錐形風(fēng)場(chǎng)式防飄移裝置霧滴沉積特性研究

胡 軍 劉昶希 初 鑫 李宇飛 孫舒儀 張 偉

(1.黑龍江八一農(nóng)墾大學(xué)工程學(xué)院， 大慶 163319; 2.黑龍江省保護(hù)性耕作工程技術(shù)研究中心， 大慶 163319)

0 引言

霧滴飄移和沉降是影響植保機(jī)械作業(yè)效果的重要因素[1-2]。減少霧滴飄移和非靶標(biāo)區(qū)域內(nèi)的無效沉降一直是植保領(lǐng)域研究的熱點(diǎn)。霧滴飄移是在施藥過程中，從噴頭噴射出的霧滴粒子群因受空間內(nèi)氣流場(chǎng)的影響而脫離靶標(biāo)區(qū)域、改變沉降位置的一種物理運(yùn)動(dòng)過程[3-4]。霧滴飄移受多種因素影響，主要包括霧滴自身因素，如粒徑、理化性質(zhì)等[5-6]，噴霧工況，如噴霧壓力、高度、角度等[7-8]，空間氣流場(chǎng)分布，如流場(chǎng)大小、方向等[9]，以及載具移動(dòng)速度和采樣方式[10-12]等。減少霧滴飄移的方法有很多，例如靜電噴霧、氣流輔助式噴霧等。氣流輔助噴霧技術(shù)不僅能減少霧滴飄移，還能引導(dǎo)霧滴向靶標(biāo)部位運(yùn)動(dòng)，使作物冠層的孔隙率變大，增加了霧滴穿透性[13-15]。因此，輔助氣流的利用形式和工作參數(shù)的選擇也成為影響霧滴飄移和沉降的重要因素。

TSAY等[16]利用Fluent軟件模擬分析了在沒有作物情況下氣流輔助噴霧系統(tǒng)各參數(shù)變化對(duì)噴霧效果的影響，評(píng)估了氣流輔助作用下的霧滴飄移特性。DERKSEN等[17]研究得出，在不同外界風(fēng)速情況下，氣流輔助噴霧的方式能夠有效減少飄移的發(fā)生。QUANQUIN[18]以氣流輔助噴霧機(jī)為研究載體，探究了風(fēng)扇轉(zhuǎn)速、噴霧壓力和噴霧排放方式對(duì)冠層內(nèi)霧滴沉積的影響，并通過田間試驗(yàn)確定了行進(jìn)過程中最佳的噴霧作業(yè)高度。文獻(xiàn)[19-22]先后從霧滴沉積特性以及藥液飄失成因等方面對(duì)氣流輔助噴霧技術(shù)進(jìn)行了研究，以期通過改變噴霧壓力和噴嘴類型以及利用輔助氣流等方式達(dá)到減少藥液飄移、提高霧滴沉積均勻性的目的。賈衛(wèi)東等[23]在對(duì)風(fēng)幕式噴桿噴霧施藥技術(shù)進(jìn)行大量研究的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)了一種雙平板感應(yīng)式荷電裝置，并對(duì)風(fēng)幕和靜電共同作用下的噴霧特性進(jìn)行了一系列試驗(yàn)研究。

在常用標(biāo)準(zhǔn)扇形噴頭上，本文設(shè)計(jì)一種可以減少霧滴飄移的錐形風(fēng)場(chǎng)式防飄移裝置，通過室內(nèi)霧滴飄移沉積試驗(yàn)明晰錐形風(fēng)場(chǎng)影響霧滴沉積的規(guī)律，以期為該防飄移裝置在不同側(cè)風(fēng)影響下最佳作業(yè)參數(shù)的選擇提供依據(jù)。

