静态孔隙率相似的空间雾滴沉积分布仿真与试验研究

摘要

雾滴在植株群体内部的空间沉积分布是衡量喷雾质量的重要指标之一。在喷雾机进行喷雾性能评价以及喷雾参数设定中，必须进行大量喷雾作业试验，此类喷雾作业试验结果无法用仿真软件的模拟结果代替。目前针对空间雾滴沉积分布的测试试验主要是在田间进行，由于作物种类繁多，且形态结构因物种、环境等多方面的影响而不同，研究过程较复杂且耗时耗力。因此，在借鉴国内外对雾滴沉积分布研究的基础上，本文从光学孔隙率（之后均简称孔隙率）的角度出发，研究了一种孔隙率相似性的方法，并根据该方法设计了与静态作物孔隙率相似的三维空间标准化装置，代替作物群体，并通过改变装置的孔隙率表征不同作物或作物的不同的生长形态下的不同静态孔隙率，用于完成不同生长形态下的作物试验。项目组前期（左文龙，2015；陈荣康，2017）进行的大量CFD模型仿真与真实植株的对比试验，证明CFD模型仿真可以客观反映真实作物的试验结果。在 CFD 中建立不同静态孔隙率下的喷雾仿真计算模型并进行仿真计算，获得雾滴在不同孔隙率下的空间分布情况，同时进行不同静态孔隙率下雾滴沉积试验研究，统计测试装置各层的沉积量，因此，结合仿真结果与试验结果定量分析孔隙率对雾滴空间沉积分布的影响。 具体完成内容如下： 1.从雾滴在作物群体内运输的角度，将作物群体抽象为多孔介质，并根据多孔介质的孔隙率特性，研究了一种孔隙率相似性的方法，并以棉花植株群体为例，根据该方法建立不同株型的棉花植株群体静态孔隙率相似性装置。 2.利用计算流体力学（CFD）对静态孔隙率相似性装置进行三维喷雾模拟计算模型建模与仿真，并对雾滴在孔隙与非孔隙处的运动仿真结果进行分析。 3.通过仿真分析不同静态孔隙率下雾滴穿过各层后剩余的雾滴量以及剩余雾滴分布情况，从雾滴穿透性的角度对雾滴在各层的沉积分布进行分析，仿真结果表明孔隙率不同对雾滴的穿透性影响明显。 4.搭建不同孔隙率相似性装置并进行喷雾试验，喷雾试验条件与仿真试验条件一致，利用水敏纸统计各层雾滴沉积量，并与模拟仿真统计的沉积量进行比较，仿真结果与试验结果基本吻合，说明静态孔隙率相似的雾滴沉积测试装置可以实现对空间雾滴沉积分布的分析，为样机喷雾性能验证以及喷雾参数设定提供了通用测试平台；最终结合仿真结果与试验结果对在不同静态孔隙率下的各层以及整体沉积量进行分析，结果表明孔隙率对雾滴的沉积分布有显著影响，为研究作物群体内部的雾滴沉积分布提供了新的思路或角度。

目录

声明

1 引言

1.1 课题研究背景和意义

1.2 国内外雾滴沉积分布研究现状

1.3 课题的研究概况

1.4 研究内容与技术路线

2 基于静态孔隙率相似的雾滴沉积测试装置

2.1 孔隙率相似性方法

2.2 静态孔隙率相似的测试装置设计方法

2.3 棉花静态孔隙率相似的测试装置搭建

3 静态孔隙率相似性装置的喷雾仿真计算模型

3.1 静态孔隙率相似性测试装置喷雾计算区域建模

3.2 静态孔隙率相似性测试装置喷雾计算区域的网格划分

3.3 静态孔隙率相似性测试装置喷雾计算区域的计算条件设置

3.4 喷雾仿真试验与分析

4 不同静态孔隙率下空间雾滴沉积分布仿真研究

4.1 仿真试验方案设计

4.2 不同静态孔隙率下雾滴空间分布

4.3 仿真试验结果

5 不同静态孔隙率下空间雾滴沉积分布试验研究

5.1 试验方法与试验环境

5.2 试验数据及处理

5.3 试验结果与分析

6 结论与展望

6.1 结论

6.2 主要创新点

6.3 展望

参考文献

致谢

在读硕士期间取得的主要学术成就