静电喷雾的理论分析与应用研究_图文

1、Classifled Index:U.D.C:Dissertation for the Master DegreeTHEOI冱TICAL ANALYS I SRE S EARCH ON ELECTRO S TATIC SPRAYING TECHNOLoGYCandidate:Supervisor:Academic Degree Applied for: Speciality:Date of Oral Examination: University: Zhang LiliProf.Yang fangMaster ofEngineeringAgricultural Electrization an

2、d AutomatizationMay,2011Northeast Agricultural University一1目 录目 录中文摘要。I 英文摘要III 1弓I言l 1.1课题研究的背景与意义.1 1.1.1静电喷雾技术研究的背景l 1.1.2静电喷雾技术研究的意义2 1.2国内外研究现状.3 1.2.1静电喷雾技术的国外研究现状。3 1.2.2静电喷雾技术的国内研究现状。4 1.2.3静电喷雾技术的发展趋势。51.3研究的主要内容.62静电喷雾理论分析7 2.1静电喷雾基本原理.7 2.2静电作用下液体的雾化8 2.3雾滴的充电过程l 1 2.4带电雾滴的输运沉积过程1l 2.4.1输

3、运过程ll 2.4.2沉积过程。122.5本章小结.133静电喷雾实验系统组成14 4静电喷雾雾化特性研究l 8 4.1静电喷雾实验装置18 4.2静电喷雾与常规喷雾雾化性能对比实验.19 4.2.1实验整体设计.19 4.2.2实验步骤及注意事项.20 4.3雾滴直径的测量与计算20 4.3.1雾滴直径相关参数21 4.3.2雾滴均匀度.22 4.3.3雾滴直径测量方案选择。22 4.3.4雾滴直径实验结果.24 4.3.5雾滴直径实验结果分析.28 4.4不同喷雾压力下雾滴直径分布实验29 4.4.1实验步骤。29 4.4.2不同压力下实验结果.30 4.4.3不同压力下实验结果分析.32

4、东北农业大学工学硕|上学位论文4.5不同静电电压下雾滴直径分布实验33 4.5.1不同电压下实验结果.33 4.5.2不同电压下实验结果分析354.6本章小结.365静电喷雾沉积特性研究37 5.1常规喷雾与静电喷雾覆盖率对比实验.37 5.1.1相关参数.37 5.1.2实验设计37 5.1.3实验步骤.38 5.1.4覆盖率实验结果.38 5.1.5覆盖率实验结果分析.39 5.2压力、电压对覆盖率变化的影响。39 5.3覆盖率实验结果分析405.4本章小结4l6结论.42致谢.43参考文献.44附录.48攻读硕士学位期间发表的学术论文50CONTENTSContentsAbstract

5、in Chinese1 Abatract in EnglishIII 1Introduction.1 1.1Purpose and significance ofthe research1 1.1.1technology background ofelectrostatic spray.1 1.1.2significance of electrostatic spray.2 1.2Research situation at home and abroad3 1.2.1Research situation ofelectrostatic spray technology abroad3 1.2.

6、2Research situation ofelectrostatic spray technology at home.4 1.2.2Trends of electrostatic spray technology51.3The main content of research.62Theoretical Analysis of electrostatic spray.7 2.1Basic principles ofelectrostatic spray.7 2.2Liquid atomization under electrostatic force.8 2.3Droplet chargi

7、ng process.11 2.4The transport and deposition ofcharged droplet.11 2.4.1Transport process.11 2.4.2Deposition process.122.5Summary of this chapter.13diameter distribution experiment under different pressure.29 4.4.1Experimental procedures.29 4.4.2Experimental results under different pressure.30 4.4.3

8、Analysis ofexperimental results under different pressure.32 4.5Droplet diameter distribution experiment under different voltage.33东北农业人学工学硕上学位论文4.5.1Experimental results under different voltage.33 4.5.2Analysis of experimental results under different voltage354.6Summary of this chapter.365Deposition

