離心噴頭變量噴施系統(tǒng)靜態(tài)噴霧特性分析

郭依劍，朱興業(yè)*，童林丹，魏 巧，王鑫建

（1.江蘇大學(xué) 流體機(jī)械工程技術(shù)研究中心，江蘇 鎮(zhèn)江 212013；2.江蘇潤果農(nóng)業(yè)發(fā)展有限公司，江蘇 鎮(zhèn)江 212013；3.溫嶺市產(chǎn)品質(zhì)量檢驗(yàn)所，浙江 溫嶺 317599）

離心噴頭變量噴施系統(tǒng)靜態(tài)噴霧特性分析

郭依劍1，朱興業(yè)1*，童林丹3，魏 巧2，王鑫建1

（1.江蘇大學(xué) 流體機(jī)械工程技術(shù)研究中心，江蘇 鎮(zhèn)江 212013；2.江蘇潤果農(nóng)業(yè)發(fā)展有限公司，江蘇 鎮(zhèn)江 212013；3.溫嶺市產(chǎn)品質(zhì)量檢驗(yàn)所，浙江 溫嶺 317599）

【目的】探究離心噴頭變量噴施系統(tǒng)的靜態(tài)噴霧特性。【方法】采用隔膜泵、高精度渦輪流量計(jì)、電磁閥、離心噴頭構(gòu)建了一套離心噴頭變量噴施系統(tǒng)，對(duì)其靜態(tài)噴霧特性進(jìn)行了試驗(yàn)分析。在噴頭流量為1.5 L/min，轉(zhuǎn)速分別為8 000、9 000、10 000、11 000、12 000、13 000 r/min條件下，利用水敏紙和霧滴收集裝置分別測(cè)定了霧滴粒徑的大小和霧滴沉積分布狀況?！窘Y(jié)果】隨著離心噴頭轉(zhuǎn)速的增加，霧滴粒徑逐漸變小；相同噴施半徑下，不同角度的霧滴沉積量不同；離心噴頭靜態(tài)霧滴分布中心剖切面呈雙峰分布，隨著離心噴頭轉(zhuǎn)速的增加，霧滴沉積分布中心剖切面左側(cè)峰值呈下降趨勢(shì)，左側(cè)峰值位置向霧滴分布中心方向移動(dòng)，右側(cè)峰值基本不變，右側(cè)峰值位置向遠(yuǎn)離霧滴分布中心的方向移動(dòng)?！窘Y(jié)論】離心噴頭轉(zhuǎn)速對(duì)霧滴粒徑大小和霧滴沉積分布狀況存在顯著影響，合理控制霧滴粒徑大小、提高霧滴沉積分布均勻性是提高噴灑過程中的農(nóng)藥利用率、減少環(huán)境污染的關(guān)鍵。

離心噴頭；變量施藥；脈沖寬度調(diào)制

0 引 言

【研究意義】作物病、蟲、草害防治是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的重要環(huán)節(jié)，通過對(duì)農(nóng)作物噴施農(nóng)藥仍然是主要的防治手段。目前，我國農(nóng)藥的噴施方式多以背負(fù)式人工噴霧、中小型噴桿噴霧機(jī)噴霧為主，這些噴施方式主要采用大容量和常量霧化噴頭，不僅用藥量大，而且藥液易從靶目標(biāo)流失，造成農(nóng)藥浪費(fèi)和環(huán)境污染[1]。離心噴頭屬于超低容量霧化噴頭，是利用電機(jī)帶動(dòng)霧化盤高速旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生離心力對(duì)藥液進(jìn)行霧化，通過調(diào)節(jié)噴頭的轉(zhuǎn)速和流量可以改變霧滴粒徑和霧滴沉積分布，達(dá)到藥液變量噴施的目的，能有效解決常量噴霧導(dǎo)致的農(nóng)藥利用率低的問題，是現(xiàn)代高效植保機(jī)械與減量施藥技術(shù)的主要發(fā)展方向[2-3]。

