基于ANSYS的噴霧器噴嘴流場仿真研究【含有限元】【說明書+CAD+PROE】

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應(yīng)用這些新理論、新概念，研制出了超低量噴霧機、 風助式噴霧機、精量噴霧裝置、靜電噴霧機、帶有藥 液霧滴回收裝置的循環(huán)式噴霧機、各種特殊用途的噴 頭、在噴霧機噴頭上加裝防風罩等新型的施藥設(shè)備： 利用現(xiàn)代電子技術(shù)開發(fā)了能根據(jù)生物靶標而自動控制 噴霧的智能噴霧機等。為此靜電噴霧技術(shù)近年來在 植物保護施藥中得到了廣泛應(yīng)用。 1 國內(nèi)外靜電噴霧技術(shù)的發(fā)展 靜電噴霧技術(shù)是應(yīng)用高壓靜電，在噴頭與噴霧目 標問建立一個靜電場，而農(nóng)藥液體流經(jīng)噴頭霧化后， 通過不同的充電方式被充上電荷，形成群體荷電霧 滴。然后在靜電場力作用下，霧滴按靜電場軌跡作定 向運動而吸附在目標的各個部位達到沉積效率高、 霧滴飄移散失少、改善生態(tài)環(huán)境等良好性能，是現(xiàn)代 植保施藥的一項新技術(shù)。自上世紀40年代法國首次 利用靜電進行農(nóng)藥噴撒試驗以來，美、英、德等國先 后對液體藥靜電噴霧進行了深入研究，并促使其產(chǎn)業(yè) 化，至70年代已研制出多種靜電噴霧機具及各類靜 電噴頭，其中有的已推廣應(yīng)用。由于靜電噴霧能夠大 大提高農(nóng)藥的利用效率，降低施藥成本，有效地減少 環(huán)境污染因此，靜電噴霧技術(shù)及其產(chǎn)業(yè)化在發(fā)達國 家越來越受到重視，特別是20世紀90年代以來發(fā)展 很快。目前。美歐等國在農(nóng)業(yè)上使用靜電噴霧器械較 為普遍，溫室及大田中應(yīng)用尤其廣泛，大有替代常規(guī) 噴藥器械的趨勢。我國應(yīng)用靜電噴霧技術(shù)防治農(nóng)作物 病蟲害的研究始于20世紀70年代末。近幾年來，在 理論研究上雖取得了一定進展但研制開發(fā)的靜電噴 霧器械僅在一些草原滅蝗、林業(yè)防治病蟲害等方面進 行了試驗性應(yīng)用，而適應(yīng)一家一戶使用需求、安全可 靠、經(jīng)濟實用的小型靜電噴霧器械目前在國內(nèi)更是空 白，不能滿足產(chǎn)業(yè)化發(fā)展要求。但可以預(yù)見隨著靜 電噴霧技術(shù)日趨成熟，憑其高效、安全、低成本、低 殘留、少污染的特點，也必將在我國農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中普及 應(yīng)用。替代傳統(tǒng)的手動式噴霧器。 2靜電噴霧器的設(shè)計 21 設(shè)計思路 主要針對施藥技術(shù)和施藥器械落后引發(fā)的諸如農(nóng) 藥有效利用率低、農(nóng)產(chǎn)品農(nóng)藥殘留超標、環(huán)境污染、 收稿日期：2008年12月26日 基金項目：江蘇省太湖科技專項(BS200714l一低污染靜電噴霧施藥技術(shù)示范推廣 孫少華，男，1974年生，江蘇泰興人，江蘇省蘇州市農(nóng)業(yè)機械技術(shù)推廣站高級工程師；研究方向為農(nóng)業(yè)機械化。 朱雪興男1955年生，江蘇太倉人。江蘇省太倉市農(nóng)業(yè)機械技術(shù)推廣站工程師；研究方向為農(nóng)業(yè)機械化。 顧歡慶，男，1951年生，江蘇蘇州人，江蘇省蘇州市農(nóng)業(yè)機械技術(shù)推廣站教授級高級工程師；研究方向為農(nóng)業(yè)機械化。 