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摘要 针对我国温室内农药喷施装置落后、农药利用率较低以及现有的离心式汽化装置汽化效果差、汽化率低等问题，利用伯努利原理，设计出新型农药汽化装置。通过对各喷头和喷头不同安装位置进行对比试验，得出喷头2号和喷头3号为汽化效果良好的汽化装置，1号位置是汽化效果明显的喷头安装位置。通过控制喷口位置和输液管道流量，对新设计的农药汽化装置进行试验，从而得出喷口位置、药液流速等因素对汽化装置的汽化效果影响较大。
关键词 药液;汽化;装置
中图分类号S491文献标识码A文章编号0517-6611（2018）36-0185-04
近年来，我国的设施农业，特别是日光温室得到了广大推广，温室栽培不仅为人们提供反季节果蔬，而且也增加农民收入[1-4]。但是由于温室内部常年温度相对变化幅度小，使大量害虫能够越冬，造成病虫害十分难治，严重阻碍温室设施的发展[5-6]。目前的温室病虫害仍然采取施加农药进行防治，施药方式有传统手动背负喷雾喷淋系统、微喷系统。近年来，农药喷施新技术有梁丽红[7]研制出的离心式汽化系统，袁雪等[8]研制出摇摆式变量弥雾机，陆军等[9]研制的ESS温室喷雾器喷雾技术，耿长兴等[10]研究的智能喷雾机器人喷雾技术。
但是这些方式存在雾化点较大、空中停留时间短、成本较高等缺陷，并制约温室设施农业的发展。传统的喷雾技术及微喷技术的农药均以雾化形式喷洒农药，农药利用率低，大量农药不能到达病虫害所在位置，不仅增加农药成本，也加剧土壤污染[11-14]。离心式汽化系统采用摩托车化油器作为农药汽化装置，利用离心式鼓风机的风压，使农药汽化，但是离心式汽化系统存在汽化率低、影响风机风速及腐蚀风机等弊端。该研究针对这些问题研发了新型汽化装置。
1原离心式汽化系统
温室汽化施药系统与温室内CO2补充系统配套使用，利用离心式鼓风机（本项目采用YY750W单相电动机）为整个系统提供动力，带动整个系统的运转，通过各级管道系统将汽化农药和CO2气体输入田间，施向温室农作物。
原离心式汽化系统是在风机上固定喇叭口，喇叭口的另一端加上汽化装置（即摩托车化油器）。离心式鼓风机加喇叭口装置后，严重影响鼓风机鼓出风量，鼓风机加喇叭口（图1）比同样情况下不加喇叭口（图2）的风速减小了1～14 m/s（表1）。
原离心式汽化系统通过对农药的汽化提高喷雾效率和农药的有效利用率。但是汽化效果相对较差，雾化点较近，而且在鼓风机上安装喇叭口，对风机风速影响较大，且汽化农药经过风机，对风机有腐蚀性破坏。利用离心式汽化系统在风机口直接喷出水雾的液滴较大，落地液滴直径可达5～8 mm，从鼓风机喷出水雾的射程近，仅达2 m左右，且由近及远水雾越来越少。风机口加直角拐时，无水雾喷出，直接在风机下边，以液态流下。风机口加直角拐拐头加直径50 mm的PVC变口及变口后加长4 m的直径50 mm的PVC管管口处，均无水雾喷出，直接以液体形式沿风机下端流下去。针对离心式汽化系统存在的问题，设计出新型农药汽化装置，安装在风机口外，汽化农药不经风机，不会对风机产生破坏，不影响风机风速，且汽化效果良好。
根据理想流体应用条件：理想流体不可压缩，药液看作恒定流[15-16]。设计出新型汽化装置，利用离心式鼓风机鼓出的恒定流， 理想流体的压力头、速度头、位置头三者和为一定值，即关键词 pρg+v22g+z=关键词 恒量，经过汽化减压装置，在减压喉管处，速度变大，压力急剧变小[17-18]。将来自输液管道的农药溶液汽化。经过一系列的试验，与不断改进，对汽化装置的影响因素进行探讨。试验从最简化的喷头开始，从喷头的汽化进风口的位置对汽化效果的影响进行探讨。
2.1汽化喷头安装位置影响
2.2不同喷头的汽化效果