1 結(jié)構(gòu)與原理

1.1 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

設(shè)計(jì)的錐形風(fēng)場(chǎng)式防飄移裝置結(jié)構(gòu)如圖1所示。該裝置主要由噴頭安裝座和雙層錐形氣流罩兩部分構(gòu)成，其實(shí)物圖如圖2所示。噴頭安裝座采用旋轉(zhuǎn)卡扣結(jié)構(gòu)，尺寸參照本研究選用的哈滴扇形霧噴頭進(jìn)行設(shè)計(jì)。雙層錐形氣流罩根據(jù)周良富等[24]的雙氣流道風(fēng)送原理采用仿形結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，最主要的尺寸參數(shù)為錐形風(fēng)道的開口角和錐形風(fēng)道長度，根據(jù)目前常用的扇形噴頭霧錐角將錐形風(fēng)道開口角設(shè)為110°。

圖2 錐形風(fēng)場(chǎng)式防飄移裝置實(shí)物圖Fig.2 Physical drawing of conical air flow anti-drift device1.雙層錐形氣流罩 2.噴頭安裝座

由于過短的錐形風(fēng)道產(chǎn)生的輔助氣流會(huì)對(duì)液體霧化過程形成的空心液膜造成不利影響，而過長的錐形風(fēng)道會(huì)對(duì)相鄰的噴頭霧化過程造成干擾，且會(huì)增加能量的損失。錐形風(fēng)道長度計(jì)算式為

(1)

式中l(wèi)——錐形風(fēng)道長度

h——液膜高度

α——噴頭霧錐角

根據(jù)空心液膜位于10 cm處的形成位置并結(jié)合式(1)將錐形風(fēng)道長度設(shè)為17.5 cm。在保證風(fēng)量的前提下，通過縮小夾層間隙(即出風(fēng)口面積)來提高氣流速度，本研究設(shè)計(jì)夾層間隙寬度為1 cm。供風(fēng)裝置采用KOMAX型風(fēng)機(jī)，風(fēng)管與進(jìn)風(fēng)口直徑設(shè)為2 cm。

1.2 防飄原理

在噴霧作業(yè)過程中，自然風(fēng)風(fēng)向的變化不規(guī)則。根據(jù)宋堅(jiān)利等[25]研究的扇形噴頭扇面末端及兩側(cè)霧滴更易發(fā)生飄移的理論，本文設(shè)計(jì)的仿霧形風(fēng)場(chǎng)可以與自然風(fēng)形成合力，引導(dǎo)扇面邊界的細(xì)小霧滴向靶標(biāo)處沉降。當(dāng)自然風(fēng)方向自左向右時(shí)，自然風(fēng)會(huì)與風(fēng)場(chǎng)A形成一個(gè)合風(fēng)場(chǎng)，合風(fēng)場(chǎng)的方向指向作物，如圖3所示。大部分霧滴在風(fēng)場(chǎng)A的作用下會(huì)加速向作物表面沉積，少數(shù)霧滴仍會(huì)向右飄移，這時(shí)風(fēng)場(chǎng)B會(huì)進(jìn)一步阻擋霧滴的飄移，從而提高沉積效果。

圖3 錐形輔助風(fēng)場(chǎng)防飄原理圖Fig.3 Anti-drift schematic of conical wind field

2 試驗(yàn)材料與方法

2.1 試驗(yàn)儀器

試驗(yàn)采用氣流輔助噴霧沉積量檢測(cè)系統(tǒng)。該系統(tǒng)主要構(gòu)成有：可移動(dòng)式氣流輔助噴霧試驗(yàn)臺(tái)(圖4)、SFG型可調(diào)速軸流風(fēng)機(jī)(模擬到達(dá)靶標(biāo)作物側(cè)風(fēng)風(fēng)速范圍0～4 m/s、風(fēng)量1 900 m3/h、轉(zhuǎn)速1 400 r/min)、精密型熱線風(fēng)速儀(VT-100型)、KOMAX小型風(fēng)機(jī)(提供錐形風(fēng)風(fēng)速范圍0～20 m/s)、Winner 318型激光粒度儀、Deposit Scan軟件、丹麥HARDI F-03-110型扇形噴頭等。

圖4 可移動(dòng)式氣流輔助噴霧試驗(yàn)臺(tái)Fig.4 Mobile air-assisted spray test bed1.風(fēng)機(jī) 2.水泵 3.水箱 4.錐形風(fēng)場(chǎng)式防飄移裝置 5.可移動(dòng)滑道