萬方數(shù)據(jù)萬方數(shù)據(jù) 第2期 孫少華等：背負式靜電噴霧器的設(shè)計研究 81 作物藥害、操作者中毒等問題。設(shè)計開發(fā)了一種能夠 噴灑包括生物農(nóng)藥在內(nèi)多種藥液的新一代安全高效靜 電噴霧器械，不僅可用于農(nóng)作物病蟲害的防治也可 用于其他的消毒、防疫等領(lǐng)域。產(chǎn)品應(yīng)用靜電技術(shù)， 在噴頭與噴霧目標問建立一靜電場藥液經(jīng)噴頭霧化 后形成群體荷電霧滴，然后在靜電場的力作用下霧 滴被吸附到目標的正面、反面和隱蔽部位。達到藥液 霧滴沉積效率高、散布較理想、飄移散失少的目的， 由此帶來一般噴霧器所不能達到的高效施藥效果。 22設(shè)計方案及研究方法 針對我國國情，目前我國普遍使用的農(nóng)藥藥液噴 霧器是廣大農(nóng)戶(包括一般農(nóng)戶和專業(yè)戶1使用的背負 式噴霧器其中有手動噴霧器、電動噴霧器和機動噴 霧器等(均非靜電噴霧1。首先通過調(diào)研，把靜電噴霧 器的設(shè)計方案定位于背負式噴霧器。最大限度地發(fā)揮 靜電噴霧安全、高效的效用，以適應(yīng)面廣量大農(nóng)戶的 急需。但目前對藥液靜電噴霧器，國外僅有手槍式、 固定定時噴灑式和大型車載式。且價格昂貴不適合 我國農(nóng)戶規(guī)模的使用；而國內(nèi)僅有車載式滅蝗噴霧的 試驗。尚無其它單位靜電噴霧器的成功報導(dǎo)。設(shè)計組 在分析現(xiàn)有背負式噴霧器的基礎(chǔ)上，運用已有的手持 式靜電噴霧技術(shù)成果對現(xiàn)有介于手動、機動之間的電 動噴霧器改造后進行靜電噴霧試驗，取得了一定的效 果。由此奠定了靜電技術(shù)應(yīng)用于背負式噴霧器的基礎(chǔ)。 圖1為無靜電噴霧與靜電噴霧試驗對比效果圖。由圖1 可見無靜電噴霧時試驗紙片的正面有霧滴覆蓋但比 靜電噴霧的密度要低：無靜電噴霧時試驗紙片的反面則 一點霧滴都沒有，而靜電噴霧的試驗紙片反面的霧滴密 度與正面相差無幾。這充分說明靜電噴霧的效果是明顯 的，應(yīng)用于農(nóng)作物噴霧將可以達到事半功倍的效果。 圖1 靜電噴霧對比效果圖 但是。靜電場作用下的液體霧化機理比較復(fù)雜， 目前主要的研究集中在噴頭上，怎樣使霧滴帶電是最 關(guān)鍵的問題。圖2是霧滴充電工作原理示意圖。霧滴 充電主要有三種方法：一是電暈充電法，用靜電高壓 電暈使霧滴帶電。即把L和k接地，L3接高壓正極 電源尖端電極4將產(chǎn)生足以使周圍空氣電離的局部 強電場從而對正在霧化的霧滴進行充電。二是接觸 式充電法，靜電高電壓直接置于液體中，經(jīng)噴嘴噴出 后即成帶電水霧。即把L。接高壓正極電源，去掉感應(yīng) 極環(huán)3和尖端電極4電荷由導(dǎo)體直接對正在霧化的霧 滴進行充電。三是感應(yīng)式充電法在外部電壓電場作用 下使液體在噴嘴出口形成水霧的瞬間根據(jù)靜電感應(yīng) 原理，使噴出的霧滴帶有與外部電場電荷極性相反的電 荷。即在L。和k之間加一電源，把尖端電極4去掉， 在噴頭1和感應(yīng)極環(huán)3之間的電場使電荷繞回路流動 正電荷聚積在感應(yīng)極環(huán)上。負電荷聚積在噴頭和噴液流 柬上。這個電場便對正在霧化的霧滴進行充電。 圖2霧涌充電工作原理示意圖 1噴頭2噴液流柬3感應(yīng)極環(huán)4尖端電極 將靜電技術(shù)成功應(yīng)用于背負式噴霧器在靜電元 件與噴霧器各部件的匹配上，尚須進一步開發(fā)研究。 為此，研究人員對靜電發(fā)生的多種方式和對國內(nèi)靜電 元件進行比較考察并在進行試驗的基礎(chǔ)上。