经过不断试验，在原始喷头的基础上研制出4种喷头（图4），分别为喷头1号、喷头2号、喷头3号、喷头4号（表3）。喷头1号由输液管道、汽化减压管道和汽化喷口组成，其中输液管道与汽化减压管道在汽化喷口前不连通，气流与液流各自通向汽化喷口。喷头2号由输液管道、汽化减压管道和汽化喷口组成，由于输液管道和减压管道垂直，在两管交汇处以小三通连接，药液和气流汇合，通向汽化喷口。喷头3号由输液管道、汽化减压管道、气流管道（此喷头的气流管道在喷头2号的基础上加长）和汽化喷口四部分组成。其中汽化减压管道与输液管道在连接处中间加气流管道，与汽化减压管道和输液管道均呈45°夹角，保证减压后的气流速度损失较小，另外汽化喷口直径为1～2 mm。喷头4号在喷头3号基础上改变喷口大小为直径0.8～1.0 mm。
3控制变量对汽化效果的影响
从以上试验可以看出，喷头2号和喷头3号汽化效果较好，但是汽化效果受汽化喷口及减压风口的风速、输液管道液体流速的影响。
3.1喷口位置对汽化效果的影响
喷头2号和喷头3号的定位试验以汽化喷口管壁的距离为变量，由于喷头2号的喷口相对较小，取输液管道液体流速1.2 mL/s为定值。喷头3号的试验在其他条件一定时分别取以喷口距管壁距离为变量和以输液管道液体流速为变量（其他条件一定），均看汽化效果。汽化效果以250 mL所需時间、雾化点直径、雾化点最多位置处、开始有雾化点和各点处有雾化点的宽度为指标。
汽化喷头2号的雾化点在各检测点的分布状况，由图5可以看出，喷口位置与管壁距离为45、55、60 mm时，汽化喷头的雾化点主要集中在1～4 m，且从汽化喷口出口开始有雾化点;汽化喷口距管壁50 mm处，雾化点从距汽化喷口1 m开始，雾化点主要集中在2～5 m处，从雾化点轮廓看，喷头2号在此位置汽化药液雾化点可以覆盖更大范围。由此可得汽化喷头2号在喷口距管壁50 mm位置处汽化效果更好，确定喷口距管壁50 mm处为汽化合适位置（表4）。 汽化喷头3号的雾化点在各检测点的分布状况，由图6可以看出，喷口位置与管壁距离为50 mm时，汽化喷头的雾化点主要集中于2～4 m，汽化覆盖范围过小，不适合大范围温室农药汽化的应用。喷口位置距管壁为55 mm时，汽化喷头雾化点集中于1～4 m，但如图6所示，各检测点处雾化點覆盖面较窄，覆盖范围小。喷口位置距管壁60、65 mm时，汽化喷头的雾化点主要集中在1.5～4.5 m，且从雾化点轮廓看，喷头3号在此位置汽化药液雾化点可以覆盖更大范围。由此可得汽化喷头3号在喷口距管壁60和65 mm位置处汽化效更好，确定喷口距管壁60和65 mm处为汽化合适位置（表5）。
3.2液体流速对汽化效果的影响
综合分析表6和图7，可以看出喷头3号的输液管道流速对汽化效果的影响。在输液管道液体流速为0.5、0.9 mL/s时，汽化效果非常好，雾化点直径小;但是由于输液管道的液体流速太小，时间长，雾化点也相对比较集中，4 m之外基本没有雾化点。输液管道液体流速为2.0 mL/s时，汽化喷头在喷口处就有液体流下现象。输液管道液体流速为1.2、1.8 mL/s时，汽化效果好，雾化点集中在1.5～4.0 mm，比较集中，适用于温室系统的农药汽化防治病虫害。
4结论
通过以上试验，分别以汽化装置的结构、汽化喷口位置、输液管道的液流速度3个条件为变量，依次比较汽化装置的汽化效果，在各个对照组中比较，得出最佳汽化状态，即：3号汽化装置在汽化喷口距管壁60～65 mm，输液管道的液流速度为1.2～1.8 mL/s时汽化效果为最佳;2号汽化装置在汽化喷口距管壁50 mm，输液管道的液流速度为1.2 mL/s时汽化状态较好。通过以上试验可知，新型汽化装置的对应条件与最佳汽化效果的相关性，为汽化装置的影响因素分析奠定基础。
参考文献
[1] 毛罕平，晋春，陈勇.温室环境控制方法研究进展分析与展望[J].农业机械学报，2018，49（2）：1-13.