2.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

2.2.1防飄移驗(yàn)證試驗(yàn)

為了更直觀地表述防飄原理，以純凈水為噴霧介質(zhì)，利用植保綜合試驗(yàn)臺(tái)分別在只有風(fēng)場(chǎng)A作用或風(fēng)場(chǎng)A、B同時(shí)作用這2種條件下對(duì)裝置進(jìn)行防飄移驗(yàn)證試驗(yàn)(圖5)。試驗(yàn)條件均為：側(cè)風(fēng)風(fēng)速2 m/s、錐風(fēng)風(fēng)速15 m/s、噴霧壓力0.3 MPa、噴霧高度500 mm、HARDI F-03-110型扇形噴頭、噴霧時(shí)間60 s，每組試驗(yàn)進(jìn)行3次取平均值。

圖5 防飄移原理驗(yàn)證試驗(yàn)裝置示意圖Fig.5 Proof test drawing of drift proof principle of device1.量筒(編號(hào)1～26) 2.集霧槽 3.水箱 4.控制閥 5.流量表 6.壓力表 7.錐形風(fēng)場(chǎng)式防飄移裝置 8.風(fēng)機(jī)

2.2.2霧滴沉積均勻性試驗(yàn)

為探究錐形風(fēng)場(chǎng)對(duì)相鄰噴頭噴霧作業(yè)產(chǎn)生的影響，本文在沉積特性綜合試驗(yàn)開展前，利用植保綜合試驗(yàn)臺(tái)對(duì)安裝錐形風(fēng)場(chǎng)式防飄移裝置前、后的霧滴沉積均勻性進(jìn)行試驗(yàn)(圖6)。試驗(yàn)條件：錐風(fēng)風(fēng)速0 m/s或15 m/s、噴霧壓力0.3 MPa、噴霧高度500 mm、HARDI F-03-110型扇形噴頭、噴霧時(shí)間60 s，每組試驗(yàn)進(jìn)行3次取平均值。

圖6 霧滴沉積均勻性試驗(yàn)Fig.6 Proof test drawing of deposition proof principle of device1.量筒(編號(hào)1～45) 2.集霧槽 3.水箱 4.控制閥 5.流量表 6.壓力表 7.錐形風(fēng)場(chǎng)式防飄移裝置

2.2.3霧滴沉積特性綜合試驗(yàn)

試驗(yàn)調(diào)節(jié)噴頭到植株頂端的高度為500 mm，并選用16盆綠蘿植株構(gòu)成的矩形區(qū)域作為霧滴沉積數(shù)據(jù)采集區(qū)，采用五點(diǎn)取樣法將3次試驗(yàn)的平均值作為試驗(yàn)數(shù)據(jù)，利用愛普生V19型掃描儀對(duì)收集的水敏紙進(jìn)行分類掃描(將此試驗(yàn)中同一取樣點(diǎn)位置的水敏紙歸為一類)。并通過Deposit Scan軟件對(duì)水敏紙進(jìn)行區(qū)域提取、比重設(shè)置、閾值調(diào)整以及碎片化等處理，將處理結(jié)果導(dǎo)入Origin進(jìn)行整理分析。

此外，考慮到施藥機(jī)械移動(dòng)作業(yè)引起的霧滴隨風(fēng)飄失，本次霧滴沉積特性綜合試驗(yàn)所需的側(cè)風(fēng)風(fēng)速由可移動(dòng)噴霧試驗(yàn)臺(tái)移動(dòng)速度與軸流風(fēng)機(jī)風(fēng)速(模擬自然風(fēng))共同提供。

