静电喷雾的理论分析与应用研究
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摘要
在农业生产实践中发现,植保作业环节占丰产因数的20%。其中农药的使用就是农业生产中极为重要的手段。农药的喷施技术和水平直接关系到农药的有效利用率,所以对喷施技术的研究具有重要意义。本文主要研究的是其中一种农药喷施技术——静电喷雾技术。
本文首先对静电喷雾的基本原理进行了理论分析,为后续实验提供了理论支持。静电喷雾是通过在喷头加上高压静电,高压静电在靶标作物上感应出相反电荷。而从喷头喷出的雾滴带有和喷头极性相同的电荷,所以雾滴在静电力的作用下,作定向运动而吸附在靶标作物上。本文对静电喷雾的雾化过程、荷电过程和沉积过程同时进行了理论分析,描述了相应过程的数学模型。
本文利用现有传统喷头进行改装,同时通过加入高压静电发生器以及对传统喷头的相关参数进行设置、匹配,设计出静电喷雾实验系统。利用本实验系统进行相关实验。得出结论如下:
通过静电喷雾和常规喷雾下雾滴直径的对比实验得出:静电喷雾能够使雾滴直径减小、雾滴谱范围减小、雾滴均匀度增加。
静电喷雾情况下:液体压力的增加能够改善雾滴雾化效果,但是当压力超过0.2MPa时,雾化性能改善不明显,主要是因为压力过大,药液流量随之变大,有一些雾滴还来不及雾化就离开喷头了。
另外静电电压的增加也能够改善雾化效果,但是实际实验中发现:随着静电电压的增大,液体雾化效果改善不明显。
通过静电喷雾和常规喷雾下雾滴覆盖率的对比实验得出结论:静电喷雾可以使叶片雾滴覆盖率增加,尤其是在靶标作物叶片的正面,覆盖率增加比较明显,对于叶片背面的覆盖率虽然有所增加,但是提高程度有限。
同时随着压力和电压的增加,叶片正反面覆盖率均有所增加,对比压力和电压对于雾滴覆盖率的影响:压力主要影响叶片正面覆盖率,电压主要影响叶片反面覆盖率。
总结静电喷雾的主要优点有两方面:一是雾化特性好,主要表现为雾化液滴直径小、均匀度高,主要因为在静电作用下,雾滴表面荷电导致雾滴表面张力下降,减小了雾化阻力。当雾滴的带电量超过瑞利极限后,将继续分裂,同时,带电雾滴间的排斥力以及所受静电力,改变了雾滴的表面压力差,有助于雾滴的继续细化;二是雾滴沉积特性好,主要表现为雾滴覆盖率高。主要是因为雾滴受到静电力作用,从而向靶标作物进行定向运动,减少了输运过程中的漂移,靶标命中率高、有效改善了喷雾效果,提高了农药有效利用率,减少了农药对环境的污染,提高了食品安全性,具有重要意义。
Found in agricultural production, plant protection take aspects of 20% in total yield. Including the use of pesticides in agricultural production is a very important tool. The effective utilization of pesticides is directly related to the level of spraying technology, so the study about the spraying technology is of great significance. This study is mainly about the electrostatic spray technology.
Firstly, this paper provides a theoretical analysis of the basic principle in electrostatic spraying, providing the theoretical support and the feasibility of design for the follow-up experiments. Electrostatic spraying is providing the high-voltage to the nozzle, so electrostatic induces the opposite charge in target crops. Droplets emitted from the nozzle have the same charge with the nozzle, so droplets attracted by static electricity to the target crops in directional movement. In this paper, electrostatic spray atomization process, charged process and deposition process were all theoretically analysised, giving the corresponding mathematical models.
In this paper, traditional nozzle would be modified by adding the high-voltage electrostatic generator and the parameters of traditional nozzle would be set and matched.Finally electrostatic spray test system would be designed. Using the experimental system, the related results can be obtained as follows:
By the contrast experiment between the electrostatic spray and the conventional spray about droplet diameter, the conclusion can be obtained: electrostatic spraying can reduce the droplet diameter, decrease the range of droplet spectrum and increase droplet uniformity.
Electrostatic spray: the increase of liquid pressure can improve the effect of droplet atomization, but when the pressure exceeds 0.2MPa, the improvement of atomization performance is not obvious.That is mainly because with the increase of pressure, liquid pressure will increase.This will lead some droplets to leave the nozzle without enough atomization. Moreover increase in electrostatic voltage can improve the atomization effect, but by the actual experiment the conclusion would be obtained: with the charging voltage increases, the atomization of liquid has little improvement.
By the contrast experiment between the electrostatic spray and the conventional spray about the coverage rate, the conclusion can be obtained: electrostatic spraying can increase leaf drop coverage in different heights. In front of target plant leaves the increase is obvious, while in the back the increase is limited.
