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常规喷雾施药方式会造成大量雾滴漂移和非标靶沉积,不仅浪费药液而且污染环境。相关学者一直致力于寻求更为高效低污染的施药方式。风幕式气力辅助静电喷雾技术结合了静电喷雾和气力辅助技术的优点,可以有效提高喷雾靶标沉积量和减少液滴漂移。本文在国家863项目-蔬菜高效施药技术研究与装备创制(2008AA100905)的资助下,针对风幕式气力辅助静电喷雾两相流场及其系统设计开展了研究,主要工作如下:
1、设计并制造风幕式气力辅助静电喷雾实验台,对喷雾系统的雾化特性、雾化流场和无冠层地面沉积规律进行实验研究。结果表明:在气体射流和荷电电场作用下,喷雾粒径分布更加均匀、粒径范围更窄:在电极环附近荷电喷雾流场出现卷吸现象,电压越大卷吸现象越明显,且卷吸区域沿喷雾的轴向向下延伸;气体射流使作用区域的卷吸现象减弱,卷吸区域随气流速度增大逐渐向喷雾核心区收缩;气流出口与喷头的间距越小,气流对荷电卷吸的抑制作用越明显;风幕气体射流增加了液滴的动量、减小了液滴的横向扩散,可有效抑制雾滴漂移,使喷雾集中沉积在喷雾中心附近的狭窄区域;风幕流场增强了气流对喷雾流场的扰动,使喷雾沉积分布沿喷杆轴向更加均匀。
2、采用计算流体动力学(CFD)方法对风囊内流场和风幕气力辅助喷雾流场进行数值模拟,并对风幕系统的设计方案进行优化。主要结论:出口风速大于15m/s,风幕气流可有效减少雾滴漂移,使雾滴集中沉积在喷雾中心附近的狭窄区域,但大于30m/s时,会产生二次漂移;气体射流减小了自然风对小粒径液滴(50-200μm)轨迹的影响;相同出口风速下,气体射流与喷嘴轴线夹角越小,风幕效果越好。
3、设计风幕式气力辅助静电喷雾系统,结合数值模拟和试验结果对系统设计方案进行优化,制造该系统并安装在高地隙喷杆喷雾机上进行田间实验。实验结果表明该系统运行可靠,喷雾漂移量小,达到了预期的设计要求。
风幕式气力辅助静电喷雾系统的研发为高沉积率、低漂移量农药喷洒系统的设计提供了新思路,论文工作加深了对气体射流作用下静电喷雾流场和荷电液滴群运动特性的认识,为风幕式气力辅助静电喷雾系统的设计和优化提供科学依据。