為了分析側(cè)風(fēng)風(fēng)速、錐風(fēng)風(fēng)速以及噴霧壓力等因素對(duì)霧滴沉積分布情況的影響，首先進(jìn)行錐風(fēng)風(fēng)速單因素試驗(yàn)，控制移動(dòng)噴霧臺(tái)以速度2 m/s穿過噴霧區(qū)域(即此時(shí)軸流風(fēng)機(jī)風(fēng)速0 m/s，側(cè)風(fēng)風(fēng)速2 m/s)，在噴霧壓力為0.3 MPa，錐風(fēng)風(fēng)速分別為0、5、10、15、20 m/s的情況下分析霧滴沉積密度、覆蓋率、沉積量以及體積中徑的變化。其次進(jìn)行噴霧壓力單因素試驗(yàn)，將錐風(fēng)風(fēng)速設(shè)定為5 m/s，調(diào)節(jié)噴霧壓力為0.2～0.4 MPa，每組試驗(yàn)較前一組增加0.02 MPa，共計(jì)11組試驗(yàn)用于分析噴霧壓力對(duì)霧滴沉積量的影響。

通過對(duì)錐風(fēng)風(fēng)速和噴霧壓力單因素試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行分析，確定了多因素試驗(yàn)的取值范圍。為探究不同側(cè)風(fēng)風(fēng)速、錐風(fēng)風(fēng)速以及噴霧壓力共同作用下的霧滴沉積效果，分析了這3個(gè)因素的影響主次程度并建立響應(yīng)曲面模型。對(duì)所得模型進(jìn)行優(yōu)化與試驗(yàn)驗(yàn)證，從而得出最佳作業(yè)參數(shù)。

3 試驗(yàn)結(jié)果與影響因素分析

3.1 防飄移驗(yàn)證試驗(yàn)

通過改變施加在HARDI F-03-110型扇形噴頭上的風(fēng)場(chǎng)條件，得到霧滴飄移分布如圖7所示。

圖7 施加2種不同風(fēng)場(chǎng)時(shí)霧滴飄移分布Fig.7 Droplet drift distribution when applying two different wind fields

由圖7可以看出，當(dāng)僅有風(fēng)場(chǎng)A作用時(shí)，單側(cè)錐風(fēng)對(duì)于霧滴飄移的抵抗效果較差，側(cè)風(fēng)對(duì)噴頭均勻性的不利影響較為嚴(yán)重。

霧滴飄移率計(jì)算公式為

(2)

式中β——飄移率，%

i——U型槽對(duì)應(yīng)量筒編號(hào)，i=1,2,…,26

N——量筒總數(shù)

Mi——第i個(gè)量筒中收集的液體質(zhì)量，kg

MZ——實(shí)際噴霧總質(zhì)量，kg

將試驗(yàn)數(shù)據(jù)整理后，代入式(2)得，施加兩側(cè)錐風(fēng)比僅施加一側(cè)錐風(fēng)的霧滴飄移率降低了31.2%。由此可得，在A、B兩側(cè)錐風(fēng)的雙重作用下，霧滴的飄移潛力更小、沉積效果更好，從而驗(yàn)證了1.2節(jié)提出的本裝置防飄移原理。

3.2 霧滴沉積均勻性試驗(yàn)

對(duì)相鄰噴頭施加錐形風(fēng)場(chǎng)前后，得到的霧滴沉積均勻性分布如圖8所示。

圖8 施加錐形風(fēng)場(chǎng)前后霧滴沉積均勻性分布Fig.8 Uniform distribution of droplet deposition before and after applying conical wind field

從圖8可以看出，當(dāng)施加錐形風(fēng)場(chǎng)時(shí)，噴頭的有效噴幅變大，霧滴沉積均勻性有所提高。沉積均勻性試驗(yàn)結(jié)果表明，霧液量分布變異系數(shù)降低了2.7%。

3.3 單因素試驗(yàn)

3.3.1錐風(fēng)風(fēng)速

在側(cè)風(fēng)風(fēng)速為2 m/s，噴霧壓力為0.3 MPa，錐風(fēng)風(fēng)速為0～20 m/s，體積中徑、霧滴沉積密度、沉積量以及霧滴覆蓋率的變化趨勢(shì)如圖9、10所示。

圖9 不同錐風(fēng)風(fēng)速下霧滴沉積密度和體積中徑變化曲線Fig.9 Trends in droplet coverage density and mid-volume diameter at different cone wind speeds

