【摘 要】
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空气辅助静电喷雾作为环境友好型喷雾方式越来越受到研究人员的重视,目前已广泛应用于航空、果园、大田等场景。但空气辅助静电喷雾技术在温室番茄场景下的应用研究仍然较少,在该场景下,雾滴运动到远距离处的荷电特性及雾滴沉积规律成为研究的重点。本文以温室单吊轨式喷雾机为喷雾载体,对雾滴在不同参数下的荷电特性进行探究,并为温室静电喷雾机的设计和工作参数选择提供指导。本课题主要研究内容如下:(1)设计并制作电荷测
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空气辅助静电喷雾作为环境友好型喷雾方式越来越受到研究人员的重视,目前已广泛应用于航空、果园、大田等场景。但空气辅助静电喷雾技术在温室番茄场景下的应用研究仍然较少,在该场景下,雾滴运动到远距离处的荷电特性及雾滴沉积规律成为研究的重点。本文以温室单吊轨式喷雾机为喷雾载体,对雾滴在不同参数下的荷电特性进行探究,并为温室静电喷雾机的设计和工作参数选择提供指导。本课题主要研究内容如下:(1)设计并制作电荷测量装置。在喷雾压力为0.3 MPa,感应电压为6 k V的条件下,分别在0.1、0.2、0.3、0.4、0.5 m电极端面与测量装置距离处测量荷质比,不确定度达到0.4%~1.5%;荷质比测量值与法拉第筒对比,最小差异3.5%出现在电极端面与测量装置距离为0.3 m处。(2)针对扇形雾喷头研究了不同参数对雾滴充电的影响,相关参数包括电极与喷头距离、电极间距、感应电压、风速。结果表明:(a)电极间距20 mm、电极与喷头距离为6~10 mm的参数组合,电流达到峰值2.5μA,空气辅助静电喷头的开发以此为基础。(b)感应电压在1~7 k V范围内雾滴的荷质比随着电压的增加而增加,但超过这一范围,荷质比下降。(c)提高风速可有效提高雾滴荷质比。在电压为1~7 k V范围内,雾滴的荷质比随着风速的增加而增加,电压达到7 k V以后,风速越大,雾滴荷质比的下降越明显。(3)探究喷雾距离、风速对雾滴荷质比的影响,利用直接测量法得到雾滴在运动过程中的电荷衰减规律。在喷雾压力为0.3 MPa,充电电压为7 k V的条件下,方差分析结果表明距离和风速以及两者的交互作用对雾滴荷质比具有显著影响。对雾滴在外加电场和气流作用下表面电荷量的衰减进行理论分析与试验验证。(a)提出建立雾滴电荷量衰减模型的方法,风机出口风速分别为14.5、23、31.2m/s模型参数6)分别为47.84、14.52、4.17,6)值越大,雾滴表面电荷量衰减速率越慢。(b)对电场强度与雾滴电荷量变化率进行相关性分析,验证电场对雾滴电荷量衰减的影响。两因素相关性分析得到的相关系数R>0.8,表明电场强度与电荷量变化率具有显著的相关性。(4)将空气辅助静电喷头安装在温室喷雾机上,完成喷雾沉积试验。采用Box-Behnken方法,试验因素为感应电压、喷雾压力和喷头间夹角,响应指标为距离喷头1、3、5 m处靶标上的雾滴覆盖率。结果表明:(a)各因素对相对于喷头1 m处靶标上雾滴覆盖率影响的显著性排序为:喷头间夹角>喷雾压力>感应电压;对相对于喷头3 m处靶标上雾滴覆盖率影响的显著性排序为:喷雾压力>喷头间夹角>感应电压;对相对于喷头5 m处靶标上雾滴覆盖率影响的显著性排序为:喷雾压力>喷头间夹角>感应电压。(b)相对于喷头1 m、3 m、5 m距离处靶标的雾滴覆盖率回归模型的决定系数分别为95.41%、89.88%、91.56%。(c)以优化的参数进行试验,得到的相对于喷头1 m、3 m、5 m距离处靶标的雾滴覆盖率的结果与模型预测值对比,相对误差分别小于11%、7%和15%,模型预测值具有较高的可靠性。
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