化学农药作为防治农业有害生物的重要手段之一,在保证农作物产量和保障粮食安全方面起着不可替代的作用。我国是农药生产和使用大国,但农药有效利用率较低。2020年我国三大粮食作物的农药利用率仅为40.2%,其中空间传递过程作为农药剂量损失的关键环节,有高达30%以上的雾滴发生脱靶飘移,造成了农药的大量浪费和生态环境的破坏。本文聚焦于农药雾滴的空间飘移过程,搭建了空间运行过程的共性规律研究平台,首次提出了空间运行过程的“二重维度”概念,分别从横向和纵向两个维度对雾滴在空间环境中的动态飘移行为和剂量传递规律进行研究,以阐明雾滴空间飘移的主控因素、流失规律、原因机制以及调控策略。自主搭建了雾滴空间运行CFD仿真平台和小型风洞试验平台。建立了雾滴特征参数、环境条件及冠层结构等多因素耦合下的综合模型,并分别从雾滴的空间运行轨迹、粒径衰减趋势及速度演化规律等角度验证了仿真平台的准确性。雾滴空间运行多功能风洞测试平台不仅实现了对雾滴粒径和速度等过程参数的实时观测,也实现了对不同喷施方案下雾滴空间飘移结果的诊断和分析。综合多场景下不同尺寸雾滴的横向飘移距离差异,确定了易发生飘移的敏感雾滴粒径区间,从原理上诠释了雾滴“为何飘”以及“飘哪里”的问题。通过量化各因素对雾滴横向飘移距离的影响程度,明确了雾滴粒径和喷雾高度是可调控参数中影响雾滴飘移的主控因素。通过灵敏度分析和空间飘移分区进一步确定了150μm以下的雾滴为飘移损失最为严重的部分,其中100μm以下的雾滴属于“恒飘区”,100～150μm之间的雾滴受操作参数和环境条件的影响容易发生飘移,属于“敏感区”。当环境温度升高或相对湿度降低时,敏感区雾滴因蒸发速率急剧升高,导致自身粒径快速衰减至恒飘雾滴的粒径区间,促发跨区飘移现象。发现了近喷嘴处雾滴空间速度骤减的现象,敏感区雾滴因靶向动能损失较快,其空间速度演化结果取决于环境风速和风向。雾滴空间动态受力分析揭示了自身净重力与初始曳力的比值为空间速度演化及横向飘移距离的主导机制。发现了纵向维度上雾滴的空间剂量传递过程呈现典型的分区效应,表现为近喷嘴稠密区雾滴间的相互碰撞行为和稀疏分散区雾滴的飘移扩散行为,并明确了碰撞和扩散行为对空间剂量传递的影响机制,明晰了雾滴“从哪飘”以及“飘多少”的问题。雾滴空间碰撞结果表明150μm以下的雾滴倾向于被较大雾滴所融合,碰撞合并降低了易飘移雾滴的剂量占比,改善了雾滴谱分布的均匀性,同时缩小雾滴谱的相对跨度提高了雾滴沉积分布的均匀性。基于空间剂量传递曲线的突降位置建立了稀疏分散区雾滴剂量损失的关键参数,即“临界飘移高度”,其合理性和有效性得到了风洞试验的验证,并进一步确定了不同环境条件下各尺寸雾滴的临界飘移高度,研究结果表明缩窄雾滴谱只有在临界飘移高度内才能促进雾滴的剂量传递效率,超过临界飘移高度时,雾滴飘移损失反而加剧。以小麦冠层为典型靶标场景,系统地研究了不同生长阶段下冠层结构对施药空间气流分布及剂量传递效率的影响规律。发现了冠层的阻碍作用使得空间气流速度沿着纵向高度呈现梯度分区效应,表现为“冠层内部速度衰减”、“近冠层区域速度波动”和“远冠层区域速度稳定分布”的典型特征。进一步研究表明了气流波动区域的有效高度与环境风速基本无关,主要取决于冠层高度,在作物中后期时,该区域的有效高度基本等于冠层高度。在小麦生长前期,冠层结构对雾滴空间运行行为及剂量传递效率的影响程度不明显,环境参数起主导作用;在生长中期,剂量传递效率受到冠层结构和环境参数的协同作用;在生长后期,冠层结构占主导作用,此时雾滴碰撞行为消失,敏感区雾滴发生“上扬飘移”行为,雾滴剂量损失增加。基于雾滴横向飘移行为与纵向剂量传递规律的研究结果,提出了通过掺混喷雾助剂调控药液理化性质,改善雾滴谱分布,实现雾滴减飘的调控策略,解决了雾滴“如何少飘”的问题。CFD仿真实验结果表明增大药液的黏度能够增加喷雾雾滴的体积中径,降低药液的表面张力能够缩小雾滴谱的相对跨度,提高雾滴谱的分布均匀性。添加体积分数为0.1%的有机硅助剂Silwet 806和1.0%植物油助剂倍达通后提高了TR80015和ST110 015喷嘴雾滴的体积中径,并显著降低了恒飘区雾滴的初始占比。风洞飘移测试表明,相对于纯水而言,上述两类喷雾助剂对TR和ST喷嘴的减飘效果可高达50%左右。IDK喷嘴产生的雾滴粒径较大,其飘移量的数量级仅为TR和ST喷嘴的十分之一,具有良好的减飘效果,相比上述两类喷嘴可减少90%以上的飘移损失。