基于CFD技术的喷雾机风场研究与风送喷雾机控制系统研制

发布时间：2020-11-05 21:40

　　 针对我国喷雾设备与农药应用技术落后的国情,使用CFD(计算流体动力学)技术,在原始阶段建模分析,为喷雾机的研制以及风场的研究提供相关原始数据以及技术参数,即可缩短研发周期,减少生产成本,亦可实现精准喷雾、减少药液浪费与对环境的污染提供。本论文主要研究内容与结论如下:(1)喷雾机硬件设计与机械系统优化。结合我国传统苹果果园的种植模式、喷雾机发展现状及流场模拟结果,对现有喷雾机风箱结构进行优化,减少喷雾机风箱内部乱流进而减少风速损失,提升喷雾效率;为已有的传统苹果果园风送式喷雾机设计匹配的控制系统搭载平台,并在设计完毕后对相关部位进行理论分析计算,保证其可行性。(2)基于CFD技术的风场仿真。使用动网格技术在相关软件中建立风场飘移模型,探究喷雾机车速、自然风速、喷头摆动下的风场飘移现象,并研究飘移场大小与车速、喷头高度等因素的相关关系;结合现有喷雾机以及我国果园环境信息,探究各类条件不同参数(车速、喷雾角度/距离、风机转速等)下的喷雾效果变化,并根据上述研究,确定喷头位置以及响应喷头旋转角度范围;利用CFD技术模拟不同出风口位置时的风场重叠现象,同时结合相关实验,确定不同情况下的喷雾范围,在情况允许下尽可能减小喷雾角度变化范围,从设计层面上减小部分控制响应时间。(3)风送式喷雾机控制系统设计。结合上述研究内容,为相应的传统苹果果园风送式喷雾机设计匹配的控制系统,以满足精量化喷雾的要求;对硬件环境进行了搭建,对执行机构进行了组装焊接,对软件系统进行了设计,控制系统中主要部件包括:STM32F103RBT6单片机、超声波传感器、57步进电机及其驱动器、常闭电磁阀、多路继电器等,软件部分使用了Arduino-C-like语言进行编程,其可以实现:实时识别有无果树并控制阀门通断,将当前被喷释的果树树高反馈至主控模块,根据果树高度灵活调整喷头朝向。(4)喷雾机控制系统集成与实验测试。设计了传统苹果果园风送式喷雾机加装控制系统后的雾滴收集量实验,实现了实时识别并开始/终止喷雾,根据树型变化调整喷雾角度等功能,通过有无控制系统时的雾滴沉积量对比验证控制系统的可行性与实用性。
【学位单位】：西北农林科技大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：S491;TP273
【部分图文】：

第一章 绪论节的机械、控制系统进行整合，并对整机进行性能试验。整机性能主要包括喷雾量化程度、飘移量大小、整体作业速率。在喷雾机机械系统、控制系统设计完成的基础上，对整机进行性能试验。整机性能试验的指标主要包括喷雾定量比率、药液利用率、作业速率。喷雾定量比率指喷雾时喷雾量可随不同果树树形进行改变；药液利用率是指喷出的药液最大程度覆盖至果树整体；作业速率指由喷雾机开始运作至完成一棵果树的时间。1.4.3 技术路线

图 2-1 Fluent 计算流程Fig. 2-1 The calculation process of the Fluent优化研究所使用的风送式喷雾机，本人于 2017 年参与研于 2018 年完成了一定的改进。所设计的喷雾机如下下图 2-3 所示。整机包括：药物搭载与输送部分、风成。载与输送部分包括：药箱、药箱支架、喷雾器、输药括：信息处理设备、电磁泵、电磁阀、信息传输线、

图 2-1 Fluent 计算流程Fig. 2-1 The calculation process of the Fluent优化研究所使用的风送式喷雾机，本人于 2017 年参与研制出于 2018 年完成了一定的改进。所设计的喷雾机如下图 下图 2-3 所示。整机包括：药物搭载与输送部分、风送机成。载与输送部分包括：药箱、药箱支架、喷雾器、输药管、括：信息处理设备、电磁泵、电磁阀、信息传输线、步进
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本文编号：2872223