击穗气吹式杂交水稻赶粉机授粉管结构优化与授粉试验

摘要

自中国成功研制杂交水稻生产技术以来，杂交水稻先后在40多个国家推广，为解决世界粮食安全问题做出重要贡献。目前杂交水稻机械化制种技术发展迅速并趋向成熟，但其中的机械化授粉技术仍旧处于起步阶段，多地仍旧沿用传统的人力式辅助授粉技术。为提高杂交水稻产量，减轻人力负担，研制杂交水稻授粉机是当务之急。根据碰撞气力式授粉原理和浙江省杂交水稻种植方式等，设计了一台击穗气吹式杂交水稻授粉机，为提高其授粉效率，利用CFD技术对其授粉管的流场进行数值仿真并优化其结构，最后利用改进后的授粉管进行田间授粉试验，通过对比人工辅助授粉验证该授粉机的授粉效果。主要结果如下:
　　(1)设计了一台击穗气吹式杂交水稻授粉机，其主要由微型汽油发动机、鼓风机、机架和两支授粉管组成，授粉管上设有气吹出口和击穗齿。
　　(2)对不同气吹出口结构、进气口结构参数、授粉管管径等因素对授粉管的流场分布进行数值仿真，结果表明授粉管气吹出口选用气吹嘴式结构、进气口水平方向固定于授粉管中心处、气吹嘴孔径越小、授粉管管径越大时，沿授粉管各气吹嘴出口气流速度分布均匀性越好，更有利于高效、均匀授粉的需要。
　　(3)对气吹嘴角度和出口流速对花粉运动轨迹的影响建立模型进行数值仿真，结果表明相同出口流速下，0°和15°的气吹嘴时的花粉分布比30°和45°气吹嘴时更有利于授粉的需要;当气吹嘴角度为0°和7.5°时，较小的出口流速下，花粉分布越符合授粉的需要;而当气吹嘴呈15°时，适中的出口流速更有利于杂交水稻授粉。
　　(4)利用装有不同型式的授粉管击穗气吹式杂交水稻授粉机进行田间授粉花粉量试验和产量小区试验，对比人工双短竿和绳索两种辅助授粉方式，结果表明15°气吹嘴的授粉管在12.11m/s的授粉效果最佳。
　　(5)分析授粉效果最佳的15°击穗气吹式杂交水稻授粉机进行田间授粉时的经济效益，对比人工双短竿授粉和绳索拉粉授粉，得到机械授粉的预计收益高于绳索拉粉和人工双短竿授粉分别为44553、36753元。

目录

声明

致谢

摘要

1 绪论

1．1 研究背景

1．2 杂交水稻授粉研究现状

1．2．1 杂交水稻授粉技术

1．2．2 杂交水稻国内外授粉现状

1．2．3 国内机械化授粉发展现状

1．3 研究意义

1．4 主要研究内容

2 击穗气吹式杂交水稻授粉机总体结构设计

2．1 击穗气吹式杂交水稻授粉机整机结构与工作原理

2．1．1 整机结构

2．1．2 工作原理

2．2 授粉管结构设计

2．2．1 授粉管主体

2．2．2 气吹出口

2．2．3 击穗齿

2．3 动力、鼓风机选配及授粉机试制

2．4 小结

3 授粉管数值仿真优化与流速分布试验

3．1 计算流体力学(CFD)及其在农业机械领域的应用

3．1．1 CFD理论及软件简介

3．1．2 CFD在农业机械领域中的应用

3．2 Fluent数值仿真方法

3．2．1 控制方程与求解方式

3．2．2 边界条件与数值求解

3．3 气吹出口流场特性的数值仿真分析

3．3．1 物理模型建立与网格划分

3．3．2 仿真结果与分析

3．4 气吹嘴式授粉管流场特性仿真与流速试验

3．4．1 仿真方法分析

3．4．2 仿真结果与分析

3．5 气吹嘴式授粉管结构的数值仿真优化

3．5．1 进气口参数优化

3．5．2 其他因素对授粉管流速分布影响的数值仿真分析

3．5．3 参数组合的数值仿真与试验验证

3．6 气吹嘴式授粉管对花粉分布的影响试验

3．6．1 试验方案

3．6．2 结果与分析

3．7 小结

4 气吹嘴式授粉管对花粉分布影响的数值仿真

4．1 大涡模拟简介及其优势

4．2 花粉分布的数值仿真

4．2．1 花粉轨迹流场的物理模型

4．2．2 边界条件与数值模拟

4．2．3 仿真结果与分析

4．3 小结

5 田间授粉试验

5．1 不同结构参数授粉管影响花粉分布的授粉试验

5．1．1 试验方案

5．1．2 试验结果与分析

5．2 不同结构参数授粉管影响母本结实率的授粉试验

5．2．1 试验方案

5．2．2 试验结果与分析

5．3 小结

6 击穗气吹式杂交水稻授粉机经济效益分析

7 结论与展望

7．1 结论

7．2 展望

参考文献

作者简历

攻读硕士期间主要研究成果