混藥器混合均勻性分析方法與在線混合變工況試驗(yàn)

代 祥 徐幼林 宋海潮,2 陳駿陽 況良杰 馬魯強(qiáng)

(1.南京林業(yè)大學(xué)機(jī)械電子工程學(xué)院， 南京 210037； 2.南京工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院機(jī)械工程學(xué)院， 南京 210023)

0 引言

精準(zhǔn)變量噴霧具有減少農(nóng)藥浪費(fèi)、提高農(nóng)藥利用率的優(yōu)點(diǎn)[1-2]。農(nóng)藥與水的混合方式分為預(yù)混式及在線混合式，前者需預(yù)先進(jìn)行藥水混合，存在剩余藥水處理以及人工預(yù)混時(shí)接觸農(nóng)藥的問題[3]，后者能根據(jù)需要實(shí)時(shí)配比出所需混合比的藥水，有效地避免了農(nóng)藥浪費(fèi)，保護(hù)了環(huán)境及操作人員健康，因此成為目前植保機(jī)械的研究方向[4]。而在線注入式變量噴霧主要存在變量響應(yīng)延時(shí)、藥水難以精確配比，以及藥水混合均勻性存在差異等問題[5-6]。采用噴嘴直接注入式系統(tǒng)可有效降低變量響應(yīng)延時(shí)，即農(nóng)藥直接從噴嘴前方注入載流中[7-8],使得農(nóng)藥傳輸距離最短，縮短了農(nóng)藥輸運(yùn)時(shí)間，但是該系統(tǒng)存在農(nóng)藥與載流混合不充分的缺陷。

圖1 旋動(dòng)射流混藥器結(jié)構(gòu)圖Fig.1 Structure diagram of swirling jet mixer1.收縮管 2.混合管 3.分流器 4.進(jìn)藥管 5.擴(kuò)散管 6.檢測(cè)管 7.噴頭

在對(duì)流體混合均勻性效果的分析評(píng)價(jià)方面，LUCK等[9]在基于吸光性測(cè)定均勻性的試驗(yàn)中評(píng)估了紅色羅丹明顏料作為示蹤劑的應(yīng)用；VONDRICKA等[10]基于碘脫色反應(yīng)，測(cè)定混合液的透光性，獲得了在線混合每一時(shí)刻的混合均勻性，這與通過測(cè)定時(shí)間序列上農(nóng)藥濃度[11-12]或者比較噴霧扇面內(nèi)樣本間農(nóng)藥量[5,8]從而評(píng)估均勻性的做法有所不同。采用圖像處理方法進(jìn)行均勻性評(píng)估是另一種可行的方法，REALPE等[13]通過比對(duì)灰度值區(qū)分懸浮劑藥水濃度，與分光度儀所取得的檢測(cè)結(jié)果進(jìn)行對(duì)比，發(fā)現(xiàn)兩者誤差很小；BERTHIAUX等[14]采用主成分分析(PCA)方法研究了兩種不同顏色粉末的混合均勻性；MUERZA等[15]使用自相關(guān)函數(shù)對(duì)兩種不同顏色粉末顆粒的靜態(tài)混合效果進(jìn)行了動(dòng)態(tài)研究；郭敬坤等[16]使用圖像增強(qiáng)方法獲得了流體混合圖像中示蹤粒子的分布；XU等[17]利用流體圖像處理技術(shù)研究了泵轉(zhuǎn)速與系統(tǒng)壓力對(duì)混合均勻性的影響。但目前對(duì)農(nóng)藥與水摻混后的均勻性分析研究仍缺乏科學(xué)的、一致認(rèn)可的精確定量分析評(píng)價(jià)方法。