[2] YIN Y，WANG L，LIANG C H，et al.Soil aggregate stability and iron and aluminium oxide contents under different fertiliser treatments in a longterm solar greenhous experiment[J].Pedosphere，2016，26（5）：760-767.
[3] 赵淑梅，庄云飞，郑可欣，等.日光温室空气对流蓄热中空墙体热性能试验[J].农业工程学报，2018，34（4）：223-231.
[4] QIAN T T，LU S L，ZHAO C J，el at.Heterogeneity analysis of cucumber canopy in the solar greenhouse[J].Journal of integrative agriculture，2014，13（12）：2645-2655.
[5] ZHANG M，WANG X F，CUI X M，et al.The relationship between working conditions and adverse health symptoms of employee in solar greenhouse[J].Biomed Environ Sci，2015，28（2）：143-147.
[6] 王润凤.温室黄瓜病虫害防治技术分析[J].北京农业，2014（15）：119-120.
[7] 梁丽红.温室气化施药装置的试验和研究[D].太谷：山西农业大学，2014.
[8] 袁雪，祁力钧，王虎，等.温室摇摆式变量弥雾机喷雾参数响应面法优化[J].农业机械学报，2012，43（4）：45-50，54.
[9] 陆军，李萍萍，贾卫东，等.ESS温室喷雾器喷雾特性的PDIA检测实验[J].高电压技术，2009，35（7）：1661-1666.
[10] 耿长兴，张凯，张二鹏，等.智能喷雾机器人的喷雾性能试验评价[J].农业工程学报，2012，28（S2）：114-117.
[11] 李良.温室轨道风送施药系统设计[D].太原：太原理工大学，2015.
[12] 李义强，周杨全，徐金丽，等.烟叶中多菌灵农药残留的降解规律和影响因素[J].中国烟草学报，2017，23（4）：40-49.
[13] 季仁东，陈梦岚，赵志敏，等.橙汁中多菌灵农药残留吸收光谱特征研究[J].光谱学与光谱分析，2014，34（3）：721-724.
[14] 吴岩，赵伟，刘永，等.快速基质分散净化-超快速液相色谱-串联质谱法同时测定玉米中22种三嗪类除草剂残留[J].分析化学，2016，44（6）：950-957.
[15] 方达宪，张红亚.流体力学[M].武汉：武汉大学出版社，2014：60-62.
[16] 俞锦涛，陶宗明.等温条件下可压缩理想气体的伯努利方程[J].物理与工程，2016，26（6）：72-74.
[17] 任明星，王国田，李邦盛，等.微尺度空间内离心铸造过程的流动方程及相似准则[J].中国有色金属学报，2014，24（5）：1506-1511.
[18] 严导淦.流体力学中的总流伯努利方程[J].物理与工程，2014，24（4）：47-53.