找到了 比較符合背負式機要求的靜電元件技術(shù)參數(shù)。通過比 較三種靜電充電方式，接觸充電的霧滴充電最充分 效果也最好，決定采用接觸式充電法使霧滴帶電。在 此基礎(chǔ)上進行電氣線路的設(shè)計，改造輸液系統(tǒng)和噴頭 等部件。完成用于背負式的靜電噴霧器試驗機。隨后 在大量噴霧試驗中，不斷調(diào)整電氣系統(tǒng)、輸液系統(tǒng)和 噴頭之間的匹配參數(shù)，使產(chǎn)生的靜電電場、霧滴大 小、霧滴吸附逐步達到了比較理想的效果，由此獲得 了背負式靜電噴霧器較理想應(yīng)用方案。 方案定了之后。通過反復(fù)試驗觀察，研究人員攻 克靜電“尖端放電”、“集膚效應(yīng)”在固體絕緣物、 固體導(dǎo)電物與液體三者之間的作用，使靜電在噴霧機 上得到了有效的控制一旦開機噴霧機就能穩(wěn)定地噴 出的帶靜電的霧滴。另外，雖然噴霧器采用的靜電并 不會對人造成傷害。但偶然操作失誤會造成對人體的 一定刺激，因此研究人員在噴霧器上研制了專用的靜 電防護裝置，操作人員一旦使用噴霧器握住噴槍，就 能立即使人體的靜電得到消除。防止了靜電對人體的 萬方數(shù)據(jù)萬方數(shù)據(jù) 中國農(nóng)機化 2009年 刺激，使操作人員得到有效的防護。 23霧化裝置的設(shè)計 霧化效果的好壞直接影響防治效果及使用的經(jīng)濟 性，在噴藥量相同的情況下，霧滴直徑越小，霧滴的 數(shù)量就越多，覆蓋面積越大，流失也越小，防治效果 好。靜電噴霧器影響霧化效果的因素主要有二個：一 是霧化裝置的結(jié)構(gòu)型式：二是靜電場的作用。 11考慮至lJ4,型靜電噴霧器的特點，我們采用了離 心式霧化裝置，離心式霧化元件如圖3所示，為碟形 圓盤式，盤外緣有尖齒。 圖3離心式霧化裝置 影響離心式霧化裝置霧滴大小的主要因素為霧化 元件的旋轉(zhuǎn)速度和轉(zhuǎn)盤直徑的大小另外噴霧量的多 少及農(nóng)藥的物理性質(zhì)(藥液的密度、表面張力等)也直接 影響到霧滴的大小。轉(zhuǎn)盤式離心霧化裝置產(chǎn)生的霧滴 大小采用下面的經(jīng)驗公式進行計算： 一鬻(器) 式中：MM伊一霧滴質(zhì)量中值直徑，岬； p一個轉(zhuǎn)盤上的液體流量，kg，h； 卜液體密度，kg，m3； R轉(zhuǎn)盤半徑。m： “一轉(zhuǎn)盤旋轉(zhuǎn)角速度，rads：s霧化液體的表面張力Nm。 經(jīng)計算得：MMD一901Lm。 2)影響霧化效果的另一個因素就是靜電場的作 用，當藥液流到離心式霧化裝置轉(zhuǎn)盤的瞬間，在帶 有一15kV靜電電壓的作用下形成帶電的霧滴，由于 同性相斥的原理，霧滴進一步分裂從而大大提高了 藥液的霧化效果。 在靜電場的作用下，經(jīng)檢測實際霧滴質(zhì)量中值直 徑為60ram左右 24動力源的選擇 考慮到重量的因素機具選用鋰離子電池作為供 電電源。采用二個直流電機分別作為水泵和噴頭的動 力，其中水泵電機功率為45W，噴頭電機為25W， 合計功率7W；二個電機采用一組標稱電壓74V，容 量4700mAh的鋰電池供電，經(jīng)過計算可供電機連續(xù) 工作5h以上。高壓發(fā)生器采用一組標稱電壓74V， 容量2350 mAh的鋰電池供電可供高壓發(fā)生器連續(xù) 工作lOh以上。 3結(jié)論 通過研究進驗表明該背負式靜電唼霧器適合設(shè) 施大棚作業(yè)、植物小苗的植保管理、衛(wèi)生防疫等。