液態(tài)脂溶性農(nóng)藥與水混合后難以實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確的邊界分割，因此本文以脂溶性農(nóng)藥為試驗(yàn)對(duì)象。從研究能夠描述圖像中藥水混合均勻性的定量分析方法著手，借助脂溶性農(nóng)藥與水混合后在流場(chǎng)中分布存在差異的特性，利用圖像處理技術(shù)對(duì)混藥器內(nèi)的混合均勻性進(jìn)行定量分析，提出均勻性評(píng)價(jià)指標(biāo)，并通過均勻性分析方法驗(yàn)證試驗(yàn)對(duì)比分析所提出的評(píng)價(jià)指標(biāo)正確性；然后對(duì)旋動(dòng)射流混藥器進(jìn)行變工況(不同混合比P、不同載流流量Q)條件下脂溶性農(nóng)藥與水的在線混合試驗(yàn)，依據(jù)所提出的評(píng)價(jià)指標(biāo)探尋混藥器混合均勻性隨P及Q變化的關(guān)系。為農(nóng)藥混合效果的科學(xué)評(píng)價(jià)提供有效方案，并為利用該混藥器進(jìn)行精確的處方施藥提供有力的技術(shù)支持。

1 材料與方法

1.1 混藥器、直接注入式在線混合試驗(yàn)系統(tǒng)及試驗(yàn)用農(nóng)藥

經(jīng)過結(jié)構(gòu)優(yōu)化的脂溶性農(nóng)藥混藥器[18]如圖1所示，農(nóng)藥與水在入射點(diǎn)后的混合管內(nèi)實(shí)現(xiàn)第1步摻混，混合管內(nèi)液體流速高，雷諾數(shù)較大，湍流擴(kuò)散作用較強(qiáng)。混合管后接擴(kuò)散管，藥水經(jīng)過混合管流出后速度降低，為了繼續(xù)增強(qiáng)湍流作用，擴(kuò)散管外壁的導(dǎo)葉使液體產(chǎn)生切向加速度?；焖幤鲀?nèi)徑為13 mm，混合管直徑為4 mm，混合管長(zhǎng)度為20 mm，擴(kuò)散管角度為9°。檢測(cè)管為圓管，內(nèi)徑與混藥器內(nèi)徑一致，管較薄，可有效減輕光線的折射現(xiàn)象以及圖像采集失真。

試驗(yàn)系統(tǒng)包括注水、供藥以及圖像采集3部分，如圖2所示。注水系統(tǒng)中水泵為PLD1206型隔膜泵，由DC12V直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)，最高壓力1.0 MPa，最大流量4.0 L/min；LWGY-DN15型流量傳感器由DC24V直流電源供電，流量檢測(cè)范圍0.04～0.2 m3/h；壓力變送器(CYT101型，精度等級(jí)±0.2%F·S)壓力檢測(cè)范圍0～10 kPa；采用流量控制閥手動(dòng)對(duì)載流流量Q進(jìn)行調(diào)節(jié)。供藥系統(tǒng)中藥泵為KDS-FB-24型蠕動(dòng)泵，由DC24V直流電源驅(qū)動(dòng)，注藥流量控制器經(jīng)485總線控制藥泵精準(zhǔn)調(diào)解注藥量，流量范圍0.005～0.55 L/min。圖像采集系統(tǒng)包括IO Industries生產(chǎn)的4M180-CL型高速相機(jī)；OR-X4C0-XPF00型圖像采集卡；視頻記錄軟件為IO Industries Streams 7，紫光燈選用美國(guó)Spectroline系列B-260型雙燈管手持式紫外線燈。

圖2 直接注入式在線混合試驗(yàn)系統(tǒng)示意圖Fig.2 Experimental system sketch of in-line injection and mixing1.水箱 2.過濾裝置 3.水泵 4.安全閥 5.流量控制閥 6.壓力變送器 7.渦輪流量計(jì) 8.混藥器及檢測(cè)管 9.紫光燈 10.高速相機(jī) 11.圖像采集裝置 12.噴頭 13.藥泵 14.注藥流量控制器 15.藥箱

圖3 混藥器在線混合圖像采集及其像素分析Fig.3 Schematics for ROI acquisition and pixels analysis of ROI