9、 characteristics of electrostatic spray.37 5.1Coverage comparative experiments of conventional spray and electrostatic spray37 5.1.1Parameters.37 5.1.2Experimental design。37 5.1.3Experimental procedures.38 5.2Impact of pressure and voltage on the coverage.39 5.3Analysis of droplet coverage results40

10、5.4Summary of this chapter416Conclusion42 Acknowledgement.43 References44 Appendix”44 Papers published in the period of master education504研究生学位论文独创声明和使用授权书独 创 声 明本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的 研究成果。据我所知,除了文中特别加以标注和致谢的地方外,论文中不包含其 他人已经发表或撰写过的研究成果,也不包含未获得.洼;.翅遗直基丝霞垂挂别虚明的:奎拦亘窒2或其他教育机构的学位或证书使 用过的材料。与我

11、一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明 确的说明并表示谢意。学位论文作者签名:涿7硐7J日期:乃/年/月可日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定,学校有权保 留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘,允许论文被查阅和借阅。 本人授权学校可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索,可以 采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。(保密的学位论文在解 密后适用本授权书学位论文作者签名:苏期确 .日期:加/年钿日 导师 签 日期:山/年/月彦日 摘要摘 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

12、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、

13、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

14、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,带电雾滴问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

15、,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。关键词静电喷雾:雾化性能:沉积性能;雾滴直径;覆盖率: AbstractTheoretical Analysis and Applied Research onElectrostatic Spraying Technology 一 一 一一AbstractFound in agricultural production,plant protection take aspects of 20%in total yield.Including the use

16、 of pesticides in agricultural production is a very important t001.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. Firstl

17、y,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 highvoltage to the nozzle,50electrostatic induces the opposite charge

18、in target crops.Droplets emitted from thenozzle 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,

19、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 sy

20、stem,the related results can be obtained as follows:By the contrast experiment between the electrostatic spray and the conventional spray about dropletdiameter,the conclusion Call be obtained:electrostatic spraying Call reduce the droplet diameter,decrease the range of droplet spectrum and increase

21、droplet uniformity.Electrostatic spray:the increase of liquid pressure carl improve the effect of droplet atomization,but when the pressure exceeds 0.2MPa,the improvement of atomization performance is notobvious.That is mainly because with the increase of pressure,liquid pressure will increase.This

22、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 t

23、he contrast experimentbetween the electrostatic spray and the conventional spray about the coverage rate,the conclusion Call 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

24、iS limited.nIBecause the electrostatic spray technology has following characteristicsthe higher droplet penetration rate,the higher target hitting rate,theless losing of small droplets,covering more evenlg bringing less pesticide pollution tothe environment,improving food safety。it becomes significa

25、nt.Key words Electrostatic spray;atomization performance;depositionperformance;droplet diameter; coverage;Candidate:Zhang Lili Speciality:Agricultural Electrization and Automation Supervisor:Pmf.Yang FangIV1引言在长期的农业生产实践中发现,植保作业环节占丰产因数的20%左右。其中农药的使用 就是农业生产中极为重要的手段。农药使用的历史,可以追溯到公元前1000多年。在古希 腊时期,就有用硫磺

26、熏蒸防治害虫及病害的记录。在中国,更是早在75世纪,就用牡鞠、 莽草等灭杀害虫(袁增雯,2000。尽管农药的应用对于作物的稳产、高产具有着重大意义, 但是随之产生的消极影响是:因为农药喷施技术的落后,农药喷施过程中会产生各种问题。 尤其在中国,各种简单结构的喷雾机由于其价格便宜,适合当前中国广大农村的购买力,因 此目前市场覆盖面很大,约占整个植保机械市场的80%左右,担负着全国农作物病、虫、草 害施药防治面积的70%以上。所以,我国植保机械和施药技术整体上与发达国家相比还十分 落后,仅相当于发达国家四五十年代水平。这些机械结构简单、技术水平落后的喷雾机械产 生的问题主要体现在以下三个方面:1有

