双流体喷嘴雾化控制特性研究

双流体喷嘴雾化控制特性研究

石宝宝;石复习;陈军;蒋宗谨;刘世浩

【摘要】双流体喷嘴具有雾化效果稳定、显著节能、药量调整范围大和优异的抗堵塞性能等特点,对于提高施药精确性、降低药液浪费和减少环境污染有重要意义.为此,将双流体喷嘴用于猕猴桃园喷雾,使用自主搭建的双流体喷雾试验平台,采用了扇形喷嘴、圆形喷嘴、广角圆形喷嘴3种喷嘴,进行了不同气压下雾化流场的喷雾试验,研究了最佳液体压力恒定的情况下,气路气压的变化对雾化角、贯穿距、流量及压力损失等雾化特性参数的影响.结果表明:扇形喷嘴优于圆形喷嘴和广角圆形喷嘴;随着气压的增大,喷雾的贯穿距先增大后减小;随着气压的增大,雾化角呈现先增大后减小的趋势;随着气压的增大气体流量增大,液体流量减小,气路压力损失较大.对猕猴桃园来说,气压在2.5 bar时,选用扇形喷嘴较为适宜,为气液双流式变量喷雾的研究奠定了基础.

【期刊名称】《农机化研究》

【年(卷),期】2019(041)001

【总页数】6页(P174-179)

【关键词】双流体喷嘴;雾化控制;喷雾气压

【作者】石宝宝;石复习;陈军;蒋宗谨;刘世浩

【作者单位】西北农林科技大学机械与电子工程学院, 陕西杨凌 712100;西北农林科技大学机械与电子工程学院, 陕西杨凌 712100;西北农林科技大学机械与电子工程学院, 陕西杨凌 712100;西北农林科技大学机械与电子工程学院, 陕西杨凌 712100;西北农林科技大学机械与电子工程学院, 陕西杨凌 712100

【正文语种】中文

【中图分类】S491

0 引言

目前，猕猴桃园主要施药设备有压力式喷雾器、弥雾机及风送式喷雾机3种。其中，压力式喷雾器雾滴直径分布较大，喷施效果差；弥雾机购置成本高昂，行间转移灵活性差，不适合棚架作业；风送式喷雾机喷施均匀性差，作业飘洒严重，环境污染严重。双流体雾化是利用一定压力的空气或蒸汽，以高速冲击速度较低的被雾化液体，将其撕裂成细小的液滴。双流体雾化喷嘴主要用于增湿、冷却降温及喷雾涂层等等，具有雾化均匀、雾化粒径稳定区间大、气体与液体可独立控制等特点，便于实现变量施药，可广泛应用于果园精准施药，目前尚未得到广泛应用[1-4]。

双流体雾化喷嘴是实现双流式喷雾的核心部件，其结构简单、适应性强，对于高黏度和低黏度的液体都有良好的雾化性能，并且在保证雾化效果的基础上，容易通过调节气压和液体流量，灵活改变气压与液体流量来控制喷施距离、喷施量等特性参数，从而满足不同条件的喷施要求[5-7]。将双流体喷嘴应用于猕猴桃园施药喷雾，对于降低农药用量，减少药液飘洒，实现精准变量施药具有重要作用。

目前，针对双流体喷施的研究主要有雾滴粒径、雾滴速度、雾滴个数、流量、雾化角及喷孔直径等方面的研究。卢平等在双流体雾化特性试验中，利用了PIV测量

技术，测试了不同气液比下的雾滴粒径，雾化颗粒平均粒径随着气液比的增加呈现下降趋势；王贞涛等利用了相位多普勒粒子动态分析仪测试了喷嘴不同孔径下的雾滴粒径和不同工作压力下的雾滴轴向平均滴速，获取了喷孔直径为1.2mm喷嘴具有更好的雾化效果，选用0.3MPa或者0.4MPa的工作压力较为合适[8-9]。

本文以扇形喷嘴、广角圆形喷嘴、圆形喷嘴3种双流体喷嘴为研究对象，根据猕

猴桃果园的架型结构、树形大小和树冠密度等作业条件，在设定气压和液体流量条件下，获取双流式喷射雾化作业的控制参数，探讨了气压与贯穿距、气压与雾化角及气压与液体流量的关系，确定了影响双流体喷嘴雾化效果的主要因素及最佳控制参数，为双流体喷嘴的变量施药作业系统的构建，提供基础设计参数。