為了對(duì)混合均勻性進(jìn)行分析，以脂溶性農(nóng)藥為在線混合對(duì)象進(jìn)行試驗(yàn)研究。脂溶性農(nóng)藥指的是難溶于水的油劑類農(nóng)藥。油劑是常用農(nóng)藥劑型之一，包括油劑類化學(xué)農(nóng)藥及油劑類生物農(nóng)藥，一般情況下脂溶性農(nóng)藥比水溶性農(nóng)藥的在線摻混均勻性差，但是由于其優(yōu)良的作用效果，應(yīng)用較為廣泛[18]。為了試驗(yàn)操作安全，采用加入了LUYOR-6100油性熒光劑的菜籽油(粘度40 mPa·s，密度915 kg/m3)模擬脂溶性農(nóng)藥進(jìn)行試驗(yàn)，熒光劑與植物油按1∶1 000預(yù)混，在紫光照射下亮度較高，高速相機(jī)能夠捕捉到混合液中熒光劑的分布。試驗(yàn)在暗室進(jìn)行，設(shè)置相機(jī)幀率為180 f/s，曝光度為4 000，圖像灰度級(jí)為1 024。試驗(yàn)過程中紫光燈分別架設(shè)于混藥器上方和下方，高速相機(jī)垂直于混藥器安放并保持與混藥器在同一水平，相機(jī)和混藥器相對(duì)位置固定，水平距離為30 cm。混藥器檢測(cè)管處于成像的中央，避免出現(xiàn)異常光點(diǎn)而影響圖像處理計(jì)算精度。

1.2 基于像素的混合均勻性分析方法

試驗(yàn)中對(duì)檢測(cè)管進(jìn)行圖像采集，并從中截取檢測(cè)區(qū)域(Region of interest,ROI)進(jìn)行分析，因?yàn)橐?yàn)證的是混藥效果，故ROI選擇在靠近混藥器出口的檢測(cè)管部分。ROI應(yīng)盡可能涵蓋混合區(qū)域，并反映混合區(qū)域的細(xì)節(jié)，因此不宜選擇較小的ROI，避免由于圖像失真及信息丟失導(dǎo)致計(jì)算不夠準(zhǔn)確。試驗(yàn)中根據(jù)當(dāng)前相機(jī)參數(shù)及相機(jī)安裝(距混藥器檢測(cè)管30 cm)條件下所采集的圖像，沿管壁附近設(shè)定ROI邊界。

圖3a白色方框內(nèi)為ROI,圖3b為截取的ROI，該圖像的像素波動(dòng)情況可從圖3c看出。為了獲得該圖像的混合均勻性定量分析數(shù)據(jù)，分別使用基于像素的變異系數(shù) (Coefficient of variation)和面積加權(quán)均勻性指數(shù)(Area-weighted uniformity index)綜合分析農(nóng)藥與水的混合均勻性。

1.2.1基于像素的變異系數(shù)

變異系數(shù)α一般用于衡量分布的相對(duì)偏差。將混合圖像的每個(gè)像素值視作離散值，則α能夠衡量像素波動(dòng)的相對(duì)大小，可以描述區(qū)域內(nèi)亮度值分布相對(duì)于亮度平均值的離散程度。

在混合過程中，α大說明像素亮度值相對(duì)離散程度大，即ROI中有未混合開的藥團(tuán)以及含藥量低的區(qū)域存在，則混合均勻性較差；α小說明像素離散程度較小，亮度值分布在均值附近，即ROI內(nèi)亮度差異極化不明顯，則均勻性較好。α計(jì)算公式為

(1)

式中xi——ROI內(nèi)各像素點(diǎn)像素值

n——ROI內(nèi)像素個(gè)數(shù)

對(duì)時(shí)間軸上連續(xù)1 s(180幅)圖像處理，取均值為計(jì)算結(jié)果。

1.2.2基于像素的面積加權(quán)均勻性指數(shù)

α值代表了ROI內(nèi)植物油濃度的波動(dòng)范圍，但是α值不能描述特定濃度的混合液在整個(gè)ROI內(nèi)的分布均勻性，因此使用面積加權(quán)均勻性指數(shù)γ來描述這一特征。面積加權(quán)法可用于流體流動(dòng)均勻性的度量，面積加權(quán)平均速度能衡量區(qū)域內(nèi)流體速度分布的均勻性[19]。γ計(jì)算公式為