【研究進(jìn)展】國內(nèi)外眾多學(xué)者對(duì)噴頭的變量噴施系統(tǒng)開展了大量研究，其中包括PWM（Pulse Width Modulation）控制調(diào)流技術(shù)、噴頭霧化機(jī)理、霧滴沉積量、霧滴漂移控制等。Ford等[4]研究了單個(gè)霧滴的殺傷范圍，證明了單個(gè)霧滴具有藥效控制范圍，該范圍被稱為殺傷面積或殺傷半徑，徹底否定了大容量噴霧方式。Washington[5]在研究百菌清和代森錳鋅對(duì)香蕉夜斑菌的防治效果時(shí)，發(fā)現(xiàn)霧滴體積中徑為250 μm時(shí)，百菌清霧滴殺傷半徑為1.02 mm，通過控制霧滴中徑，可實(shí)現(xiàn)噴霧覆蓋密度的聯(lián)動(dòng)變化，可以獲得病、蟲、草害的最佳防治粒徑。王玲等[6]設(shè)計(jì)了一套微型無人機(jī)脈寬調(diào)制型變量噴藥系統(tǒng)，并利用可控多風(fēng)速環(huán)境，通過熒光粉測(cè)試方法對(duì)懸停無人機(jī)變量噴藥的霧滴沉積規(guī)律進(jìn)行了試驗(yàn)研究。趙鋮等[7]研發(fā)了一種基于低容量離心霧化技術(shù)的噴桿噴霧機(jī)，通過田間施藥對(duì)比試驗(yàn)，對(duì)霧滴沉積分布的均勻性、小麥冠層藥液穿透性、作業(yè)效率以及防治效果進(jìn)行了分析。周瑞瓊等[8]通過設(shè)計(jì)低速風(fēng)洞，分析了壓力、噴頭類型、噴霧介質(zhì)、風(fēng)速及其互作效應(yīng)對(duì)噴霧飄移的影響，為基于噴霧參數(shù)互作效應(yīng)的植保機(jī)械施藥決策系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫的建立提供數(shù)據(jù)支持?！厩腥朦c(diǎn)】前人研究主要集中在液力式噴頭變量噴施系統(tǒng)的噴霧特性，通過改變噴霧系統(tǒng)中電磁閥的通斷時(shí)間來調(diào)節(jié)噴頭霧化效果。由于高速高精度電磁閥價(jià)格較高，較難在農(nóng)藥噴施系統(tǒng)中得以廣泛應(yīng)用。相比之下，離心噴頭通過調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速和流量來實(shí)現(xiàn)對(duì)霧滴粒徑和霧滴沉積分布的精準(zhǔn)控制，更容易實(shí)現(xiàn)農(nóng)藥的變量噴施。鑒于此，本研究對(duì)離心噴頭變量噴施系統(tǒng)靜態(tài)噴霧特性進(jìn)行系統(tǒng)探究[9-11]。【擬解決的關(guān)鍵問題】本文擬采用植保無人機(jī)常用的雙霧化盤離心噴頭，通過構(gòu)建離心噴頭變量噴施試驗(yàn)系統(tǒng)，對(duì)霧滴粒徑和霧滴沉積分布特性進(jìn)行試驗(yàn)研究，明確霧滴粒徑和靜態(tài)霧滴沉積分布與噴頭轉(zhuǎn)速之間的關(guān)系，從而為離心噴頭變量噴施系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)噴霧特性分析奠定基礎(chǔ)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)裝置與材料

試驗(yàn)在江蘇大學(xué)噴灌實(shí)驗(yàn)室內(nèi)進(jìn)行，試驗(yàn)裝置如圖1所示。試驗(yàn)所用噴頭為市面上常見的一種高速雙霧化盤離心噴頭[12]，多用于大疆植保無人機(jī)T20和T30的改裝，噴頭轉(zhuǎn)速可達(dá)2萬轉(zhuǎn)，流量為1.5 L/min，高轉(zhuǎn)速下霧滴粒徑可達(dá)到50 μm。液路部分采用12 V直流隔膜泵供液，數(shù)顯表選用摩喬傳感開發(fā)的流量控制系統(tǒng)，可以顯示實(shí)時(shí)流量和累計(jì)流量，且可以控制電磁閥的開閉。高精度渦輪流量計(jì)是利用霍爾元件的霍爾效應(yīng)來測(cè)量磁性物理量的傳感器，進(jìn)出口直徑為6 mm，流量范圍可以控制在0.3～3 L/min。電路部分主要由PWM信號(hào)發(fā)生器、48 V直流電源、電子調(diào)速器、無刷電機(jī)組成。PWM信號(hào)發(fā)生器可以輸出不同頻率和占空比的方波，通過改變PWM占空比可以控制噴頭的轉(zhuǎn)速。