1 试验装置及方法

1.1 试验装置

试验采用东莞市沙鸥喷雾系统有限公司、D-1/4-SS+SUC23-SS、D-1/4-

SS+SUC11-SS、D-1/4-SS+SUK30-SS型号的双流体雾化喷嘴。试验台选用4040铝型材搭建，喷射控制所需的仪器全部安置于试验台上。试验装置由行走系统、气路系统及液路系统3部分组成。行走系统包括底架等；气路系统包括空气压缩机、气源处理器、节流阀、气体流量计及气体压力表等；液路系统包括药箱、齿轮泵、单向阀、液体流量计、液体压力表及双流体喷嘴等。试验系统装置示意图如图1所示。

1.空气压缩机

2.气源处理器

3.节流阀

4.气体流量计

5.气体压力表

6.双流体喷嘴

7.液体压力表

8.液体流量计

9.单向阀 10.齿轮泵 11.药箱图1 试验系统装置示意图Fig.1 Schematic diagram of test system

雾化特性研究中，空气压缩机和齿轮泵是试验装置中的动力源，由气源处理器进行气体动力的稳定并且调节气压的大小；节流阀对气路系统进行气体调节，产生压力损失，防止过大气流将液流顶回去；气体压力表和流量计监测气路系统管路中的压力和流量。液路系统中单向阀可以有效防止液体回流，液体压力表和流量计监测液路系统管路中的压力和流量。气液双流体试验系统主要技术参数如表1所示。

表1 双流体试验系统主要技术参数Table 1 Main technical parameters of twin-fluid test system试验仪器参数数值V-0.12/8空气压缩机额定压力/bar8容积流量/L·min-1120MF5700系列气体质量流量计流量范围/L·min-10～200测量精度

/%±2.0ZJ-LCD-M智能液体流量定量控制仪流量范围/L·min-10.1～1测量精度/%±1.5385齿轮泵流量/L·min-12.0扬程/m23药箱容积/L15智能数字化压力表

压力范围/bar0～10测量精度/%±0.4

雾化特性试验过程中使用到3种喷嘴，这3种喷嘴内部结构一致，只是空气帽不同，现给出双流体扇形喷嘴结构如图2所示。

1.气体入口

2.气体出口

3.挡圈

4.双流体出口

5.空气帽

6.液体出口

7.液体入口

8.可调针阀图2 双流体扇形喷嘴结构示意图Fig.2 Schematic diagram of twin-fluid sector nozzle

采用相同的齿轮泵压力，调节喷雾气压进行雾化特性试验，工作气压范围1.5～

4.0bar，标准齿轮泵电压为12V。通过固定泵压条件下，改变气压得到3种双流

体喷嘴的喷射特性参数，通过压力表和流量计检测喷嘴气体入口和液体入口前的压力和流量。试验装置设定为喷嘴雾化，喷嘴高度距离地面1.2m，与地面水平放置，喷雾时该装置处于静止状态，通过调节气源处理器实现气液双流式变量喷雾。

1.2 试验方法

以空气和清水作为工作介质进行双流体雾化试验研究，将试验装置按图1搭建即可，对于不同气压下的雾化特性参数进行试验。试验过程中，保证喷嘴水平分布，喷嘴出口水平喷射，在地面放置皮尺和湿敏纸，可以有效测量贯穿距的大小；在进行雾化角的测量时，喷嘴垂直分布，距离地面高度1.2m，喷雾角度的背景粘贴蓝色纸张，便于更好地用相机拍摄图片。根据图2双流体扇形喷嘴结构示意图可知：空气压缩机产生的压缩空气和清水分别通过气体入口和液体入口进入喷嘴，随之产生1路液体，3路气体，且在空气帽处混合雾化，形成细小雾滴，最终在双流体出口处实现喷雾；每次试验重复3次取平均值，以确保获得更精确的数据。

2 雾化特性试验

2.1 气压对雾化角的影响