多方向射流分裂雾化机理及性能分析

摘要

射流分裂雾化技术在化工、医疗、动力工程等领域已有广泛应用。随着现代农业产业体系对果园植保提出的环保、节药、精准和高效等技术要求，适用于不同作业对象的新型植保机械急需研发。目前，通用的风送式打药机和普通喷杆式打药机直接用于新建果园均会带来大量药液浪费和农药污染，本文工作对农药喷洒的多方向射流分裂雾化机理进行研究，并用于指导设计可用于苗圃和幼龄果园的新型仿形喷雾机构。
　　为了充分了解果树对不同尺寸雾滴的吸收效果，掌握雾化装置的作业参数和雾化过程，做到农机与农艺相结合，应用喷雾性能综合试验台对不同喷头的喷雾性能进行了粒径测试、雾锥角测试、喷雾量测试以及喷雾均匀性测试等喷雾性能实验，选择一种适合果园喷洒作业的喷头。根据所选喷头喷洒的宽幅，确定喷雾空间尺寸，建立了雾滴单轨迹运动的物理模型和欧拉—拉格朗日计算模型，在GAMBIT中对雾化场进行建模并合理划分网格。在FLUENT中选择离散型模型，将试验获得的喷雾性能参数设置为各相流体的物理属性以及喷洒模型的边界条件，进行喷洒工况模拟。
　　首先从单一射流方向的液体分裂雾化进行探究，然后进行了单、双喷头喷洒工况的模拟计算，得出了雾化场中雾滴的轨迹、速度、密度以及湍动能等数据云图。模拟结果显示:在喷洒方向为水平时的雾化场中，重力会对雾滴轨迹有较大影响;由于射流引起的扰动不仅作用于空气也会反作于雾滴运动;雾锥交叉区域的大部分雾滴相互碰撞后发生了液滴的结合并且雾滴速度有所提高。在此基础上对多方向射流过程中药液的分裂雾化机理进行分析，利用AIP特征造型软件设计了多关节喷雾仿形臂，基于喷雾作业中调节喷头位置与靶标间距，对9种典型作业工况进行了CFD模拟计算，结果显示:喷雾作业中喷杆夹角最佳调节范围为为0～40°。在增大仿形臂相邻两喷杆夹角的过程中，能够使五个喷头喷洒过程中的喷雾量一致性由竖直的“一字型”转变为依树形变化的“折线型”，使得各喷头工作时更接近靶标，增大喷雾精准度。
　　本文应用喷雾性能综合试验台和CFD相结合的手段对药液射流分裂雾化机理进行了分析，为果园仿形喷杆式喷雾机的设计提供理论依据。根据三优果园苹果树的生长树貌，确定仿形臂的尺寸以及喷头的布置方式。在CFD中对仿形臂作业工况进行模拟，确定仿形臂作业中最佳角度调节范围。论文工作对提高果园打药的准确度，减少雾滴的漂移和沉降造成的药液浪费，指导研发新型喷雾仿形机构具有重要意义。

目录

声明

摘要

1．引言

1．1 课题研究背景

1．2 课题研究意义

1．3 国内外现状

1．3．1 药液雾化国内现状综述

1．3．2 药液雾化国外现状综述

1．4 课题研究方法及主要内容

2．药液雾化机理研究

2．1 果园喷雾作业方式

2．1．1 风送式喷雾

2．1．2 液力式喷雾

2．1．3 果园喷雾作业园艺要求

2．2 药液分裂雾化机理研究

2．2．1 液体分裂雾化原理

2．2．2 药液雾化方式

2．2．3 射流分裂雾化机理

2．3 小结

3．单喷头喷雾性能分析

3．1 喷雾性能综合试验台

3．2 喷头选型

3．3 单喷头性能对比试验

3．3．1 粒径测试

3．3．2 雾锥角测试

3．3．3 单喷头喷雾量分布测试

3．3．4 确定喷嘴型号

3．4 小结

4．基于CFD的喷雾仿真

4．1 CFD简介

4．2 雾滴轨迹及能量分析

4．2．1 雾滴能量的变化

4．2．2 雾滴单轨迹运动的物理分析

4．2．3 雾滴轨迹的欧拉—拉格朗日计算

4．3 喷洒工况仿真

4．3．1 单喷头喷洒工况仿真

4．3．2 双喷头喷洒工况仿真

4．4 小结

5．仿形臂设计与喷雾工况模拟

5．1 喷杆悬架的设计

5．2 活动喷杆的设计

5．2．1 活动喷杆设计

5．2．2 喷头的布置

5．3 仿形臂特征造型

5．4 仿形臂的喷雾工况模拟

5．5 小结

6．结论与展望

6．1 结论

6．2 展望

参考文献

在读期间发表的学术论文

作者简历

致谢