(2)

式中φi——網(wǎng)格內(nèi)平均濃度藥液分布占比

μ——ROI內(nèi)平均濃度藥液分布占比

Ai——網(wǎng)格面積

N——?jiǎng)澐志W(wǎng)格數(shù)

借助Matlab圖像處理工具，對(duì)ROI以5像素×5像素進(jìn)行等面積網(wǎng)格劃分，等網(wǎng)格面積條件下γ計(jì)算公式為

(3)

圖4 網(wǎng)格劃分及γ計(jì)算原理示意圖Fig.4 Schematics of grid partition and calculation principle of γ

根據(jù)文獻(xiàn)[13]，均值反映了圖像所代表的混合液的平均濃度大小，因此以混合液的亮度均值μ作為混合液中平均濃度混合液的特征值，試驗(yàn)條件下樣本將選擇μ±0.02(0.02的確定與本試驗(yàn)條件下預(yù)混合液圖像的計(jì)算相關(guān)，使得預(yù)混合圖像計(jì)算γ值接近100%)計(jì)算該特征值對(duì)應(yīng)像素在ROI內(nèi)分布的γ值。從而獲得平均濃度混合液在ROI內(nèi)的分布均勻性。對(duì)時(shí)間軸上連續(xù)1 s(180幅)圖像處理，取均值為計(jì)算結(jié)果。

1.3 均勻性分析方法驗(yàn)證試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)前需對(duì)采集到的管內(nèi)混合圖像進(jìn)行標(biāo)定，用不同混合比P條件下均勻的混合液作為參照，與不均勻的混合液以及極不均勻的靜置分層現(xiàn)象作對(duì)比，檢驗(yàn)α和γ兩種均勻性分析方法的準(zhǔn)確性并標(biāo)定混合均勻性范圍。均勻性分析方法驗(yàn)證試驗(yàn)中檢測(cè)管安裝方式如圖5所示，不安裝混藥器，檢測(cè)管與三通直接相連。

圖5 驗(yàn)證試驗(yàn)檢測(cè)管安裝方式Fig.5 Detection tube installation in verification experiments1.進(jìn)水口 2.進(jìn)藥口 3.三通管 4.檢測(cè)管 5.溶液出口

(1)均勻混合液圖像采集：人工將藥液與載流(清水)分別以1∶100、3∶100、5∶100、7∶100、9∶100的比例置于水箱中進(jìn)行預(yù)混合，由水泵將混合液泵送至檢測(cè)管，泵送過程中保持強(qiáng)力攪拌確保混合液均勻，進(jìn)行圖像采集。

(2)不均勻混合圖像采集：進(jìn)行不安裝混藥器條件下的在線混合，農(nóng)藥從三通管的下部進(jìn)藥口注入載流之中?？刂芉=2 400 mL/min，P同上，采集混合圖像。

(3)極不均勻混合圖像采集：采取注藥后靜置的方式，待藥水分層后采集極不均勻的混合圖像。

1.4 變工況試驗(yàn)設(shè)計(jì)及試驗(yàn)參數(shù)設(shè)置

安裝旋動(dòng)射流混藥器進(jìn)行變工況試驗(yàn)，混藥器及檢測(cè)管安裝方式如圖6所示。

大二線性代數(shù)老師張智對(duì)“學(xué)數(shù)學(xué)有什么用？”的一番闡述，則讓我記憶深刻。張老師開始宏大的開場(chǎng)白：“數(shù)學(xué)是一切哲學(xué)性、理論性思考與演繹的基礎(chǔ)。數(shù)學(xué)給予人們的不僅是知識(shí)，更重要的是能力，這種能力包括觀察實(shí)驗(yàn)、收集信息、歸納類比、直覺判斷、邏輯推理……這些能力的培養(yǎng)，將使人終身受益！”在他的描述之下，數(shù)學(xué)不僅是科學(xué)、是哲學(xué)、是工具、是藝術(shù)，還是真與美的畫卷。

