环形多喷头气力辅助静电植保喷雾器的研究.pdf

摘要

我国山地果园受限于地块分散、地势坡度跨度大、果树行株距狭窄等复杂条件，

大型施药喷雾装备难以进入，而常用的非承载型喷雾机具存在着喷雾效率差、喷施

的农药利用率低、作业机理不明晰等问题，限制了果园产业的发展。因此，科学合

理的非承载型喷雾器设计及高效的喷雾技术应用对于山地果园植保管理尤为重要。

为解决果园植保喷雾作业存在的问题，本文将多喷头技术、气力辅助技术以及

静电技术结合应用于非承载型喷雾器的研制，并搭建喷雾试验系统进行作业机理的

研究，分析喷雾压力、静电电压、荷电电压这三个关键参数与雾滴粒径特性、荷电

特性以及沉积特性的关系，确定各因素的影响规律、交互作用情况并得到最佳作业

参数组合。本文的主要研究工作及结论如下：

（1）建立喷雾器外部流场模型，选择相应的湍流模型、离散相模型及两相的耦

合进行环形多喷头喷雾外部流场的仿真计算，分析不同喷头倾角对雾滴特性的影响。

仿真结果表明：环形多喷头结构中，喷头向内倾斜能使更多的雾滴受到气流作用输

送到更远的距离，雾滴粒径分布越均匀。

（2）根据气力辅助技术及静电技术原理，进行喷雾器关键部件的选型，研制环

形多喷头气力辅助静电植保喷雾器，并搭建喷雾试验系统，包括粒径特性测量系统、

荷电特性测量系统及沉积特性测量系统，同时确定各个喷雾特性对应的主要测量参

数。

（3）围绕喷雾压力、静电电压、出风口风速三个关键作业因素以及粒径特性、

荷电特性、沉积特性三个喷雾效果衡量指标，开展单因素试验，找出各作业因素对

不同喷雾效果指标的影响规律。试验结果表明：

①当喷雾压力和出风口风速增大时，雾滴粒径减小，且粒径均匀性得到了改善；

而静电电压在4kV时，雾滴粒径最小，而在8kV时雾滴粒径的均匀性最好，这是雾

滴的充分二次雾化以及小雾滴聚合的原因。

②荷质比随静电电压的增大而增大，其中电压从4kV到12kV，荷质比增大了

83.6%。；受到雾滴饱和充电量的影响，荷质比随喷雾压力的增加先增大后减小；出

风口风速的增大则使得荷质比出现了小幅度的降低。

③静电电压的增大对于雾滴在大部分区域的沉积量、雾滴密度以及覆盖率都有

一定的提升，但在后层和内层的穿透性不足，而对于背面的提升最为明显；喷雾压

力在0.4MPa到0.8MPa时，能提高雾滴的沉积效果，但在大于0.8MPa后反而出现

I

了降低，这是小雾滴飘移量增多导致的；出风口风速的增大也能提高雾滴的沉积效

果，但在风速较大时，雾滴密度由于小雾滴的脱靶原因而出现了降低。

（4）通过响应面试验，建立D30、荷质比、平均沉积量与静电电压、喷雾压力、

出风口风速的多元回归模型，由方差分析得到各因素对D30的影响显著性排序为：出

风口风速喷雾压力静电电压，荷质比为：喷雾压力静电电压出风口风速，

平均沉积量的排序则为：静电电压出风口风速喷雾压力；通过响应曲面分析可

知，影响D30的交互作用有雾压力与出风口风速以及静电电压与出风口风速，影响荷

质比和平均沉积量的交互作用有喷雾压力与静电电压；对各模型的参数进行优化求

解，得到各因素最优化工作参数为喷雾压力为0.6MPa，静电电压为12kV，出风口

风速为7.077m/s。

关键词：植保喷雾器；气力辅助技术；静电技术；环形多喷头

II

英文缩略词（符号表）

英文缩写英文全称中文全称

CFDComputationalFluidDynamics计算流体动力学

DPMDiscretePhaseModel离散相

TABTaylorAnalogyBreakup泰勒比拟破碎模型

PIDProportional-Integral-Derivative比例-积分-微分控制