27、效利用率低目前我国市场上喷雾机械存在的最主要问题是:喷雾器产品技术水平低,结构陈旧落后, 导致施药液量大,雾化性能不良,农药浪费现象严重,农药有效利用率低。其中最主要的表 现就是喷雾均匀性差、难以产生合适的雾滴直径:过于细小的雾滴在到达目标物之前易蒸发, 且飘移性大,不仅满足不了植保要求,还可能造成环境污染。而直径过大的雾滴又难以停留 在植物叶面,随风或雨流失到土壤中。造成药液浪费,增加成本。2环境污染问题传统的农药喷撒主要以动力机喷撒为主,这种方法只能使农药散布在植物冠的表面。尽 管人为的使农药尽量散布到植物叶的背面和植物冠的内部,但是,绝大部分药液都散落或流 淌到地面上。据调查,当喷洒的农

28、药是粉剂时,仅有10%左右的药剂附着在植物体上,若是 液体时,也仅有20%左右附着在植物体上,l%4%接触到害虫。另外40%60%落到地面, 造成土壤污染;5%-30%的药剂漂游于空中,产生大气污染。大气中的农药又可通过降水返 回陆地,降落到陆地土壤上的农药,随着降水和灌溉水在地表流失或渗入含水层,污染地下 水。所以,由于农药大量使用造成的环境问题已经日益严重。据统计,全世界每年因农药中 毒约100万人,其中死亡约2万人(宋秀杰,2001。我国是一个农药生产使用大国,农药品种超过200种,原药生产能力达70万吨,农药 制剂年产量已达130万吨,居世界第二位。同时,我国农药使用技术水平普遍落后,

29、使用的 农药只有少部分能沉积分布到靶标生物上,70%-80%的农药流失到土壤、水域或飘失到环境东北农业大学工学硕七学位论文中去,造成了严重的环境问题(戴奋奋,2002。所以,提高施药技术水平,是提高农药有 效利用率、减少环境污染的根本途径。3食品安全问题随着人们生活水平的提高,人们对蔬菜、粮食等农产品的要求已从单纯对数量和品种的 要求转向对品质的要求。但是,近年来,我国的食品安全形势不容乐观,造成我国食物污染 的直接原因系源头污染,即农产品的农药残留超标是目前受到广为关注的食品安全问题。农 药残毒的产生,主要是由农业生产中长期、大量使用剧毒、高残留的化学药剂,以致周围环 境(土壤、水域和空气被

30、污染而且过量农药残留于农产品表面或者内部(陈君石,2003。据 对北京市部分市场农产品品质检测中发现,18%的农产品有害残留量超过了国家规定标准。 在蔬菜有机磷残留量检测中,京郊自产蔬菜超标率占17%,外埠进京蔬菜占69%(张志宽, 1997。一般情况下,食品上或水域中残留的农药量虽不多,但化学农药会以各种形式残留 于农作物和其它环境要素中,有了残留,也就有了生物富集问题。由于生物富集和食物链传 递,积少成多,积低毒成高毒,对人体健康的潜在威胁极大。长期取食这些带毒的食品和水, 就可能引起慢性中毒危害人体健康。慢性中毒可以影响神经系统,破坏肝脏功能,以及引起 其他生理障碍,甚至影响生殖和遗传(

31、李春杰,2006。综上所述,中国当前市场上大量的喷雾器产品仍然处于:技术水平低,结构落后,作业 效率低,农药浪费现象严重,生态环境污染严重,威胁食品安全的状态中。因此,目前我国 迫切需要利用现在先进的科学技术,结合传统的精耕细作进行作物的植保作业,采取科学合 理的施药技术以尽可能小的农药用量实现经济、安全的作物病虫草害防治,协调好化学防治 与生态安全之间的矛盾。而实现这些目标的方法之一就是静电喷雾装置的研究与使用。与传统喷雾装置相比,静电喷雾装置主要具有以下优越性:1传统喷雾装置产生的雾滴,主要受到重力的作用,在向靶标作物输运过程中容易产 生漂移,造成农药的浪费和环境污染,而静电喷雾装置所产生