圖1 試驗(yàn)裝置示意Fig.1 Schematic diagram of test device

1.2 試驗(yàn)方法

1.2.1 離心噴頭轉(zhuǎn)速測(cè)量

試驗(yàn)用離心噴頭主要用于多旋翼植保無人機(jī)，噴頭轉(zhuǎn)速由PWM占空比控制，由于無人機(jī)遙控器輸出的PWM頻率為500 Hz，PWM脈寬在1 000～2 000 μs之間，所以PWM信號(hào)發(fā)生器輸出的PWM占空比在50%～100%之間?？紤]到PWM占空比過小，離心噴頭轉(zhuǎn)速過低，PWM占空比過大會(huì)影響無刷電機(jī)的使用壽命，因此本試驗(yàn)條件如下：離心噴頭采用48 V的直流電源供電，PWM頻率設(shè)置為500 Hz，PWM占空比設(shè)置在64%～90%之間，利用設(shè)計(jì)的離心噴頭變量噴施系統(tǒng)，在不同的PWM占空比條件下，采用非接觸式高精度轉(zhuǎn)速表測(cè)量離心噴頭轉(zhuǎn)速，得出PWM占空比大小和離心噴頭轉(zhuǎn)速之間的關(guān)系[13]。

1.2.2 霧滴粒徑的采集

霧滴粒徑通過水敏紙（WSP）采集。WSP是一種黃色表面的涂布紙，在與水滴接觸時(shí)會(huì)變成深藍(lán)色，具有便于圖像處理和保存、顯色明顯的特點(diǎn)，是目前提供霧滴參數(shù)快速檢測(cè)的一種常用材料。試驗(yàn)過程中，當(dāng)噴頭工作狀況穩(wěn)定時(shí)，將WSP快速從噴頭下方1 m、噴灑半徑0.8 m處掠過，采集離心噴頭轉(zhuǎn)速為8 000、9 000、10 000、11 000、12 000、13 000 r/min時(shí)的霧滴粒徑。

1.2.3 靜態(tài)霧滴沉積分布試驗(yàn)

采用口徑為100 mm的航空杯收集霧滴。航空杯設(shè)置17行，相鄰2行的距離為200 mm，每行17列，相鄰2列的距離為200 mm，從而形成3 200 mm×3 200 mm的方形區(qū)域，基本覆蓋了整個(gè)離心噴頭的噴灑范圍。用自來水代替藥液，調(diào)整噴頭安裝角度和位置，使噴頭垂向地面，正對(duì)第9行第9列的航空杯位置；調(diào)節(jié)噴頭高度，使被測(cè)噴頭到霧滴收集平面的垂直距離為1 m[14]；試驗(yàn)前，首先用精度為±0.1 g的電子秤稱量并記錄各航空杯的質(zhì)量；設(shè)置PWM頻率為500 Hz，通過調(diào)整PWM占空比將噴頭轉(zhuǎn)速調(diào)整為8 000 r/min；通過電位器調(diào)節(jié)隔膜泵使噴頭流量穩(wěn)定在1.5 L/min，設(shè)置流量控制系統(tǒng)，水泵開啟后，當(dāng)噴頭累計(jì)流量達(dá)到20 L時(shí)，自動(dòng)關(guān)閉電磁閥和水泵；電磁閥自動(dòng)關(guān)閉后，一組試驗(yàn)結(jié)束，稱量并記錄各航空杯的質(zhì)量，2次質(zhì)量之差即為航空杯內(nèi)沉積的霧滴質(zhì)量；然后將噴頭轉(zhuǎn)速增加1 000 r/min重復(fù)上述試驗(yàn)，直至噴頭轉(zhuǎn)速達(dá)到13 000 r/min。離心噴頭變量噴施系統(tǒng)如圖2所示。