圖10 不同錐風(fēng)風(fēng)速下霧滴沉積量和覆蓋率變化曲線Fig.10 Trends in droplet deposition and coverage at different cone wind speeds

由圖9、10可以看出，錐形風(fēng)場(chǎng)加快了霧滴的沉降速度，從而使沉積均勻性得到提高。當(dāng)錐風(fēng)風(fēng)速在0～10 m/s區(qū)間內(nèi)時(shí)，霧滴覆蓋率、霧滴沉積密度、沉積量都與錐風(fēng)風(fēng)速呈明顯正相關(guān)，霧滴體積中徑略微變大。當(dāng)錐風(fēng)風(fēng)速開始增大時(shí)，錐風(fēng)風(fēng)力小于霧滴自身的表面張力，不能使霧滴發(fā)生分裂。但是由于整個(gè)霧滴群的霧滴體積中徑都不相同，因此霧滴獲得動(dòng)能也不同，導(dǎo)致霧滴之間有碰撞合并現(xiàn)象。隨著風(fēng)速的繼續(xù)增大，錐風(fēng)風(fēng)力大于霧滴表面張力，霧滴會(huì)發(fā)生破裂，即霧滴粒徑變小。當(dāng)錐風(fēng)風(fēng)速在10～15 m/s內(nèi)時(shí)，霧滴覆蓋率、霧滴沉積密度、沉積量呈緩慢增長趨勢(shì)，霧滴體積中徑基本保持不變。當(dāng)錐風(fēng)風(fēng)速在15～20 m/s時(shí)，各指標(biāo)略微有所下降，趨于平穩(wěn)，霧滴的體積中徑下降的趨勢(shì)較為明顯。原因?yàn)楫?dāng)錐風(fēng)風(fēng)力過大時(shí)，霧滴克服其表面張力并發(fā)生破裂的速度加快，形成細(xì)小的霧滴，自身存在的飄移潛力增大，導(dǎo)致霧滴沉積量等指標(biāo)有所下降。

在相同試驗(yàn)條件與采集面積下，有錐風(fēng)作用時(shí)的霧滴體積中徑較無錐風(fēng)時(shí)平均降低了11.7%，霧滴覆蓋率、沉積密度、沉積量分別提高了21.9%、26.7%、22.6%。

3.3.2噴霧壓力

為確保試驗(yàn)的準(zhǔn)確性，在噴霧壓力單因素試驗(yàn)結(jié)束后，取3次試驗(yàn)的平均值作為最終的試驗(yàn)結(jié)果。噴霧壓力與霧滴沉積量的關(guān)系曲線如圖11所示。

圖11 霧滴沉積量隨噴霧壓力的變化曲線Fig.11 Curve of droplet deposition versus spray pressure

從圖11可以看出，當(dāng)其他因素不變時(shí)，隨著噴霧壓力的增大，霧滴沉積量先增大后減小，但是總體變化幅度不大。當(dāng)噴霧壓力為0.2 MPa時(shí)，沉積量最低，為2.13 μL/cm2，當(dāng)噴霧壓力為0.3 MPa時(shí)，沉積量最高，為2.44 μL/cm2。增大噴霧壓力會(huì)減小霧滴粒徑。當(dāng)噴霧壓力開始增大時(shí)，霧滴體積中徑變化較小，并且壓力增大后動(dòng)能增加，霧化效果較好，因此沉積量有所增加。但是當(dāng)噴霧壓力繼續(xù)增大時(shí)，液體經(jīng)過噴嘴分裂成的霧滴體積中徑越來越小，使其自身飄移潛力增大，因此霧滴沉積量有所下降。

3.4 多因素試驗(yàn)

3.4.1試驗(yàn)方案與結(jié)果分析

根據(jù)Box-Behnken正交試驗(yàn)方案設(shè)計(jì)三因素三水平響應(yīng)面分析試驗(yàn)，試驗(yàn)因素編碼如表1所示，試驗(yàn)方案與結(jié)果如表2所示，X1、X2、X3為因素編碼值。

