化方式及雾滴破碎机理理论分析

2．1 雾化原理及液体雾化方式

2．2 雾滴粒径的定义和雾滴类型

2．2．1 雾滴粒径分布

2．2．2 雾滴粒径

2．2．3 雾滴类型

2．2．4 雾滴粒径测量方法

2．3 离心雾化液体破碎机理理论研究

2．4 影响雾滴粒径的因素

2．4．1 国内对雾滴粒径影响因索的研究

2．4．2 国外对雾滴粒径影响因素的研究

2．5 本章小结

第三章 离心雾化实验台及雾化机理试验

3．1 撞击式低速离心雾化实验台的组成与工作原理

3．1．1 离心雾化实验台整体结构组成

3．1．2 离心雾化实验台的工作原理

3．2 撞击式低速离心雾化实验台基础部件设计选型

3．2．1 风力辅助系统的设计选型

3．2．2 变量供液系统

3．2．3 药液箱及管路系统设计

3．2．4 控制系统的连接

3．3 撞击式低速离心雾化实验台关键部件设计与选型

3．3．1 离心雾化器

3．3．2 离心雾化器雾化齿盘的设计

3．4 雾化机理试验

3．4．1 试验装置i-SPEED720型高速摄影仪简介

3．4．2 试验方法

3．4．3 试验结果与分析

3．5 本章小结

第四章 离心雾化器结构优化与雾化性能试验

4．1 雾化质量评价指标

4．1．1 影响雾滴粒径的因素

4．1．2 生物最佳粒径理论

4．2 雾化转盘转速的测定

4．3 离心雾化实验台流量的测定

4．4 雾滴粒谱分析试验

4．4．1 试验目的

4．4．2 试验材料

4．4．3 试验仪器与设备

4．4．4 试验方法与步骤

4．5 雾化转盘转速对雾滴粒径的影响

4．5．1 离心雾化器切向0．5 m处的雾滴粒径

4．5．2 离心雾化器水平射程方向不同距离处的雾滴粒径

4．6 雾滴粒径正交试验分析

4．6．1 二次回归响应面试验设计

4．6．2 正交试验结果

4．7 雾滴粒谱模型的建立与雾化器参数优化

4．7．1 回归模型的建立和显著性检验

4．7．2 各因素对雾滴粒径影响分析

4．7．3 雾化器结构参数和工作参数的交互作用分析

4．7．4 雾化器结构参数和工作参数的优化

4．8 本章小结

第五章 雾滴粒谱模型的试验验证

5．1 试验材料与方法

5．2 试验结果与分析

5．3 本章小结

6．1．结论

6．2 本文创新点

6．3 本文不足点及展望

参考文献

致谢

作者简历