果园风送喷雾气流速度场CFD模拟及试验研究

摘要

风送喷雾技术是近年来世界植保技术领域研究的一种新技术。其独特的优点是省工、省药、费用低，对农药的剂型、气象条件要求不严格。但我国在此领域与发达国家还有很大差距，主要体现在施药工效低和农药有效利用率低。因此积极开展我国施药器械和施药技术的基础理论研究，尽快提高我国农药使用技术水平便成为当务之急。
　　 本文以用于风送喷雾的风机气流速度场为研究对象，利用数值模拟工具 CFD对单、双风机的气流速度场进行了模拟，并结合试验数据综合分析，探讨风机气流速度场的分布规律。本文的主要研究内容及相关结论如下：
　　 （1）建立风机速度场的湍流数值计算模型，利用计算流体力学（CFD）软件FLUENT，采用标准k-ε湍流模型结合适宜的边界条件，建立了用于风送仿形喷雾风机的CFD数学模型，对风机的气流速度场进行了数值模拟。模拟结果表明，进口气流速度变化对气流场分布特性无明显影响，但与离风机不同距离的垂直截面上气流场速度分布规律有较大差异。双风机同时送风时，对彼此气流场影响显著，在离两风机中心1m到3m的范围内，中心区域的风速明显小于两边的风速，在3m到5m的范围内中心区域的风速和两边的风速相差不大。
　　 （2）对沈力SF-4轴流风机单、双风机的气流速度场进行了测量试验。试验结果表明，速度场沿风机轴中心线快速的减小，风机轴中心线下部的风速普遍大于上部，右部的风速普遍大于左部，这与模拟结果基本吻合。从单、双风机离风机3m垂直截面气流速度模拟值与试验值的对比可以看出，单、双风机送风时，速度模拟值与试验值比较吻合，其决定系数分别为为R2=0.9382，R2=0.9387。
　　 （3）对不同出口风速，离风机不同距离下，果树冠层垂直截面风速分布进行了测量试验。试验结果表明，随着冠层深度的增加，风速迅速减小，在中间枝叶茂密区域递减的幅度明显大于边缘区域，不同距离处果树冠层垂直截面的风速分布规律基本一致。随着距离的增大冠层垂直截面内风速逐渐变小。且随着距离的增大，冠层垂直截面右边的风速有增大的趋势，左边的风速有减小的趋势并且随着出口风速的增大，双风机交叉的位置逐渐靠前。

目录

文摘

英文文摘

第一章 绪论

1.1 本课题研究背景

1.2 国内外风送喷雾机械发展现状及趋势

1.2.1 国外风送喷雾机械发展现状及趋势

1.2.2 国内风送喷雾机械发展现状及趋势

1.3 我国风送喷雾机械发展中存在的主要问题

1.4 本课题主要研究内容及技术路线

1.4.1 研究内容

1.4.2 研究方法

1.4.3 试验设计

第二章 风送喷雾气流速度场数值模拟基本理论

2.1 湍流及其数值模拟方法概述

2.1.1 湍流概述

2.1.2 湍流的数值模拟方法

2.2 湍流数学模型

2.2.1 标准κ-ε模型

2.2.2 耗散率ε

2.2.3 κ-ε两方程湍流模型的控制方程组

2.2.4 对κ-ε两方程湍流模型实用性的几点说明

2.3 边界条件及初始条件的设置

2.3.1 入口边界条件

2.3.2 出口边界条件

2.3.3 固壁边界条件

2.4 方程的离散化和求解的计算方法

2.4.1 用有限容积法建立离散方程组

2.4.2 计算方法

2.5 CFD结构

2.5.1 前处理器GAMBIT

2.5.2 求解器FLUENT

2.5.3 后置处理器TECPLOT

2.6 本章小结

第三章 风送喷雾风机气流速度场数值模拟

3.1 模拟区域的确定

3.1.1 物理模型

3.1.2 数学模型

3.1.3 边界条件及初始条件选定

3.1.4 计算网格的划分

3.2 用FLUENT求解的过程

3.3 数值模拟的结果分析

3.3.1 单、双风机气流速度场模拟结果分析

3.3.2 双风机不同角度气流速度场模拟结果分析

3.3.3 单、双风机离风机1m、3m、5m垂直截面气流速度场

3.3.4 单、双风机垂直中心面速度场

3.3.5 双风机中心水平面速度场

3.4 本章小结

第四章 风送喷雾风机速度场模拟结果的验证

4.1 试验器材

4.2 试验方法

4.2.1 不同转速下紧靠风机出口侧风速的测定

4.2.2 单风机风场的测量

4.2.3 双风机风场的测量

4.3 试验结果与分析

4.3.1 不同气流速度对风机轴中心线速度分布的影响

4.3.2 不同气流速度对同一垂直截面速度分布影响

4.3.3 单、双风机送风时对风机轴中心线速度分布的影响

4.3.4 单、双风机速度场模拟结果的验证

4.4 本章小结

第五章 果树冠层风速分布测量试验

5.1 材料与仪器

5.2 果树冠层内风速分布测量试验设计

5.3 结果与分析

5.3.1 果树冠层各个截面风速分布

5.3.2 一定出口风速下离风机不同距离处果树冠层风速分布

5.3.3 不同出口风速下离风机相同距离处果树冠层风速分布

5.4 结论

5.5 本章小结

第六章 总结与展望

6.1 结论

6.2 以后工作建议

参考文献

致谢

攻读研究生期间发表的论文