cfd数值模拟在农药喷施技术中的应用进展分析

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1、http://www.paper.edu.cnCFD数值模拟在农药喷施技术中的应用进展分析112王俊祁力钧孙小华1中国农业大学工学院北京（100083）2河北软件职业技术学院河北保定（071000）E-mail:wangjun678@tom.com摘要:文章全面总结了CFD数值模拟技术在农药喷施技术喷雾流场模拟、罩盖防飘移技术模拟、雾滴沉积规律模拟、药械相关部件的辅助模拟设计等方面的应用及研究结论，得出了CFD模拟技术在该领域研究中的优势和不足、应用现状及发展方向。同时，在分析的基础上指出，CFD在此领域的应用还需在模拟方法、模型及指导喷

2、雾作业等各方面得到扩展和延伸，通过大量的探索研究开发出一批应用工具。关键词：CFD数值模拟农药喷施技术应用中图分类号：S2文献标识码：A1.引言化学农药药液的混合、雾化及喷施是一个比较复杂的过程，受诸如药械技术参数、操作参数、气候等因素的影响，其中气候因素是不可控的，同时许多因素之间还存在的交互作用，，这使许多相关的试验研究由于人、物力耗费过大、因素不可控、指标难测量等原因变得难以实现，影响了农药喷施技术发展及其相关产品的更新，而CFD模拟技术能够借助计算机的优势很大程度地克服这些困难，因此，其在农药喷施技术研究的各方面都得到了一定的应用

3、。2.喷雾机喷雾流场的CFD数值模拟国内外喷雾流场的模拟主要包括喷雾机喷雾过程中流场特性的模拟和防飘移效果模拟。2.1流场特性的模拟早在1993年，Weiner就使用Fluent模拟了车载式弥雾机的喷雾流场，在利用软件默认的边界条件和湍流参数的基础上，他首先对喷雾流场进行了二维模拟和试验测量，结果表明两者基本一致，但在局部区域差异较大。为此，他利用试验测量结果对边界条件进行了修正，然后把模拟扩展到三维空间，很好地提高了模拟的精度，使三维模拟结果与试验测量结果得[1]到了很好的吻合。该研究充分显示了CFD技术在流场模拟中的优势，同时也发现了

4、模拟过程中存在的困难。研究表明：要想获得更准确的模拟结果，除了依赖计算机计算能力的提高外，还要做大量的基础工作来对现有模拟模型和模拟方法进行探索、改进和完善。Sidahmed(2001)也利用Fluent对森林用圆管型风送式喷雾机的喷雾流场分别进行了二[2]维模拟和三维模拟，并把模拟结果与湍流气流理论（TurbulentJetTheory）及试验测量结果进行了对比，结果表明：流场中轴向速度分布、横向速度分布的模拟结果与湍流气流理论及试验测量结果吻合的较好，最大误差约为5%。同时发现，Fluent在模拟非对称速度分布时，其模拟效果要优于湍流

5、气体理论，但其在二维模拟时结果不是很理想，模拟结果偏高于试验测量值，这表明用二维模拟方法对三维空间进行模拟时精度有一定局限性。1http://www.paper.edu.cn2.2防飘移效果的模拟在前人模拟喷雾流场的基础上，Tsay等（2002）利用Fluent对风助式喷雾的防飘移效果进行了模拟（图-1、图-2），通过模拟优化了气流的速度、流量及气流与喷嘴[3]的夹角等参数。结果表明：不同的气流速度、气流角度、气流流量，气流流量与角度的交互作用、气流角度与雾滴释放角度的交互作用对防飘移效果有显著影响。同时考图-1风送式喷雾机的模拟区域示意

6、图虑防飘移效果和节约动力原则后，模拟得Fig.1Simulatingzoneofair-assistedsprayer3到的最优参数为气流速度40m/s、气流流量1.7m/s、气流角度前倾17˚，这与前人试验研究[4][5]的结论一致。Tsay的研究表明选择、优化工作参数在提高防飘移效果中的重要性，也表明了Fluent在模拟风助式防飘移技术中不可替代的作用；不过由于巨大工作量及测试难度，他的研究并没有进行田间的试验验证。风翼罩盖喷头帘图-2风助式喷雾机的模拟喷雾流场图-3封闭型机械式罩盖(Fehringer1990)Fig.2Simula

7、tingresultofair-assistedsprayerFig.3Structureofclosedmechanical气力式罩盖式喷雾技术与风助式喷雾技术一样，也是减少农药雾滴飘移的一种有效措施，多方面的研究都表明其在减少雾滴飘移方面有独特优势，但是在其工作参数优化方面的研究及风速、喷雾机喷施速度及喷施方向（顺风或逆风）对防飘移效果影响的研究还很少。针对这种现状，Tsay等（2004）利用Fluent模拟软件对风送式喷雾机在裸露地表上取不同[6]工作参数时的防飘移效果进行了模拟。研究结果表明，喷雾机与气流之间的相对速度能很好地解释

8、不通风速、不同喷施速度和不同喷施方向时相对飘移系数（relativedriftindex）的变化，相对速度增大，相对飘移系数也增大。总之，他模拟研究的条件虽然与实际条件有一定的差异，但其结论仍