具 有以下特點：霧滴細霧滴直徑在40100斗m之間； 吸附能力強，噴頭距目標40em，噴幅在4m左右，步 行速度為05ms時目標背面平均吸附藥滴在100滴 em2以上；施藥效率高，達02-437hmVh；抗風能力 強，一般在4級風時僅有輕微的藥液霧滴飄移?？稍?4級風及以下時使用；環(huán)保效果好，由于吸附能力強、 飄移少，用藥量減少至少一半，對作物、地面、空氣及 人均大大減少了污染：整機凈重小，比同容量的傳統(tǒng)機 減輕了將近一半，大大減輕了農(nóng)戶的勞動強度。不足之 處，對不同作物、不同的生長期的適用性。如水稻、茶 葉、棉花、油菜的中后期管理，有待進一步考證。 參 考 文 獻 【l】王科元，陳永成，李華農(nóng)藥靜電嗩霧技術(shù)的發(fā)展【J】農(nóng)機化 研究，2006，(7)：5052 【2】余揚超低量靜電噴霧機具的充電效果研究【J】云南農(nóng)業(yè)大 學，1995，10(3)：202206 【3】秦好泉，等水霧靜電復(fù)合除塵技術(shù)研究【C】中國物理學會 第八屆靜電學術(shù)年會論文集，19998，6164 Design of the Backpack Electrostatic Sprayer SUN Shao-hual，ZHU Xue-xin92，GU Huan-qin91 (1。Technique Generalization Station for farm machinery of Suzhou,Jiangsu，2 1 5 1 28，China； 2Technique Generalization Stationfor脅machinery of Taicang,Jiangsu，215400，China) Abstract：Introduction of the application of the electrostatic spray technology in plant protection pesticiding,the development trend of domestic and foreign,propose the ideas,programs and research process ofthe backpack electrostatic sprayer,in the end,describe its features and shortcomings, Keywords：backpack；electrostatic spray；plant protection；pesticide technology 萬方數(shù)據(jù)萬方數(shù)據(jù) 背負式靜電噴霧器的設(shè)計研究 作者： 孫少華， 朱雪興， 顧歡慶， SUN Shao-hua， ZHU Xue-xing， GO Huan-qing 作者單位： 蘇州市農(nóng)業(yè)機械技術(shù)推廣站,江蘇蘇州,215128;太倉市農(nóng)業(yè)機械技術(shù)推廣站,江蘇太倉 ,215400 刊名： 中國農(nóng)機化 英文刊名： CHINESE AGRICULTURAL MECHANIZATION 年，卷(期)： 2009(2) 被引用次數(shù)： 1次 參考文獻(3條) 1.秦好泉 水霧靜電復(fù)合除塵技術(shù)研究會議論文 1999 2.余揚 超低量靜電噴霧機具的充電效果研究 1995 3.王科元;陳永成;李華 農(nóng)藥靜電噴霧技術(shù)的發(fā)展期刊論文-農(nóng)機化研究 2006(07) 引證文獻(1條) 1.劉衛(wèi)華.沈啟揚.於鋒 靜電噴霧器應(yīng)用于茶樹植保的試驗分析期刊論文-農(nóng)業(yè)裝備技術(shù) 2009(6) 本文鏈接：http:/