表1 試驗(yàn)因素編碼Tab.1 Test factors codes

表2 試驗(yàn)方案與結(jié)果Tab.2 Test scheme and response value

3.4.2回歸模型建立

運(yùn)用Design-Expert 8.0.6軟件對(duì)表2中的試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行多元回歸擬合，建立側(cè)風(fēng)風(fēng)速、噴霧壓力、錐風(fēng)風(fēng)速和霧滴沉積量的回歸方程為

(3)

通過F檢驗(yàn)得到P值以確定各個(gè)因素對(duì)響應(yīng)值的影響顯著性，如表3所示。

由表3可得出，響應(yīng)模型中P<0.01，表明文中所建立的響應(yīng)模型極顯著；R2大于0.98，顯示模型擬合度高。 根據(jù)表3中各因素的顯著性水平，選擇P<0.05的因素進(jìn)行模型優(yōu)化，得出優(yōu)化后的回歸方程為

(4)

由圖12、13可以看出，霧滴沉積量的標(biāo)準(zhǔn)化殘差分布圖基本呈正態(tài)分布，霧滴沉積量的預(yù)測(cè)值和試驗(yàn)值的相關(guān)性較高。

表3 方差分析結(jié)果Tab.3 Variance analysis results

通過以上對(duì)模型擬合方差分析的結(jié)果表明，霧滴沉積量與各因素間的回歸模型較好。

3.4.3各因素交互作用

在上述回歸方程分析的基礎(chǔ)上，運(yùn)用Design-Expert 8.0.6軟件繪制響應(yīng)曲面，分析側(cè)風(fēng)風(fēng)速x1、噴霧壓力x2、錐風(fēng)風(fēng)速x3對(duì)響應(yīng)值(沉積量)的影響。各因素交互作用對(duì)霧滴沉積量的影響如圖14所示。

圖12 霧滴沉積量標(biāo)準(zhǔn)化殘差分布Fig.12 Standardized residual distribution of droplet deposition

圖13 霧滴沉積量預(yù)測(cè)值與試驗(yàn)值相關(guān)性曲線Fig.13 Correlation between predicted and experimental values of droplet deposition

圖14 各因素對(duì)霧滴沉積量影響的響應(yīng)曲面Fig.14 Effect of various factors on amount of droplet deposition

由圖14a可知，當(dāng)錐風(fēng)風(fēng)速為15 m/s，側(cè)風(fēng)風(fēng)速恒定不變時(shí)，隨著噴霧壓力的增大，霧滴沉積量呈上升趨勢(shì)；當(dāng)噴霧壓力達(dá)到峰值后，霧滴體積中徑過小，自身飄移潛力變大，導(dǎo)致霧滴沉積量呈下降趨勢(shì)。當(dāng)噴霧壓力恒定不變時(shí)，隨著側(cè)風(fēng)風(fēng)速的增加，飄移越來越嚴(yán)重，因此霧滴的沉積量逐漸減少。

由圖14b可知，當(dāng)噴霧壓力為0.3 MPa，側(cè)風(fēng)風(fēng)速恒定不變時(shí)，隨著錐風(fēng)風(fēng)速的增加，其抵擋側(cè)風(fēng)的能力增強(qiáng)，并加速了霧滴的沉降，使霧滴沉積量呈上升趨勢(shì)；當(dāng)錐風(fēng)風(fēng)速達(dá)到峰值后，霧滴破碎加快，飄移潛力增大，導(dǎo)致沉積量呈下降趨勢(shì)。當(dāng)錐風(fēng)風(fēng)速恒定不變時(shí)，隨著側(cè)風(fēng)風(fēng)速不斷增大，霧滴飄移越來越嚴(yán)重，因此霧滴的沉積量逐漸減少。

由圖14c可知，當(dāng)側(cè)風(fēng)風(fēng)速為3.5 m/s，噴霧壓力恒定不變時(shí)，隨著錐風(fēng)風(fēng)速的增加，霧滴沉積量呈先上升后下降的趨勢(shì)。當(dāng)錐風(fēng)風(fēng)速恒定不變時(shí)，隨著噴霧壓力的逐漸增大，霧滴沉積量同樣呈先上升后下降的趨勢(shì)。