32、的带电雾滴是由于静电作用而 被吸附到植物叶片的表面,显著增加了药物与病虫害接触的机会,成倍地提高了病虫害防止 效果(同样条件下比常规喷药提高2倍以上。而且,由于静电力具有穿透作用,所以带电 雾滴还可以沉积在植物叶片的背面,在叶背面的雾滴密度是常规喷雾方式的几十倍。2由于静电喷雾技术的防治效果和农药有效利用率均高于传统喷雾方式,所以用药量 减少(比常规喷雾喷粉器节约50%以上,节约生产成本。而且较少的用药量,可以降低农 药在在农产品上的明显残留,不易产生药害,提高农产品的质量。同时节约水资源,特别适 合干早缺水地区使用。综上所述,因为静电喷雾具有:雾滴靶标命中率高,雾滴飘失少,覆盖均匀,农药施用

33、 量低,节约水源。尤其是雾滴在植物的叶片背面和隐蔽部位亦能沉积并牢固粘附,改善喷雾 效果,减少农药对环境的污染,提高了食品安全性等特点。所以,对静电喷雾进行理论研究 并开发使用对降低成本(人力、农药、能源、时间、提高防治效果、减少药物流失、减少环2引言境污染、保证食品安全、促进我国农业机械现代化和农业的可持续发展都具有极其重要的意 义。在静电喷雾技术的研究中处于领先地位的国家是美国。早在1882年Rayleigh就已开始 了对于静电喷雾的研究,但是最早利用静电进行农药喷撒试验的是20世纪40年代法国的 Hamper。之后,美国一些大学如佐治亚大学进行了正式的试验研究,结果表明利用静电场散 布农

34、药药粉,在植物上的附着率大大提高。随着粉剂使用量的不断减少,静电喷药技术研究 也转向了液体药。上世纪70年代中期,美国乔治亚大学首先研制了第一代机动静电喷雾机, 用于大田棉株作物喷雾,采用的喷头为研制的嵌入电极.静电感应喷头(Law S.E.,1978。 试验结果表明,在不降低防治效果的情况下,静电喷雾植株上的有效药液喷洒量增加了55%, 费用减少5%。他们还研制了适用于高秆和低秆作物的自动高速静电喷雾机、安装在拖拉机 上的离心式静电喷雾机和用于果园的葱头式静电喷雾机。80年代末,美国乔治亚大学的专家 们研制成功了静电喷雾系统tess和气助式静电喷雾系统(AA.ESS,经过后来的研究改进, 已

35、经由美国ESS(Electrostatic Spraying System Ine.公司投入商品化生产。其生产的静电喷雾 机,采用气助式嵌入电极.静电感应喷头Max-charge,如图1.1所示,现已应用于大田作物, 温室,葡萄园等植保作业中,比常规施药技术减少农药用量50%以上(ESS Ine.,2002。其 生产的气助式静电喷雾机如图1-2所示,有多种型号,适用于各种大田作物的植保作业。图1-1Max-charge喷头Fig.1-1Max-charge nozzle31-2ESS气助式静电喷雾机Fig.1-2ESS air-assisted electrostatic sprayers东北

36、农业大学T学硕士学位论文英国帝国化学工业公司也是最早生产静电喷雾机的单位之一,其生产的手持式静电喷雾 器(OK Patent,1982没有动力系统,完全靠高压静电破坏液体表面张力使药液破碎成直径为 40至200微米的雾滴。他们生产的基于ULV设计的eleetrodyn ULV+已广泛在非洲应用于 棉铃虫防治。英国Bertelli Randell公司生产的ON.TARGET静电喷头使用12V直流电,能够 产生40kV电压,可用于喷杆喷雾机和背负式机动喷雾机上,比普通喷头减少损失65%,节 省人力50%,大大降低过量使用农药对环境的污染。英国农业工程学院研制了转盘式静电喷 头(Merchant J