圖2 離心噴頭變量噴施系統(tǒng)Fig.2 Test diagram of variable rate spraying system of centrifugal nozzle

2 結(jié)果與分析

2.1 PWM占空比對(duì)離心噴頭轉(zhuǎn)速的影響

離心噴頭轉(zhuǎn)速和PWM占空比的對(duì)應(yīng)關(guān)系如圖3所示。電壓為48 V、PWM頻率為500 Hz時(shí)，離心噴頭轉(zhuǎn)速和PWM占空比呈線性關(guān)系，利用PWM信號(hào)發(fā)生器調(diào)節(jié)PWM占空比，可以較好地控制離心噴頭的轉(zhuǎn)速。

圖3 離心噴頭轉(zhuǎn)速和PWM占空比之間的關(guān)系Fig.3 Relationship between centrifugal nozzle speed and PWM duty cycle

2.2 離心噴頭轉(zhuǎn)速對(duì)霧滴粒徑的影響

霧滴粒徑采集結(jié)束后，使用掃描儀將WSP掃描成電子圖像。流量為1.5 L/min時(shí)，離心噴頭不同轉(zhuǎn)速下的霧化效果如圖4所示，WSP從左到右對(duì)應(yīng)的離心噴頭轉(zhuǎn)速為從低到高。

圖4 水敏紙采樣掃描結(jié)果Fig.4 Scanning image of water sensitive paper sampling results

對(duì)圖像進(jìn)行批量處理及分析，可以得到每一張WSP上的霧滴粒徑和數(shù)量分布，取樣霧滴的體積按霧滴大小順序進(jìn)行累積，其累積值為取樣霧滴體積總和的50%所對(duì)應(yīng)的霧滴直徑，被稱為體積中值直徑（VMD）；取樣霧滴的個(gè)數(shù)按霧滴大小順序進(jìn)行累積，其累積值為取樣霧滴個(gè)數(shù)總和的50%所對(duì)應(yīng)的霧滴直徑，被稱為數(shù)量中值直徑（NMD）。不同轉(zhuǎn)速下的VMD和NMD如圖5所示。

離心噴頭轉(zhuǎn)速在8 000、9 000、10 000、11 000、12 000、13 000 r/min時(shí)，噴頭下方1 m、噴施半徑0.8 m處的霧滴體積中值直徑分別為226.5、210.7、208.8、162.9、154.2、142.9 μm，數(shù)量中值直徑分別為217.0、165.7、143.0、116.0、109.0、93.3 μm，霧滴譜寬度分別為1.04、1.27、1.46、1.4、1.41、1.53。相同流量下，離心噴頭轉(zhuǎn)速越大，霧滴的體積中值直徑越小，數(shù)量中值直徑越小，霧滴譜寬度呈增大趨勢(shì)，噴頭的霧化效果越好。這主要是因?yàn)殡x心噴頭是通過霧化盤高速旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生離心力將藥液霧化，當(dāng)噴頭的轉(zhuǎn)速較低時(shí)，藥液的黏度和表面張力是影響霧化效果的主要因素，此時(shí)霧滴數(shù)量較少、粒徑較大；當(dāng)噴頭的轉(zhuǎn)速變高時(shí)，藥液被拉成許多絲狀射流，在內(nèi)霧化盤不遠(yuǎn)處就迅速斷裂，變成無數(shù)液滴，隨后打到外霧化盤尼龍螺絲上進(jìn)一步霧化[10]。

圖5 不同轉(zhuǎn)速下的霧滴粒徑Fig.5 Droplet diameter at different speeds

2.3 離心噴頭轉(zhuǎn)速對(duì)靜態(tài)霧滴沉積分布的影響

在流量為1.5 L/min、轉(zhuǎn)速為10 000 r/min的工況下，離心噴頭靜態(tài)霧滴沉積分布如圖6所示。霧滴主要分布在噴施半徑0.5～1 m之間；相同噴施半徑上的霧滴分布并不均勻。進(jìn)一步選取噴施半徑為0.5 m圓環(huán)區(qū)域和霧滴分布中心剖切面進(jìn)行分析。

