基于CFD流场模拟的传统苹果园风送喷雾机研制

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植保技术是保证果树增产增收最快速、有效的方法之一,目前高效喷雾机以大型药械为主,但大型药械很难进入传统苹果果园内部,给机械化作业带来了不便。因此我国大部分地区的传统苹果果园喷雾作业仍以人力和担架式喷雾机等大喷雾量的施药方式为主,存在施药不均匀、环境污染、药物残留、高劳动强度的问题。并且传统方法研制喷雾机周期长、成本高,而CFD(计算流体动力学)技术可以为喷雾机的研制和控制提供理论依据,能大大缩短研发周期,减少生产成本。为研制适合我国传统苹果果园的喷雾装备,本着节约研发成本,缩短周期的原则,基于CFD技术设计适合我国传统苹果果园的风送喷雾机。本论文主要研究内容及结果如下:1.基于CFD的喷雾机内部流场和外部流场模拟分析。由于传统风送喷雾机的研制成本高、周期长,为缩短研发周期,减少成本,通过CFD技术对风送喷雾机风送系统进行了设计和优化,从最大限度的减小气流能量的损失和涡流、提高流场分布的均匀性的原则出发,设计了最佳的风箱结构和具体参数。模拟分析了喷雾机流场分布规律,建立了喷雾高度与喷头倾角模型:当喷头倾角大于85°或者小于40°时改变喷头的倾角对气流场的改变影响不大,在喷头倾角为40°-85°时。建立了喷头倾角与喷雾高度线性模型:随着喷头倾角的增加,喷雾高度也相应的增加。在气流场模型的基础上,模拟了风送喷雾机雾滴沉积模型,得到了雾滴沉积分布规律。2.传统苹果园风送喷雾机的设计。结合我国传统苹果果园的种植模式、喷雾机发展现状及流场模拟结果,提出了一种适合我国传统苹果果园的风送喷雾机。并对风送喷雾机的风送系统、喷雾系统、传动系统和主要零部件进行了设计,对风送喷雾机底盘、药箱支架、车轴进行了理论分析计算、优化和改进,并在保证安全、可靠、稳定的前提下对喷雾机底盘和药箱支架进行了轻便化优化设计。3.喷雾机雾滴沉积分布试验及田间通过性试验。设计了喷雾机的雾滴覆盖率和雾滴穿透性的田间试验,试验结果表明:风送喷雾机雾滴覆盖率较高,雾滴分布较均匀,达到同样的喷施效果,喷雾量仅为担架式喷雾机的15%,工作效率比担架式喷雾机提高了10.8倍。对风送喷雾机的壕沟通过性、越障通过性、爬坡通过性进行了测试,测试结果表明:在喷雾机满载的情况下,风送喷雾机具有较好的通过性。4.基于CFD模拟不同车速对流场漂移的影响。流场的分布规律受喷雾机行走速度的影响明显,为研究喷雾机在不同行走速度下流场的分布规律,基于CFD动网格技术实现了在三维模型下研究喷雾机行走速度对流场漂移的影响,分析了喷雾机在不同行走速度下的流场分布及漂移规律,建立了流场漂移距离与车速的关系模型,为喷雾机的自动化控制和高效对靶提供理依据。由模拟可知:在车速为0.5 m/s-2.0 m/s时,随着车速的增加,漂移距离也逐渐递增,漂移距离的增幅由先是递增而后逐渐递减。
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