37、.A.,1998。该喷头的主要特色在于感应电极与转盘同轴旋转,高压电路用轴 承(而不是电刷接通,使高压输入到旋转的电极上。电极旋转能有效地避免雾滴沉积到电 极上而造成电荷泄漏。德国曾对背负式喷雾机、手持式转盘喷雾器、喷烟机等用不同的充电方式进行了大量的 静电喷雾性能试验研究。结果表明,静电喷雾药液覆盖率增加极其明显,小雾滴在作物上的 覆盖率很高,特别是电晕充电法适合于在改装的普通大田喷雾机中使用。霍恩海姆大学研制 了气流剪切式静电喷头,用于背负式喷雾机上(MoserE.,1997。我国静电喷雾技术的研究始于20世纪70年代末。上海首先成立了静电喷雾实验协作组, 上海明光仪表厂、江苏太仓静电设备

38、厂、丹阳电子研究所及北京农业大学等先后研制了手持 转盘式静电喷雾器;河北邯郸市机械研究所研究了电场击碎手持式静电喷雾器;南京林业大 学研制了高射程静电喷雾机。这些单位与使用部门配合,在多种作物上进行了大量喷洒分布 及防治效果实验,但都没达到实用推广阶段。江苏工学院从70年代末就开展了静电喷雾理 论(荷电微粒两相流理论及其测试技术研究,并采用了激光多普勒测速技术研究雾滴大小及 运动速度,用研究的理论指导机具的设计。80年代研究工作已进入了具体装置的设计及测试 阶段,先后研制了手持式太阳能静电微量喷雾器、风动转笼式静电喷头、静电击碎式液力喷 头和车载式静电微量喷雾装置等。我国在实用化方面也取得了可

39、喜的成果。山西、上海等地 先后生产了背负式静电喷雾器和手持式超低量静电喷雾器,江苏理工大学在建立室内静电喷 雾试验系统和大量试验的前提下,研制了转盘式手持微量静电喷雾器、车载式静电喷雾机和 拖拉机牵引式风送静屯喷雾机,并进行了大面积田间应用试验,取得了良好的灭虫效果。江 苏理工大学对静电场作用下的液滴雾化展开了较为系统的研究,认为静电作用可以降低液体 表面张力,减少雾化阻力,同时同性电荷间的排斥作用产生与表面张力相反的附加内外压力 差,从而提高雾化程度(余泳昌,2004。郑加强(1990对风动转笼式静电喷雾技术进行了研究。分析认为随外加静电压的升高, 雾滴谱趋窄,改善了喷雾性能。郑加强(199

40、3对荷电雾滴电荷衰减规律进行了研究,得到 如下结论:1雾滴荷电量在运行过程中会随时间或距离的增加而泄漏衰减:2测定了直至 25m距离处群体荷电雾滴的荷质比,说明静电喷雾在远距离仍带电荷;3随充电电压升高 和雾滴直径减小,荷质比增加,而随输运距离增加,荷质比以较小的速率下降。罗惕乾(1994研究了电极充电过程,得出结论认为:1充电电场与电极形式及其几何 4引言参数、场域中电荷体密度、农药雾滴或粒子物性(介电常数有关;2电极对粒子或雾滴 充电作用的主要范围在靠近电极很小的区域。余扬(1995对超低量静电喷雾机具的充电效果进行了研究,证明了感应式充电效果最 佳,并确认工作充电电压仅为3.5_4.5k

41、V便可获得足够的充电效果。余泳昌(1995对弥雾机喷头施加静电场后的喷雾效果进行了研究,得出如下结论:1 风送弥雾机施加静电场后雾滴破碎均匀,受风速影响小,漂移损失降低,雾化质量优于无电 场风速弥雾;2在静电场影响下,雾滴散落有一定趋向性,目标物上吸附数量增加,且其 背部可接收一定数量雾滴:3施加静电喷雾可使喷射距离增加,有效喷幅加宽,雾滴沉降 速度快。周浩生(1996对组合电极双流体式静电喷雾技术进行了研究,得出结论:1组合电 极的作用使雾滴发生多次分裂,导致小雾滴数量明显增加,同时又使雾滴间发生聚并,导致 大雾滴数量增加,处理结果为雾滴体积中径增大;2在试验条件范围内,电极电压对雾滴 体积