圖6 離心噴頭靜態(tài)霧滴沉積分布Fig.6 Static droplet deposition distribution diagram of centrifugal nozzle

在噴施半徑為0.5 m的圓環(huán)區(qū)域上，從噴頭進(jìn)水管位置為0°的順時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)，每30°選取1個(gè)霧滴沉積量，如表1和圖7所示。分析離心噴頭流量為1.5 L/min，轉(zhuǎn)速為8 000、9 000、10 000、11 000、12 000、13 000 r/min時(shí)，噴施半徑為0.5 m圓環(huán)區(qū)域上的霧滴沉積狀況[15]。首先，隨著噴頭轉(zhuǎn)速的增加，噴施半徑為0.5 m圓環(huán)區(qū)域上霧滴沉積量越來越少；其次，相同噴施半徑下不同角度霧滴沉積量不同，尤其是當(dāng)噴頭轉(zhuǎn)速較低時(shí)，差異更加明顯。相同噴施半徑霧滴沉積量不同對(duì)施藥均勻性造成顯著影響，造成這種現(xiàn)象的原因主要是由于離心噴頭采用單一管路進(jìn)液，當(dāng)藥液流到霧化盤上時(shí)，離心力作用下將藥液不斷地甩出，霧化盤順時(shí)針旋轉(zhuǎn)，隨著旋轉(zhuǎn)角度的增加，霧化盤內(nèi)的液體不斷減少，造成相同噴施半徑霧滴沉積量不同；隨著噴頭轉(zhuǎn)速的增加，噴施半徑逐漸增大，同一噴施半徑的沉積量也會(huì)減少[16-17]。

表1 靜態(tài)霧滴分布的中心剖切面模型系數(shù)Table 1 Model coefficients of static fog distribution on the central section plane

圖7 不同轉(zhuǎn)速下的噴施半徑為0.5 m圓環(huán)區(qū)域上的沉積分布Fig.7 Deposition distribution in 0.5 m ring area with spraying radius at different rotational speeds

離心噴頭進(jìn)水管位置為0°，順時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)90°方向上的靜態(tài)霧滴分布中心剖切面的霧滴沉積量如表2所示，分布如圖8所示。分析離心噴頭流量為1.5 L/min，轉(zhuǎn)速為8 000、9 000、10 000、11 000、12 000、13 000 r/min時(shí)，靜態(tài)霧滴分布中心剖切面上的霧滴沉積分布狀況。

表2 靜態(tài)霧滴分布的中心剖切面霧滴值Table 2 Model coefficients of static fog distribution on the central section plane

圖8 不同轉(zhuǎn)速下的靜態(tài)霧滴分布中心剖切面沉積分布狀況Fig.8 Deposition and distribution on section surface of static fog droplet distribution center at different rotational speeds

離心噴頭靜態(tài)霧滴分布中心剖切面呈雙峰分布，由MATLAB軟件處理得到的回歸模型可用式（1）表示：

式中：r為目標(biāo)航空杯到霧滴分布中心的距離（m）；a1、a2分別為沉積分布左右側(cè)峰值（g）；b1、b2分別為沉積分布左右側(cè)峰值坐標(biāo)（m）；c1、c2為待定系數(shù)。

不同轉(zhuǎn)速下各系數(shù)的擬合結(jié)果及模型決定系數(shù)如表3所示，a1、a2、b1、b2的變化趨勢(shì)如圖9—圖10所示。離心噴頭流量為1.5 L/min時(shí)，隨著噴頭轉(zhuǎn)速的增加，霧滴沉積分布中心剖切面左側(cè)峰值呈下降趨勢(shì)，左側(cè)峰值位置向霧滴分布中心方向移動(dòng)；右側(cè)峰值基本不變，右側(cè)峰值位置向遠(yuǎn)離霧滴分布中心方向移動(dòng)。當(dāng)噴頭轉(zhuǎn)速較低時(shí)，霧滴沉積分布中心剖切面左側(cè)峰值高于右側(cè)峰值；當(dāng)噴頭轉(zhuǎn)速較低時(shí)，霧滴沉積分布中心剖切面左側(cè)峰值低于右側(cè)峰值。這是由于噴頭轉(zhuǎn)速的增加，霧滴粒徑變小，導(dǎo)致霧滴的運(yùn)動(dòng)軌跡發(fā)生了變化。

