液滴沉降实验台设计开题报告

1. 研究目的与意义

化学农药作为农业技术进步的产物，大大提高了产量和农业生产效率，为人们广泛使用。由于起初人们对其负面影响的认识不足，加之使用技术不够先进，导致化学农药的过量、不合理使用，进而产生了农药残留、环境污染、生态破坏等一系问题。而我国目前化学农药在使用过程中主要是通过喷洒、浇灌的方式，严重降低了农药利用率和功效，造成环境污染。液滴沉降试验台的设计是为了研究单一或者多喷头使用时的喷洒规律、液滴分布、吸附效果等特性，以便实现精准高效的施药。同时田间作业有多种因素诸如温度、湿度、风速等会产生雾滴漂移，增大了实验的误差，所以在室内的液滴沉降试验台不仅可以排除外界因素的干扰，能更加准确的得到所研究喷头的性能特性，而且也可以模拟外界环境探究误差产生的原因。通过得到的液滴分布用量，可以调整喷头的合理间距、施药时间已达到高效使用农药提供理论依据，为国内植保机械拓展施药机械种类想集成智能化、信息化技术的发展方向提出一点建议。

2. 国内外研究现状分析

国外植保机械及施药技术已经具有系统化、标准化、集成智能化等功能，通过不断研发新型施药设备来提高功效，同时借助计算机信息技术进行作物的精准微量施药，以达到高效、精准、环保的目的。例如，ZhaiCli等人借助超声波传感器制成的二维自动测量系统提到了雾滴测量精度，同时也用商业喷头验证了其可靠性。同时，I.K.Zwertvaegher等人还提出了针对雾滴保持的一种新的测算方法，即根据计算体积比例、冲击型、即附着力、反弹和粉碎来预测喷雾保持，实验表明细化雾滴可以降低蒸发有利于提高农药使用率，同时也证明了添加活性剂有利于农药的高效使用。

国内植保技术机具远远落后于国外水平，但是国内学者针对关键施药部件的研发，以及在不同条件、不同工况下对农药雾滴进行沉降特性、吸附特性、分布规律等特性分析，研究人员也在长期大量的田间试验数据分析中，针对个别作物做出了详细的数据分析和喷雾优化，并且制定一系列的优化方法和标准，为我国植保技术的发展奠定基础。其中在喷雾性能测试方面，南京农业大学的柳平增教授有不少研究，研究工作包括喷头综合性能精密测试试验台的研制为研究喷头的综合性能，研制了喷头综合性能精密测试试验台。试验台能够精确测量喷头的总流量、雾量分布、喷雾角、系统压力以及现场环境温度等参数。2006年薛新宇等人研制的喷头综合性能测试设备采用先进的压力、流量、称重等多种参数的传感技术与计算机控制、处理技术,用于测量喷头的压力、流量、喷雾角及雾量分布特性等主要性能参数,以及喷头的组合性能参数;并可实现多参数精密同步测定及处理功能。2004年汤伯敏等人为了研究开发气液二相流喷雾技术、常温烟雾施药技术及其机具,进而解决设施农业病虫害防治的新问题,研制了二相流喷雾试验台.对气液二相流喷雾过程中的主要技术参数设置了仪表指示读数、人工记录、人工数据处理和计算机控制的自动同步测量、记录、数据处理、绘制曲线图表的两套测试系统.试验台功能较全、精度较高,利用试验台能进行气液二相流喷雾技术研究和常温烟雾型机具性能试验、产品质量检测。其中运用到了新的研究方法和先进的测量设备等，为本课题液滴沉降实验台的设计提供重要参考。同时国内其他学者也有研究，以江苏大学为主，例如江苏大学的张振磊利用数字图像技术对农药细雾的沉积分布进行研究,得出雾滴在棚室内的沉积分布规律,为提高农药利用率、减少环境污染、实现施药作业的技术创新奠定基础。本课题使用喷有白漆的载玻片作为采样卡对沉积下来的雾滴进行采集,设计了雾滴图像的硬件系统来采集雾滴图像,利用VisualC 6.0结合面向对象的模块化程序设计方法设计编制了雾滴图像分析处理软件,可以实现雾滴图像预处理、系统标定、雾滴特征参数的提取,特征参数包括雾滴当量直径、覆盖率和沉积密度。江苏大学的沙俊炎[12]在温室和棚室等密闭空间的喷雾研究中采用图像解析方法来获取喷雾场内雾滴沉积状态参数运用显微图像技术对密闭空间内常温烟雾机的喷雾沉积状态参数进行解析,发展适合于密闭空间喷雾检测和评定的取样技术和统计方法。对雾滴显微图像中存在的关键问题,如光照不均匀、雾滴粘连和小雾滴等,通过编制软件消除光照不均匀因素;运用分水岭算法将粘连雾滴进行分割处理;对雾滴进行标记,消除小雾滴。并对未经软件处理和经过软件处理后的雾滴显微图像进行量化分析比较,经过软件处理后所得到的雾滴沉积状态参数,增加了统计精度。针对雾滴显微图像的特点,建立获取雾滴显微图像的硬件系统和图像处理分析的软件系统。国内其他高校也有此类研究，河北农业大学的崔瑾应用喷雾性能综合试验台和CFD相结合的手段对药液射流分裂雾化机理进行了分析，为果园仿形喷杆式喷雾机的设计提供理论依据。根据三优果园苹果树的生长树貌，确定仿形臂的尺寸以及喷头的布置方式。在CFD中对仿形臂作业工况进行模拟，确定仿形臂作业中最佳角度调节范围。论文工作对提高果园打药的准确度，减少雾滴的漂移和沉降造成的药液浪费，指导研发新型喷雾仿形机构具有重要意义。其中的研究方法和先进的测量技术设备为本次试验台的设计提供了重要参考。

3. 研究的基本内容与计划

设计内容：设计液滴沉降台，完成主要尺寸和三维结构设计，各部分分布合理、功能完善、设计收集系统；对重要结构、部件进行受力分析强度校核，保证实验台的安全稳定性。

研究计划:（1）第1周第2周准备工作。

（2）第3周第4周确定设计方案。

4. 研究创新点

具体实验台通过量筒收集液滴容量得到喷头的液滴分布用量，而且在喷洒过程中主要是通过重力场使液滴自由落体，这样扩大了喷洒面积、增加了沉降时间，同时增加了液滴的漂移。在喷头上面增加排气孔，模拟风送式喷雾机的工作环境，研究其分布规律、喷洒面积、沉降时间、漂移误差等性能，为分送式喷雾机上喷头的位置布置和施药时间提供理论依据。采用先进设备和检测技术，对雾滴直径大小、喷雾雾锥角、雾流横向分布均匀性进行测定，使测试更加简单、快速、准确。