圖6 變工況試驗(yàn)混藥器及檢測(cè)管安裝方式Fig.6 Swirling jet mixer and detection tube installation under variable working conditions experiments1.進(jìn)水口 2.進(jìn)藥口 3.混藥器 4.檢測(cè)管 5.溶液出口

圖7 均勻性分析方法驗(yàn)證試驗(yàn)結(jié)果(ROI圖像)Fig.7 Comparative results of verification experiments by uniformity analysis methods

變工況試驗(yàn)參數(shù)包括不同的混合比P，以及不同的載流流量Q，調(diào)整這兩個(gè)參數(shù)即可以滿足在線噴霧需要。在草甘膦用于大豆病蟲害防治中，常見的藥水混合比P范圍一般為1∶10到1∶107之間[11]，試驗(yàn)中混合比指的是體積流量比。載流流量Q參考實(shí)際噴霧作業(yè)中單噴頭流量選取[20]，并結(jié)合試驗(yàn)系統(tǒng)水泵特性，流量范圍限定在2 400 mL/min以內(nèi)，設(shè)定較小的載流流量Q以適應(yīng)未來精量噴霧的發(fā)展趨勢(shì)。本試驗(yàn)僅研究混合均勻性，在安裝MDCO1/4BSPT型噴頭的條件下噴霧壓力在0.3 MPa以內(nèi)，低于常見噴霧系統(tǒng)的實(shí)際工作壓力。變工況試驗(yàn)安排如表1所示。

2 結(jié)果與討論

2.1 均勻性分析方法驗(yàn)證

人工預(yù)混均勻混合液圖像計(jì)算結(jié)果如圖7a～7e所示。不同混合比P下各ROI圖像均顯示出極高的混合質(zhì)量，圖像幾乎無亮度差異。預(yù)混液的α值計(jì)算結(jié)果均小于0.1，說明ROI內(nèi)不存在大濃度差異性，藥團(tuán)被分散。而以μ±0.02計(jì)算所得的γ值基本在99%～100%之間，各混合比P下的圖像各小網(wǎng)格內(nèi)所含有濃度均值附近農(nóng)藥的量幾乎沒有差異。預(yù)混合溶液混合均勻極佳。

表1 變工況試驗(yàn)安排Tab.1 Parameters arrangements under variable working conditions experiments

不均勻混合液圖像對(duì)比結(jié)果如圖7f～7j所示。圖中可見大部分農(nóng)藥仍集中在檢測(cè)管內(nèi)的一部分區(qū)域，且連續(xù)圖像顯示農(nóng)藥呈團(tuán)狀不連續(xù)分布。根據(jù)圖像計(jì)算所得的α在0.39～0.51之間，表明ROI內(nèi)有較亮的藥團(tuán)以及含藥量較低的水存在。γ集中在50%～75%之間，明顯小于預(yù)混合試驗(yàn)結(jié)果。農(nóng)藥沒有分布在整個(gè)ROI內(nèi)，藥水混合效果很差。

靜置分層試驗(yàn)檢測(cè)管內(nèi)圖像如圖7k所示。農(nóng)藥受浮力作用與水分層并集中在檢測(cè)管上部。計(jì)算所得α為0.644 7，遠(yuǎn)大于預(yù)混合及無混藥器注入試驗(yàn)結(jié)果。γ為23.25%，遠(yuǎn)小于極均勻混合圖像及不均勻混合圖像計(jì)算結(jié)果，靜置分層導(dǎo)致混合極不均勻。

綜上所述，所提出的基于α以及γ的圖像均勻性分析方法能夠準(zhǔn)確識(shí)別均勻程度明顯不同的混合溶液，越均勻的混合液則γ越大，α越小。依據(jù)該分析方法可以對(duì)混合均勻性進(jìn)行判別，較均勻的混合液計(jì)算所得α及γ應(yīng)在所標(biāo)定的均勻混合液及不均勻混合液計(jì)算平均值之間。