因此，適當(dāng)增加噴霧壓力和錐風(fēng)風(fēng)速有助于提高霧滴沉積量，3種因素對(duì)霧滴沉積量的影響由大到小為錐風(fēng)風(fēng)速、側(cè)風(fēng)風(fēng)速、噴霧壓力。

3.4.4模型優(yōu)化與試驗(yàn)驗(yàn)證

為了滿足施藥要求，提高農(nóng)藥利用率，本文進(jìn)一步確定最佳組合參數(shù)，以實(shí)現(xiàn)在該氣流輔助裝置的作用下，霧滴沉積量能夠達(dá)到最優(yōu)。結(jié)合本試驗(yàn)影響因素的邊界條件，定義約束條件為

(5)

利用Design-Expert 8.0.6設(shè)計(jì)軟件得到各參數(shù)優(yōu)化求解后的影響曲面如圖15所示。當(dāng)側(cè)風(fēng)風(fēng)速2 m/s、噴霧壓力為0.34 MPa、錐風(fēng)風(fēng)速設(shè)為16.53 m/s時(shí)，可得霧滴沉積量最優(yōu)值為3.14 μL/cm2。當(dāng)側(cè)風(fēng)風(fēng)速大于2 m/s時(shí)，應(yīng)該降低噴霧壓力，增加錐風(fēng)風(fēng)速，從而保證較優(yōu)的霧滴沉積量。

圖15 模型優(yōu)化后各因素對(duì)霧滴沉積量影響的響應(yīng)曲面Fig.15 Effect of various factors on amount of droplet deposition after model optimization

為了驗(yàn)證該優(yōu)化方案的準(zhǔn)確性，根據(jù)Design-Expert 8.0.6優(yōu)化得出的因素取值：當(dāng)側(cè)風(fēng)風(fēng)速2 m/s時(shí)，將噴霧壓力設(shè)成0.34 MPa、錐風(fēng)風(fēng)速為16.53 m/s進(jìn)行5次試驗(yàn)并取其平均值，5次重復(fù)試驗(yàn)結(jié)果為3.12、3.16、3.11、3.14、3.12 μL/cm2，平均值為3.13 μL/cm2，與響應(yīng)曲面優(yōu)化的結(jié)果基本吻合。

4 結(jié)論

(1)設(shè)計(jì)的錐形風(fēng)場(chǎng)式防飄移裝置可以起到細(xì)化霧滴粒徑、提高霧滴沉積效果的作用。當(dāng)側(cè)風(fēng)風(fēng)速2 m/s時(shí)，在錐形風(fēng)場(chǎng)輔助作用下，霧滴體積中徑較無錐形風(fēng)場(chǎng)平均降低了11.7%，在相同采集面積下，霧滴覆蓋率、沉積密度、沉積量分別提高了21.9%、26.7%、22.6%。

(2)進(jìn)行了室內(nèi)多因素霧滴飄移沉積試驗(yàn)，以側(cè)風(fēng)風(fēng)速、錐風(fēng)風(fēng)速、噴霧壓力為因素建立了二次回歸模型，并繪制了響應(yīng)曲面。結(jié)果表明，3種因素對(duì)霧滴的沉積特性均有較為顯著的影響，影響由大到小依次為錐風(fēng)風(fēng)速、側(cè)風(fēng)風(fēng)速、噴霧壓力。

(3)當(dāng)側(cè)風(fēng)風(fēng)速2 m/s、噴霧壓力為0.34 MPa、錐風(fēng)風(fēng)速設(shè)為16.53 m/s時(shí)，可得霧滴沉積量最優(yōu)值為3.14 μL/cm2。當(dāng)側(cè)風(fēng)風(fēng)速大于2 m/s時(shí)，應(yīng)該降低噴霧壓力、增大錐風(fēng)風(fēng)速，從而保證較優(yōu)的霧滴沉積量。試驗(yàn)驗(yàn)證所得結(jié)果與模型預(yù)測(cè)結(jié)果基本吻合。