42、中径和荷质比影响较大,有利于改善喷雾性能。金晗辉(1999对荷电气一液两相同轴圆射流进行了LDV研究,得出如下结论:1在 静电喷雾两相流流场中,静电作用在雾滴最初的雾化喷射就已对流场产生了影响,并且静电 对于改善雾化程度起到了一定的作用:2在微细雾滴的静电喷雾中,雾滴弛豫时间相当短, 输运相的推动占有主导作用,直接决定了喷雾的射程和范围。闻建龙(2000设计了普通压力雾化喷头,采用环状感应电极,测量了荷电喷雾的粒径, 并与非荷电情况进行了比较,结果表明,雾滴荷电在提高喷雾均匀性,细化雾滴粒径等方面 有明显效果。葛自良(2000得出结论:电导率极小的液体,在液滴形成过程中,电荷跟不上表面的 移动

43、,电荷面密度达不到导致液滴分裂的必要值,因而不会发生雾化现象。杨方、崔宝华(2001对设施园艺微电脑生物助长装置的机载高压静电发生器及其安全 保护装置进行了研制及实施。任惠芳(2003对气力式静电喷头雾化特性进行了研究,对喷头的雾化特性进行了初步 试验。试验结果表明:1雾滴大小及均匀性随着气体压力的升高而减小;2该喷头所得雾 滴尺寸满足静电喷雾要求,为静电喷雾的正常进行提供了前提。闻建龙(2003认为:对水等电导率较好的液体,环状感应电极能取得较好的充电效果; 而对柴油等绝缘液体,必须施加高强度电场才能使其有效充电,因此只有采用针状、锥状电 极才能使其带上电荷。杨方(2006对液体食品用高压脉

44、冲电场雾化杀菌处理装置进行了研制及实施。静电喷药技术具有十分突出的优点,它可以提高农药的散布效果,提高液滴在靶标作物 上的附着率,提高防治效果,减少药物流失,保护环境。在我国,近年来静电喷药技术也日 益受到重视,一些专家和单位正在从事有关方面的研究试验。但是适合大田作业的大型静电5东北农业大学工学硕士学位论文叠墨暑暑皇詈!鼍!暑曼皇篁曼詈葛量詈詈皇詈!皇!詈!曼鲁置拿詈皇皇量皇鼍!詈!皇詈詈詈詈皇詈曼詈II皇詈曼暑詈鲁皇皇曼詈皇詈詈詈!詈!鼍曼量!詈皇皇墨 喷雾机具的研究,在国内尚处于开始阶段,具有很大的研究开发空间和市场潜力。静电喷雾 技术在国内未来的发展趋势如下:1由于我国与国外在这方面的

45、技术差距还相当大,所以必须在自我研究的同时,加快 技术引进的步伐,从而克服一些关键技术难点。2在做好理论研究的基础上在实验室内建立静电喷雾实验台,用于基础研究和实验, 并且开发研制中小型静电喷雾器械,从而为大型农田作业静电喷雾器械的研制奠定基础,并 最终实现大型静电喷雾器械的商品化生产和田间的普及推广。3近20年来,飞防在我国森林病虫害防治中发挥了巨大作用。但常规飞防的最大缺点 是受气候影响大和药液漂移损失大,采用静电喷雾技术与飞防应用结合,具有其独特的优点。 由于静电力的作用,增强了喷雾粒子对预定靶标的吸附,可以有效的减少雾滴漂移损失,降 低成本和减少环境污染。本论文以静电喷雾技术为研究对象

46、,采用理论分析与实验研究相结合的方法,主要研究 以下内容:1对静电喷雾进行相关理论分析。主要包括对静电喷雾的原理分析、对静电作用下的 雾化过程、充电过程和雾滴输运沉积过程的分析以及对静电作用下雾滴直径、雾滴覆盖率的 参数分析;2利用传统常规喷头进行改装,并且加入高压静电发生器,制作成为静电喷头,并对 喷头的性能进行检测,主要包括:喷头的雾化性能检测、喷头的荷电性能检测;3电压连续可调的高压静电发生器的标定;4设计静电喷雾实验装置,进行静电喷雾的相关实验,主要包括:常规喷雾与静电喷 雾下雾滴直径的对比实验、验证液体压力和静电电压与雾滴直径的相关性实验、常规喷雾与 静电喷雾下雾滴覆盖率的对比实验、