2.2 不同載流流量混合均勻性分析

載流流量Q不同意味著實(shí)際噴霧中單噴頭水流量不同。不同載流流量Q條件下的試驗(yàn)結(jié)果如圖8所示。

圖8 載流流量對(duì)混合均勻性的影響Fig.8 Impact of carrier flow rates on mixing uniformity

隨著Q的增加，不同混合比P對(duì)應(yīng)的平均α從800 mL/min時(shí)對(duì)應(yīng)的0.226 0逐漸減小到2 400 mL/min時(shí)的0.125 0，混合均勻性指數(shù)γ逐漸從76.50%增大到85.80%。Q為2 400 mL/min時(shí)對(duì)應(yīng)的混合均勻性最高，ROI內(nèi)圖像像素值波動(dòng)范圍較小，亮度值分布趨于集中，平均濃度的混合液在ROI內(nèi)的分布均勻性較高。其混合均勻性接近預(yù)混合時(shí)的均勻性,表明增加Q可以減小ROI內(nèi)濃度值的波動(dòng)范圍，并提高藥水混合均勻性，分析知這是因?yàn)榱髁吭龃髮?dǎo)致水的紊流效應(yīng)增強(qiáng)，從而使得脂溶性藥團(tuán)更加容易被擊碎分散。

Q在800～1 600 mL/min之間時(shí)，α僅減小0.023 0，γ僅增加約4%，變化不明顯。Q從1 600 mL/min提高到2 000 mL/min時(shí)，α從0.202 0下降至0.159 0，γ從80.40%增加至85%，均勻性存在相對(duì)明顯的提升。P為10∶100時(shí)不同載流流量Q對(duì)應(yīng)的ROI圖像如圖9所示，Q為800～1 600 mL/min時(shí)均存在未散開的藥團(tuán)，在Q提升至2 000 mL/min時(shí)，藥團(tuán)消失，混合變得較為均勻。

圖9 P為10∶100時(shí)不同載流流量對(duì)應(yīng)的ROI圖像Fig.9 Mixing images in ROI under conditions of different flow rates with a settled mixing ratio of 10∶100

2.3 不同混合比混合均勻性分析

混合比P不同意味著實(shí)際混合的藥水濃度不同。不同混合比P條件下的試驗(yàn)結(jié)果如圖10所示。

圖10 混合比對(duì)混合均勻性的影響Fig.10 Impact of mixing ratios on mixing uniformity

隨著混合比P的減小，不同載流流量Q對(duì)應(yīng)的平均α均逐漸增大，平均γ均逐漸減小。這表明較高混合比P有助于減小因藥液難以分散所帶來的濃度值的差異性，并增加了混合管內(nèi)藥液在各檢測(cè)區(qū)域各部分分布的均勻性。P為10∶100時(shí)，不同載流流量Q的平均α可降至0.15以下，平均γ可提升至85%，各載流流量Q下混合均勻性均達(dá)到最高。

載流流量Q為2 000 mL/min時(shí)不同混合比P對(duì)應(yīng)混合圖像如圖11所示。在較高的混合比P下，檢測(cè)區(qū)域整體亮度較高，且無明顯的藥團(tuán)出現(xiàn)，接近均勻混合液標(biāo)定結(jié)果。而當(dāng)混合比P較低時(shí)，如P為1∶100時(shí)，雖仍會(huì)偶爾出現(xiàn)未散開的藥團(tuán)，但是整體混合圖像仍較為均勻，均勻性基本達(dá)標(biāo)。

圖11 Q=2 000 mL/min時(shí)不同混合比對(duì)應(yīng)的ROI圖像Fig.11 Mixing images in ROI under conditions of different mixing ratios with a settled carrier flow rate of 2 000 mL/min

2.4 工況條件優(yōu)選

不同載流流量Q、混合比P條件下，α以及γ如圖12所示。對(duì)α與γ所求得的相關(guān)系數(shù)R=-0.938 8，說明對(duì)于ROI所求的α與γ之間存在高度的負(fù)線性相關(guān)性，即較大的α值往往對(duì)應(yīng)著較低的γ值，當(dāng)ROI內(nèi)濃度波動(dòng)減小時(shí)，農(nóng)藥在整個(gè)區(qū)域內(nèi)的分布也更為平均，這與實(shí)際混合規(guī)律一致。