关键词 药液;汽化;装置
中图分类号S491文献标识码A文章编号0517-6611（2018）36-0185-04
近年来，我国的设施农业，特别是日光温室得到了广大推广，温室栽培不仅为人们提供反季节果蔬，而且也增加农民收入[1-4]。但是由于温室内部常年温度相对变化幅度小，使大量害虫能够越冬，造成病虫害十分难治，严重阻碍温室设施的发展[5-6]。目前的温室病虫害仍然采取施加农药进行防治，施药方式有传统手动背负喷雾喷淋系统、微喷系统。近年来，农药喷施新技术有梁丽红[7]研制出的离心式汽化系统，袁雪等[8]研制出摇摆式变量弥雾机，陆军等[9]研制的ESS温室喷雾器喷雾技术，耿长兴等[10]研究的智能喷雾机器人喷雾技术。
但是这些方式存在雾化点较大、空中停留时间短、成本较高等缺陷，并制约温室设施农业的发展。传统的喷雾技术及微喷技术的农药均以雾化形式喷洒农药，农药利用率低，大量农药不能到达病虫害所在位置，不仅增加农药成本，也加剧土壤污染[11-14]。离心式汽化系统采用摩托车化油器作为农药汽化装置，利用离心式鼓风机的风压，使农药汽化，但是离心式汽化系统存在汽化率低、影响风机风速及腐蚀风机等弊端。该研究针对这些问题研发了新型汽化装置。
1原离心式汽化系统
温室汽化施药系统与温室内CO2补充系统配套使用，利用离心式鼓风机（本项目采用YY750W单相电动机）为整个系统提供动力，带动整个系统的运转，通过各级管道系统将汽化农药和CO2气体输入田间，施向温室农作物。
原离心式汽化系统是在风机上固定喇叭口，喇叭口的另一端加上汽化装置（即摩托车化油器）。离心式鼓风机加喇叭口装置后，严重影响鼓风机鼓出风量，鼓风机加喇叭口（图1）比同样情况下不加喇叭口（图2）的风速减小了1～14 m/s（表1）。
原离心式汽化系统通过对农药的汽化提高喷雾效率和农药的有效利用率。但是汽化效果相对较差，雾化点较近，而且在鼓风机上安装喇叭口，对风机风速影响较大，且汽化农药经过风机，对风机有腐蚀性破坏。利用离心式汽化系统在风机口直接喷出水雾的液滴较大，落地液滴直径可达5～8 mm，从鼓风机喷出水雾的射程近，仅达2 m左右，且由近及远水雾越来越少。风机口加直角拐时，无水雾喷出，直接在风机下边，以液态流下。风机口加直角拐拐头加直径50 mm的PVC变口及变口后加长4 m的直径50 mm的PVC管管口处，均无水雾喷出，直接以液体形式沿风机下端流下去。针对离心式汽化系统存在的问题，设计出新型农药汽化装置，安装在风机口外，汽化农药不经风机，不会对风机产生破坏，不影响风机风速，且汽化效果良好。
根据理想流体应用条件：理想流体不可压缩，药液看作恒定流[15-16]。设计出新型汽化装置，利用离心式鼓风机鼓出的恒定流， 理想流体的压力头、速度头、位置头三者和为一定值，即关键词 pρg+v22g+z=关键词 恒量，经过汽化减压装置，在减压喉管处，速度变大，压力急剧变小[17-18]。将来自输液管道的农药溶液汽化。经过一系列的试验，与不断改进，对汽化装置的影响因素进行探讨。试验从最简化的喷头开始，从喷头的汽化进风口的位置对汽化效果的影响进行探讨。
2.1汽化喷头安装位置影响
2.2不同喷头的汽化效果
经过不断试验，在原始喷头的基础上研制出4种喷头（图4），分别为喷头1号、喷头2号、喷头3号、喷头4号（表3）。喷头1号由输液管道、汽化减压管道和汽化喷口组成，其中输液管道与汽化减压管道在汽化喷口前不连通，气流与液流各自通向汽化喷口。喷头2号由输液管道、汽化减压管道和汽化喷口组成，由于输液管道和减压管道垂直，在两管交汇处以小三通连接，药液和气流汇合，通向汽化喷口。喷头3号由输液管道、汽化减压管道、气流管道（此喷头的气流管道在喷头2号的基础上加长）和汽化喷口四部分组成。其中汽化减压管道与输液管道在连接处中间加气流管道，与汽化减压管道和输液管道均呈45°夹角，保证减压后的气流速度损失较小，另外汽化喷口直径为1～2 mm。喷头4号在喷头3号基础上改变喷口大小为直径0.8～1.0 mm。