47、验证液体压力和静电电压与雾滴覆盖率的对比实验。 5获取并记录实验数据,对实验数据进行数学统计计算与分析,利用数学软件绘制各 种实验数据分布图,直观反映出常规喷雾与静电喷雾情况下的雾化质量和喷雾覆盖效果,分 析不同参数对于雾化质量、荷电质量的影响。6静电喷雾理论分析2静电喷雾理论分析静电喷雾技术是应用高压静电在喷头与靶标作物之间建立静电场,当农药液体流经喷头 雾化后,通过充电的方式被充上电荷。形成荷电雾滴,然后在静电场力和重力等其他外力的 联合作用下,雾滴作定向运动而吸附在目标的各个部位。Fig.2-1Schematic ofelectrostatic spraying .根据静电感应原理,带高

48、压静电的喷头将在靶标作物的表面感应出与喷头所带极性相反 的电荷,并在两者之间形成静电场。因为经过喷头喷出的雾滴带有和喷头极性相同的电荷, 所以雾滴会在喷头同性电荷的排斥下,以及靶标作物表面异性电荷的吸引下,沿着电场线向 靶标作物输运。在输运过程中,如果忽略外界环境的影响,带电雾滴离开喷头后,主要受自 身重力和电场力的作用。但是由于输运雾滴一般直径较小,平均在50I.tm左右,所以电场力 往往是重力的几十倍,因此电场力在雾滴输运过程中起主导作用。带电雾滴在电场力的作用 下吸向靶标作物表面,雾滴飘失减少,减轻了农药对环境的污染。另外,由于电力线具有穿透性,所以雾滴不仅可以沉积于靶标作物的表面,而且

49、可以穿 入靶标作物的内部,沉积到靶标作物叶片的背面和隐蔽部位。同时,与传统喷雾方式相比, 因为静电喷雾方式产生的雾滴群带同种电荷,彼此之间相互排斥而不会凝聚成大液滴,所以 雾滴在靶标作物上分布更加均匀。7东北农业大学工学硕士学位论文在农药喷洒过程中,药液经过喷头喷出时发生的第一个物理变化是药液的雾化。根据液 体雾化理论:液体破碎成雾滴是由于外界干扰引起液体表面不稳定,而导致液体分离成细小 雾滴。喷雾机械中液体的雾化方式通常有三种:液力式雾化方式、离心式雾化方式、气力式 雾化方式。1液力雾化法对药液施加压力迫使它通过液力式喷头喷出,又与外界静止的空气相撞 而分散成为雾滴的方法。通常这种雾化方法是

50、药液先形成薄膜状,进而形成不稳定的、大小 不一的雾滴。液力式喷头是当前国内外使用最普遍的一种喷头。这种雾化法的特点是喷液量 大,雾滴的大小受压力的影响很大,因此使用时保持足够的压力是取得良好喷雾质量的关键 条件。2气力雾化法是利用高速气流把药液雾化成为雾滴的方法。高速气流首先把药液拉伸 成液丝,液丝再断裂成液滴,高速气流又把液滴吹成囊状小泡破裂而形成雾滴。影响气力雾 化细度的主要因素是气流的强度和速度。3离心力雾化法是将药液输送到高速旋转的雾化原件上(比如圆盘,在离心力的作用 下,药液沿着雾化原件的外缘抛射出去,雾化成细小雾滴。离心力雾化法形成的雾滴的细度, 取决于转碟或转笼的转速和药液的表面张力与黏度以及药液滴加速度。转速越高、药液滴加 越慢,则雾化越细。对比三种雾化方式,对于离心式雾化方式需加入高速旋转元器件,而且高速旋转器件加 工精度要求较高,需要有良好的动态平衡性能,否则器件容易磨损。气力式液化方式,通过 高速气流,使药液在高速气流的冲击下破裂成小雾滴,同时借助气流帮助药液沉积到靶标作 物上。但是由于气液两相流场中雾化机理较复杂,目前国眺JJ'b对