Because the electrostatic spray technology has following characteristics - the higher droplet penetration rate, the higher target hitting rate, the less losing of small droplets, covering more evenly, bringing less pesticide pollution to the environment, improving food safety - it becomes significant.
本文首先对静电喷雾的基本原理进行了理论分析,为后续实验提供了理论支持。静电喷雾是通过在喷头加上高压静电,高压静电在靶标作物上感应出相反电荷。而从喷头喷出的雾滴带有和喷头极性相同的电荷,所以雾滴在静电力的作用下,作定向运动而吸附在靶标作物上。本文对静电喷雾的雾化过程、荷电过程和沉积过程同时进行了理论分析,描述了相应过程的数学模型。
本文利用现有传统喷头进行改装,同时通过加入高压静电发生器以及对传统喷头的相关参数进行设置、匹配,设计出静电喷雾实验系统。利用本实验系统进行相关实验。得出结论如下:
通过静电喷雾和常规喷雾下雾滴直径的对比实验得出:静电喷雾能够使雾滴直径减小、雾滴谱范围减小、雾滴均匀度增加。
静电喷雾情况下:液体压力的增加能够改善雾滴雾化效果,但是当压力超过0.2MPa时,雾化性能改善不明显,主要是因为压力过大,药液流量随之变大,有一些雾滴还来不及雾化就离开喷头了。
另外静电电压的增加也能够改善雾化效果,但是实际实验中发现:随着静电电压的增大,液体雾化效果改善不明显。
通过静电喷雾和常规喷雾下雾滴覆盖率的对比实验得出结论:静电喷雾可以使叶片雾滴覆盖率增加,尤其是在靶标作物叶片的正面,覆盖率增加比较明显,对于叶片背面的覆盖率虽然有所增加,但是提高程度有限。
同时随着压力和电压的增加,叶片正反面覆盖率均有所增加,对比压力和电压对于雾滴覆盖率的影响:压力主要影响叶片正面覆盖率,电压主要影响叶片反面覆盖率。
总结静电喷雾的主要优点有两方面:一是雾化特性好,主要表现为雾化液滴直径小、均匀度高,主要因为在静电作用下,雾滴表面荷电导致雾滴表面张力下降,减小了雾化阻力。当雾滴的带电量超过瑞利极限后,将继续分裂,同时,带电雾滴间的排斥力以及所受静电力,改变了雾滴的表面压力差,有助于雾滴的继续细化;二是雾滴沉积特性好,主要表现为雾滴覆盖率高。主要是因为雾滴受到静电力作用,从而向靶标作物进行定向运动,减少了输运过程中的漂移,靶标命中率高、有效改善了喷雾效果,提高了农药有效利用率,减少了农药对环境的污染,提高了食品安全性,具有重要意义。
Found in agricultural production, plant protection take aspects of 20% in total yield. Including the use of pesticides in agricultural production is a very important tool. The effective utilization of pesticides is directly related to the level of spraying technology, so the study about the spraying technology is of great significance. This study is mainly about the electrostatic spray technology.
Firstly, this paper provides a theoretical analysis of the basic principle in electrostatic spraying, providing the theoretical support and the feasibility of design for the follow-up experiments. Electrostatic spraying is providing the high-voltage to the nozzle, so electrostatic induces the opposite charge in target crops. Droplets emitted from the nozzle have the same charge with the nozzle, so droplets attracted by static electricity to the target crops in directional movement. In this paper, electrostatic spray atomization process, charged process and deposition process were all theoretically analysised, giving the corresponding mathematical models.
In this paper, traditional nozzle would be modified by adding the high-voltage electrostatic generator and the parameters of traditional nozzle would be set and matched.Finally electrostatic spray test system would be designed. Using the experimental system, the related results can be obtained as follows:
By the contrast experiment between the electrostatic spray and the conventional spray about droplet diameter, the conclusion can be obtained: electrostatic spraying can reduce the droplet diameter, decrease the range of droplet spectrum and increase droplet uniformity.
Electrostatic spray: the increase of liquid pressure can improve the effect of droplet atomization, but when the pressure exceeds 0.2MPa, the improvement of atomization performance is not obvious.That is mainly because with the increase of pressure, liquid pressure will increase.This will lead some droplets to leave the nozzle without enough atomization. Moreover increase in electrostatic voltage can improve the atomization effect, but by the actual experiment the conclusion would be obtained: with the charging voltage increases, the atomization of liquid has little improvement.
By the contrast experiment between the electrostatic spray and the conventional spray about the coverage rate, the conclusion can be obtained: electrostatic spraying can increase leaf drop coverage in different heights. In front of target plant leaves the increase is obvious, while in the back the increase is limited.
Because the electrostatic spray technology has following characteristics - the higher droplet penetration rate, the higher target hitting rate, the less losing of small droplets, covering more evenly, bringing less pesticide pollution to the environment, improving food safety - it becomes significant.
引文
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