圖12 工況條件優(yōu)選Fig.12 Working conditions preferences

根據(jù)圖12分析，當(dāng)Q從1 600 mL/min提升至2 000 mL/min時(shí)，不同混合比P下α平均值有較明顯下降，γ平均值有較明顯上升，均勻性有較明顯提高。當(dāng)Q=2 000 mL/min，P為1∶100時(shí)，實(shí)際混合圖像(圖11a)有較少幾率會(huì)出現(xiàn)較濃的藥團(tuán)。該工況下計(jì)算所得γ為80.39%，α為0.223 9，說明雖然ROI內(nèi)仍會(huì)出現(xiàn)少許未散開的藥團(tuán)，但是混合液在整個(gè)ROI內(nèi)仍具有相當(dāng)?shù)姆植季鶆蛐?，與實(shí)際混合效果相符。這種偶爾出現(xiàn)較濃藥團(tuán)的情形在實(shí)際應(yīng)用中，可以進(jìn)一步采取往脂溶性藥劑中加入助劑促進(jìn)藥水親和等措施，再輔以噴頭的霧化混合效果，解決農(nóng)藥有效成分在噴霧區(qū)域上的分布差異性問題。因此，選擇Q=2 000 mL/min，P為1∶100的均勻性計(jì)算結(jié)果作為判斷混合液是否均勻的閾值，如圖12中橫線所示。按照α及γ分別篩選的結(jié)果在低載流流量Q時(shí)稍有不同，需要結(jié)合實(shí)際混合圖像再行判斷。

結(jié)合實(shí)際混合圖像，在應(yīng)用旋動(dòng)射流式混藥器混合脂溶性農(nóng)藥時(shí)，當(dāng)Q≥2 000 mL/min時(shí)，低混合比下會(huì)偶爾出現(xiàn)難以分散的藥團(tuán)，因此可基本滿足P大于等于1∶100的在線均勻混合；Q=800 mL/min時(shí)，未分散藥團(tuán)時(shí)刻存在，因此Q≤800 mL/min時(shí)基本無法均勻混合脂溶性農(nóng)藥；Q在800～2 000 mL/min時(shí)，較高混合比P條件下藥團(tuán)出現(xiàn)幾率較少，能夠完成藥水的均勻混合。因此在實(shí)際應(yīng)用該混藥器進(jìn)行脂溶性農(nóng)藥在線混合噴施時(shí)應(yīng)盡量避免較低的載流流量Q，防止藥水混合不均勻，尤其在混合比P較低的情況下。實(shí)際應(yīng)用該混藥器進(jìn)行噴霧時(shí)需保證載流流量Q≥2 000 mL/min。

3 結(jié)論

(1)根據(jù)均勻性分析方法驗(yàn)證試驗(yàn)，所提出的基于像素α(變異系數(shù))以及γ(面積加權(quán)均勻性指數(shù))的均勻性分析方法能夠有效描述農(nóng)藥的在線混合均勻性。α越小，γ越大，則混合越均勻。

(2)添加混藥器能夠有效提高脂溶性農(nóng)藥與水的在線摻混。旋動(dòng)射流混藥器的混合效果隨載流流量Q的增大及混合比P的增大而提高，Q=2 400 mL/min時(shí)，較高混合比P條件下的混合效果接近預(yù)混合效果；載流流量Q≥2 000 mL/min時(shí)，不同混合比P工況下，仍具有較高的γ及較低的α，P為1∶100時(shí)較少出現(xiàn)未散開的藥團(tuán)，基本滿足均勻性要求。

(3)以Q=2 000 mL/min、P=1∶100條件下計(jì)算的均勻性值對(duì)全部工況進(jìn)行篩選,結(jié)果表明：Q≤800 mL/min時(shí)，旋動(dòng)射流混藥器基本無法完成脂溶性農(nóng)藥與水的均勻摻混；800 mL/min