表3 靜態(tài)霧滴分布的中心剖切面模型系數(shù)Table 3 Model coefficients of static fog distribution on the central section plane

圖9 不同轉(zhuǎn)速下霧滴分布中心剖切面峰值Fig.9 The peak value of section surface of droplet distribution center at different rotational speeds

圖10 不同轉(zhuǎn)速下霧滴分布中心剖切面峰值位置Fig.10 Peak position of section surface of fog droplet distribution center at different rotational speeds

3 討 論

霧滴粒徑大小和霧滴沉積分布均勻性對(duì)農(nóng)藥的藥效具有顯著的影響。液力式噴頭通過控制壓力來改變霧滴粒徑大小，在霧滴粒徑變化的同時(shí)，噴頭流量也發(fā)生改變，而離心噴頭是在流量一定的情況下通過控制轉(zhuǎn)速來改變霧滴粒徑大小，相比液力式噴頭控制更加簡單、霧化效果更好。研究表明，提高離心噴頭的轉(zhuǎn)速可以顯著降低霧滴粒徑大小，霧滴粒徑與霧滴覆蓋密度、噴頭流量具有十分密切的關(guān)系。1個(gè)粒徑為300 μm的粗大霧滴變?yōu)?50 μm的中等霧滴后，就變?yōu)榱?個(gè)霧滴，而粒徑縮小到50 μm后，則會(huì)變?yōu)?6個(gè)細(xì)小霧滴。由此可見，隨著霧滴粒徑的縮小，霧滴數(shù)呈幾何級(jí)速度增加，而隨著霧滴數(shù)量的增加，農(nóng)藥擊中靶標(biāo)的概率會(huì)顯著增加，覆蓋度也會(huì)更加均勻[18]。農(nóng)藥在噴施過程中的霧滴粒徑大小也不相同，霧滴粒徑與農(nóng)藥的藥效之間存在生物最佳粒徑的關(guān)系。農(nóng)藥噴霧技術(shù)理論研究認(rèn)為，防治飛行的害蟲適合采用10～50 μm的細(xì)小霧滴，防治作物葉面爬行類害蟲幼蟲和噴灑殺菌劑防治植物病害則適合采用30～150 μm的霧滴。噴灑除草劑時(shí)，適合采用100～300 μm的較大粒徑的霧滴[19-20]。合理地控制霧滴粒徑大小，提高霧滴沉積分布均勻性是使用少量的農(nóng)藥取得較好的防治效果并減少環(huán)境污染的關(guān)鍵。

離心霧化技術(shù)是當(dāng)前公認(rèn)的產(chǎn)生霧滴較小、均勻性較高、霧滴譜范圍較窄的先進(jìn)霧化技術(shù)。以離心霧化為核心技術(shù)的可控霧滴施藥裝備，可通過離心噴頭的轉(zhuǎn)速變化來控制霧滴直徑，以滿足不同作業(yè)對(duì)象及氣象條件對(duì)霧滴的要求，在提高農(nóng)藥霧滴在靶標(biāo)作物上的附著率及分布均勻性的同時(shí)，減少無效霧滴數(shù)量，從而達(dá)到提高農(nóng)藥有效利用率和減少農(nóng)藥污染的目的[10]。目前，離心噴頭主要用于植保無人機(jī)上，價(jià)格高是影響離心噴頭大范圍推廣的主要因素，降低離心噴頭生產(chǎn)成本，研究在低轉(zhuǎn)速工況條件下實(shí)現(xiàn)較好的霧化效果以及減少霧滴漂移損失是離心噴頭未來的發(fā)展方向。

