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《南京林业大学》 2017年
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脂溶性农药旋动射流混药器设计及其混合均匀性研究

宋海潮  
【摘要】:农药原液既有脂溶性又有水溶性的,由于脂溶性农药的渗透性大于水溶性农药,所以其防治效果优于水溶性。但脂溶性农药与水混合成乳浊液分散体系时,均需通过剧烈的机械搅拌,把油打散成为极细的油珠,然而乳浊液的油珠分散度并不高,在存放期间很容易发生油珠聚并使乳剂破裂的现象,而且很难恢复。农药在线混合通过在线控制农药的使用来减小农药对操作者的危害,降低农药对环境以及非靶标生物的污染。可是在线混药主要针对水溶性农药进行,而脂溶性农药由于和水互不相溶,在线混合的难度比较大,研究很少。因此设计一种能够实现对脂溶性农药均匀混合的混药器并优化混药器结构实现混药器到喷头之间的距离最小化是本文研究的主要目的,具体研究内容和结论如下:(1)旋动射流混药器结构设计研究①旋动射流混药器结构设计分析传统射流混药器对脂溶性农药在线混合存在的问题,创新的设计旋动射流混药器,采用螺旋弯曲收缩管、继旋器和在扩散管中加入固定导叶等方式,增加工作液的卷吸能力与掺混作用。旋动射流混药器主要由收缩管、分流器、扩散管、继旋器、光管、喷头和进药管组成,各组件通过螺纹连接成装配体。收缩管、分流器、扩散管和喷头是必选件,继旋器和光管是可选件。分流器中吸药口的大小、方向可根据农药的黏度、密度等改变;继旋器可根据农药的混合效果改变位置和个数。旋动射流混药器与施药喷头直接相连,能够减小混药器到喷头之间的距离,最大程度地减少农药对机具的污染。②CFD仿真旋动射流混药器对脂溶性农药混合均匀性的影响采用有限元软件FLUENT模拟仿真药水混合均匀性,引入面积加权平均均匀性指数来判断混药器内脂溶性农药和水的混合均匀性。面积加权平均均匀性指数越接近1,混药器内药水混合越均匀。旋动射流混药器喷嘴出口面积加权平均均匀性指数γa为0.9989,截面上药液容积分数最大值与最小值的差值很小,整个截面上的药液分布一致。通过正交试验仿真发现,有螺旋弯曲收缩管、分流器在混合管中间位置的旋动射流混药器混合均匀性最稳定,混合效果最好。螺旋弯曲收缩管能够提高旋动射流的混合器的混合强度,但提高不明显。③旋动射流混药器试验验证根据农药理化特性不同,选择菜籽油和硅油作为脂溶性农药的替代品进行试验验证,菜籽油和硅油中加入了油性荧光剂LUYOR-6100。借助MATLAB软件,分别采用混药器混合比和均方根误差RMSE对试验数据进行分析处理,旋动射流混药器(F162009)经过第一个继旋器后,脂溶性农药替代品菜籽油和硅油均能够实现和水均匀混合;混药器经过第二个继旋器后,脂溶性农药替代品菜籽油和硅油仍然能够实现和水均匀混合。混药器从第一个继旋器出口到第二个继旋器出口,混药器长度增加80 mm,但混合均匀性变化不明显。(2)旋动射流混药器结构参数优化研究①旋动射流混药器单因素影响分析无继旋器的旋动射流混药器F192010,能够实现对菜籽油和硅油的均匀性混合;而无继旋器的旋动射流混药器F192014,混药器有效长度84 mm,不能够实现对脂溶性农药菜籽油的均匀性混合,农药成团絮状。随着扩散角增大,混药器有效长度减小,混药器均方根误差值增加,混合均匀性变差。分流器切向进药可以显著提高混药器的混合均匀性。增大收缩管的收缩角,混药器的均方根误差值减小,混合均匀性提高,但是提高不明显。混合管的长度对混药器混合均匀性影响很显著。减小混合管长度,混药器混合均匀性降低。②旋动射流混药器多因素方差分析采用三因素三水平正交试验分析收缩角(19°、22°和25°)、混合管长度(20 mm、12 mm和8 mm)和扩散角(10°、14°和18°)对旋动射流混药器有效长度的影响,结果发现:混合管长度对旋动射流混药器混合均匀性影响最显著,其次是扩散管扩散角,没有显著影响的是收缩管收缩角;收缩管收缩角的3个水平值对混合均匀性影响好、坏的排序为25°、19°和22°;混合管长度的3个水平值对混合均匀性影响好、坏的排序为20 mm、12 mm和8 mm;扩散管扩散角的3个水平值对混合均匀性影响好、坏的排序为18°、14°和10°。旋动射流混药器Q252018在保证对脂溶性农药均匀混合的前提下,混药器有效长度最短。综上所述,经过有限元仿真分析和试验对比验证,在研究的混药器中,Q252018是有效长度最小的可以实现对脂溶性农药(菜籽油)均匀混合的旋动射流混药器。混药器的有效长度69 mm,此时收缩角α_1=25°,混合管长度L0=20 mm,扩散角α_2=18°,分流器采用切向进流。
【学位授予单位】:南京林业大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2017
【分类号】:TQ450.5

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