3控制变量对汽化效果的影响
从以上试验可以看出，喷头2号和喷头3号汽化效果较好，但是汽化效果受汽化喷口及减压风口的风速、输液管道液体流速的影响。
3.1喷口位置对汽化效果的影响
喷头2号和喷头3号的定位试验以汽化喷口管壁的距离为变量，由于喷头2号的喷口相对较小，取输液管道液体流速1.2 mL/s为定值。喷头3号的试验在其他条件一定时分别取以喷口距管壁距离为变量和以输液管道液体流速为变量（其他条件一定），均看汽化效果。汽化效果以250 mL所需時间、雾化点直径、雾化点最多位置处、开始有雾化点和各点处有雾化点的宽度为指标。
汽化喷头2号的雾化点在各检测点的分布状况，由图5可以看出，喷口位置与管壁距离为45、55、60 mm时，汽化喷头的雾化点主要集中在1～4 m，且从汽化喷口出口开始有雾化点;汽化喷口距管壁50 mm处，雾化点从距汽化喷口1 m开始，雾化点主要集中在2～5 m处，从雾化点轮廓看，喷头2号在此位置汽化药液雾化点可以覆盖更大范围。由此可得汽化喷头2号在喷口距管壁50 mm位置处汽化效果更好，确定喷口距管壁50 mm处为汽化合适位置（表4）。 汽化喷头3号的雾化点在各检测点的分布状况，由图6可以看出，喷口位置与管壁距离为50 mm时，汽化喷头的雾化点主要集中于2～4 m，汽化覆盖范围过小，不适合大范围温室农药汽化的应用。喷口位置距管壁为55 mm时，汽化喷头雾化点集中于1～4 m，但如图6所示，各检测点处雾化點覆盖面较窄，覆盖范围小。喷口位置距管壁60、65 mm时，汽化喷头的雾化点主要集中在1.5～4.5 m，且从雾化点轮廓看，喷头3号在此位置汽化药液雾化点可以覆盖更大范围。由此可得汽化喷头3号在喷口距管壁60和65 mm位置处汽化效更好，确定喷口距管壁60和65 mm处为汽化合适位置（表5）。
3.2液体流速对汽化效果的影响
综合分析表6和图7，可以看出喷头3号的输液管道流速对汽化效果的影响。在输液管道液体流速为0.5、0.9 mL/s时，汽化效果非常好，雾化点直径小;但是由于输液管道的液体流速太小，时间长，雾化点也相对比较集中，4 m之外基本没有雾化点。输液管道液体流速为2.0 mL/s时，汽化喷头在喷口处就有液体流下现象。输液管道液体流速为1.2、1.8 mL/s时，汽化效果好，雾化点集中在1.5～4.0 mm，比较集中，适用于温室系统的农药汽化防治病虫害。
4结论
通过以上试验，分别以汽化装置的结构、汽化喷口位置、输液管道的液流速度3个条件为变量，依次比较汽化装置的汽化效果，在各个对照组中比较，得出最佳汽化状态，即：3号汽化装置在汽化喷口距管壁60～65 mm，输液管道的液流速度为1.2～1.8 mL/s时汽化效果为最佳;2号汽化装置在汽化喷口距管壁50 mm，输液管道的液流速度为1.2 mL/s时汽化状态较好。通过以上试验可知，新型汽化装置的对应条件与最佳汽化效果的相关性，为汽化装置的影响因素分析奠定基础。
参考文献
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[15] 方达宪，张红亚.流体力学[M].武汉：武汉大学出版社，2014：60-62.
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