晚霜冻害造成茶叶生产损失巨大，成为我国茶产业发展所面临的主要技术瓶颈之一。国外机械化防霜技术较为成熟，但国内防霜设备与技术的研发还处于起步阶段，部分示范应用的茶园高架防霜风机，其风机叶型多为直接选配，防霜效果仍需进一步提高。因此，开展茶园防霜风机叶型优化设计的深入研究，研制具有自主知识产权的高效防霜风机叶型，不仅可以提高风机防霜效果，而且对促进我国农业防霜装备与技术的进步，具有重要的理论价值和实践意义。本论文在国家863计划课题“茶园智能化关键技术与装备开发”的资助下，试验研究茶园近地小气候逆温变化特征，仿真逆温状态时气流扰动的作用效果;在重构国外防霜风机叶型的基础上，优化设计叶型参数，确定了国产防霜风机叶型;研制出相应防霜风机并进行了性能试验。主要研究内容与结果如下:　　 a)气流扰动防霜的逆温基础研究　　 晚霜发生时，试验测定茶园近地温度参数，分析茶园逆温气象特征，研究茶园近地空气层温度的动态变化规律。结果表明，气象逆温是气流扰动防霜的必要条件，在早春晴朗少风或无风的夜晚易出现晚霜冻;一般地，逆温始于傍晚17:30，且逆温程度快速增强;20:00左右逆温温差达到最大，其后逆温变动较小;直到第二日凌晨6:00逆温程度迅速减弱，在8:00左右逆温差基本消失。　　 夜间逆温程度基本稳定时，空气温度随高度变化存在一定的规律:近地1～3m和6～7.5m高度范围的温度上升比较明显，前者温度平均增大速率为1.51℃/m，后者为1.58℃/m;而3～6m和7.5～12m高度范围的温度上升相对比较缓慢，平均增大速率分别为0.41℃/m和0.15℃/m。　　 b)基于逆向工程的风机叶型重构与仿真　　 采用关节臂三座标测量仪对进口NK-1028YD型防霜风机叶型进行三维扫描，基于Imageware和Pro/e软件，以“点-线-面”的曲面重构方式构建叶型几何形体，并应用特征造型完成叶型实体化建模。　　 对云点拟合线和叶型曲面进行误差分析，精度分别达到0.2mm和0.5mm，且叶型曲面光顺性评价结果良好，满足逆向反求对重构实体模型的精度要求，可用于建模仿真。　　 c)防霜风机作用效果仿真及叶型优化设计　　 首先，以逆向反求的防霜风机形体模型为对象，采用Fluent软件进行气流扰动作用效果的CFD仿真。在确定计算区域和边界初始条件后，分别设定入口处的风量为10、15、20、25m3/s，风速为14、16、18、20m/s，仿真分析气流扰动的作用效果。结果表明:随着入口流量和风速的增加，防霜范围随之增加;当风量为25m3/s时，有效作用距离最大，可达48m，当风速为20m/s时，有效作用距离最大，可达34m。依此确定流量和风速作为衡量防霜风机性能重要指标。　　 然后，将重构防霜风机置于模拟风洞中，通过仿真作用效果，来优化设计叶型参数。影响叶型性能的主要因素有:安装角、截面曲线、前后掠、轮毂比及轴向叶型形状。对其进行单因素仿真和结果分析，选择出较佳的单因素参数如下:安装角为15°、16°、18°和19°;截面曲线为单圆弧半径1100mm、1200mm和双圆弧(800mm和2500mm);轮毂比为0.3、0.32;掠角为87°和-87°;叶型形状为代号0和1的叶型。　　 最后，进行以上多因素的正交仿真试验，经综合对比防霜机功率、效率、风速、风量，确定防霜机叶型的优化设计参数。优化的叶型参数如下:安装角为15°、前掠角为87°、轮毂比为0.3、截面圆弧半径为1200mm、叶型形状为代号1，此时的轴功率约为2.5KW。　　 d)新型茶园防霜风机性能测试　　 基于优化设计的防霜风机叶型参数，自主研制出国产化的防霜机，进行实验室台架性能，并与国内外防霜机进行对比。　　 在无风天气条件下，将研制风机置于离地1.8m高度的台架上，使电机轴线水平于地面，测试其前方风速大小和分布范围。在风机非摆动状态下，风速的分布形状呈平放鸭梨状，并且水平方向离风机越远处，风速越小。16m范围内，风速迅速变小，在之后的30m范围内，风速基本保持在1～3m/s。垂直方向上，风速分布基本呈对称分布，在水平16m处，垂直分布可达16m以上。将风速为0.6m/s的为分布范围计入，该套系统的有效作用面积范围约为300m2，若以风机摆动范围90°计算，其有效作用范围将大于1100m2。　　 本研究利用逆向工程、建模仿真和试验等技术手段。优化设计并研制出具有自主知识产权的茶园防霜风机，填补了国内空白，促进了我国茶园机械化防霜技术水平的提高。