4 結(jié) 論

1）離心噴頭轉(zhuǎn)速和PWM占空比呈線性關(guān)系，通過調(diào)節(jié)PWM占空比，可以有效地控制離心噴頭轉(zhuǎn)速，進(jìn)而控制霧滴粒徑大小，實(shí)現(xiàn)對(duì)農(nóng)作物病蟲草害的精準(zhǔn)防控。

2）相同流量條件下，離心噴頭轉(zhuǎn)速越大，霧滴的體積中值直徑越小，數(shù)量中值直徑越小，霧滴譜寬度呈增大趨勢(shì)，噴頭的霧化效果越好。

3）離心噴頭在相同噴施半徑上的霧滴沉積分布不均勻；隨著噴頭轉(zhuǎn)速的增加，霧滴沉積分布中心剖切面左側(cè)峰值呈下降趨勢(shì)，左側(cè)峰值位置向霧滴分布中心方向移動(dòng)；右側(cè)峰值基本不變，右側(cè)峰值位置向遠(yuǎn)離霧滴分布中心方向移動(dòng)。

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Analyzing Static Spray Characteristics of Variable Spray System of Centrifugal Nozzle

GUO Yijian1, ZHU Xingye1*, TONG Lindan3, WEI Qiao2, WANG Xinjian1

(1. Research Center of Fluid Machinery Engineering and Technology, Jiangsu University, Zhenjiang 212013, China;2. Jiangsu Runguo Agricultural Development Co., Ltd., Zhenjiang 212013, China;3. Quality Inspection Center for Pump Products in Zhejiang Province, Wenling 317599, China)

【Objective】This paper is to investigate experimentally the static spray characteristics of variable spray systems of centrifugal nozzles. 【Method】 A centrifugal nozzle variable spray test system was constructed by using a diaphragm pump, a high-precision turbine flowmeter, a solenoid valve and a centrifugal nozzle. Its static spray characteristics were studied for the nozzle flow rate in the range from 1.5 L/min to 13 000 r/min. For each nozzle flow rate, we measured the water droplet sizes and deposition distribution of the droplets using water-sensitive paper and droplet collection devices, respectively. 【Result】With the increase in centrifugal nozzle flow rate, the size of droplets decreased. The deposition amount of fog droplets in the 0.5 m proximal to nozzle decreased first and then increased showing a double-peak patten, with the deposition amount increased in the second peak more than in the first peak. With the increase in the centrifugal nozzle flow rate, the peak value on the left side of the distribution center of the droplet deposition decreased, and the peak value on the left side skewed towards the droplet distribution center. The peak value on the right side remained unchanged, while the peak value on the right side moves away from the droplet distribution center.【Conclusion】The rotating speed of the centrifugal nozzle has a significant influence on sizes and deposition distribution of the water droplets. Reasonably controlling the droplet size to improve the uniformity of the droplet deposition distribution is a key to improving pesticide utilization and reducing its leaching to the environment.

centrifugal nozzle; variable rate application; pulse width modulation

S49

A

10.13522/j.cnki.ggps.2022387

郭依劍, 朱興業(yè), 童林丹, 等. 離心噴頭變量噴施系統(tǒng)靜態(tài)噴霧特性分析[J]. 灌溉排水學(xué)報(bào), 2023, 42(1): 100-105, 111.

GUO Yijian, ZHU Xingye, TONG Lindan, et al. Analyzing Static Spray Characteristics of Variable Spray System of Centrifugal Nozzle[J]. Journal of Irrigation and Drainage, 2023, 42(1): 100-105, 111.

1672 - 3317（2023）01 - 0100 - 07

2022-07-13

江蘇省重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目（現(xiàn)代農(nóng)業(yè)）（BE2021341）；江蘇大學(xué)農(nóng)業(yè)裝備學(xué)部項(xiàng)目（NZXB20210101）；江蘇省研究生科研與實(shí)踐創(chuàng)新計(jì)劃項(xiàng)目（KYCX22_3672）

郭依劍（1997-），男。碩士研究生，主要從事節(jié)水灌溉裝備研究。E-mail: 425319433@qq.com

朱興業(yè)（1982-），男。研究員，主要從事流體機(jī)械及排灌裝備研究。E-mail: zhuxy@ujs.edu.cn

責(zé)任編輯：韓 洋