杜 哲 胡永光 仇樹成 陳永鑫

(江蘇大學(xué)農(nóng)業(yè)裝備工程學(xué)院， 鎮(zhèn)江 212013)

0 引言

高溫?zé)岷?，又稱高溫害、熱害，是指高溫對植物生長發(fā)育和產(chǎn)量造成損害的一種重要農(nóng)業(yè)氣象災(zāi)害。主要包括茶果樹和林木日灼傷、高溫逼熟及農(nóng)作物熱害等[1-4]。目前，遮蔭、灌溉、通風(fēng)、噴霧等均是緩解高溫?zé)岷Φ闹饕胧?。遮蔭和灌溉處理降低近地面小環(huán)境溫度，基于熱空氣上升原理減小高溫?zé)岷?，但所需前期工作量較大[5]；通風(fēng)處理通過擾動空氣加速氣流運(yùn)動，降低局域小環(huán)境溫度，并改善蒸騰作用；噴霧處理通過水分蒸發(fā)吸收空氣熱量，快速調(diào)節(jié)局域小環(huán)境溫度，實現(xiàn)蒸發(fā)降溫[6]。針對茶果園和農(nóng)田大環(huán)境，噴霧和通風(fēng)耦合作用可以通過擾動空氣，加速水分蒸發(fā)吸熱，快速降低局部小環(huán)境溫度，緩解高溫?zé)岷Α?/p>

近年來，國內(nèi)外學(xué)者對通風(fēng)和噴霧處理開展了大量研究[7-11]。SURESHKUMAR等[12-13]通過試驗和仿真研究了噴霧過程中的傳熱傳質(zhì)過程，分析了蒸發(fā)降溫現(xiàn)象。COLLIN等[14]基于全場彩虹測量法(Global rainbow thermometry)和歐拉拉格朗日方法(Eulerian Lagrangian approach)對噴霧過程的動力學(xué)、傳熱學(xué)及輻射進(jìn)行了詳細(xì)研究。劉乃玲等[15-16]運(yùn)用Fluent軟件模擬細(xì)水霧在狹長空間的降溫效果，研究表明，噴霧方式和壓力是影響空間溫度分布的主要因素，水溫對降溫效果影響甚微。王軍鋒等[17-18]運(yùn)用CFD軟件對不同液滴粒徑的降溫效果進(jìn)行數(shù)值計算，并模擬了夏季室外大空間環(huán)境中的細(xì)水霧彌散運(yùn)輸過程和傳熱傳質(zhì)特性，獲得了細(xì)水霧氣液兩相流動的流場、溫度場和濕度的分布情況。ENDALEW等[19]建立了送風(fēng)式噴霧機(jī)的仿真模型，對噴霧氣流速度分布進(jìn)行研究?？梢姡瑥?qiáng)制對流通風(fēng)和噴霧蒸發(fā)降溫是緩解夏季高溫?zé)岷Φ闹饕椒ā?/p>

此外，通風(fēng)和噴霧處理還可用于茶果園噴藥。首先，風(fēng)送式噴藥機(jī)將藥液霧化，然后依靠氣流使霧滴進(jìn)一步霧化，并輸送到靶標(biāo)上，均勻分布在茶果樹表面上[20]。與噴霧降溫風(fēng)機(jī)相比，噴藥機(jī)的液滴更大，可沉積在茶果樹表面上。因此，為保證蒸發(fā)降溫效果，且無液滴沉積，噴霧降溫風(fēng)機(jī)的霧滴直徑應(yīng)小于噴藥機(jī)的霧滴直徑。

為提高降溫效果及擴(kuò)大降溫范圍，針對夏季高溫?zé)岷?，本文采用?qiáng)制對流通風(fēng)和噴霧蒸發(fā)復(fù)合降溫技術(shù)，設(shè)計一種噴霧降溫風(fēng)機(jī)。以風(fēng)機(jī)出口總壓和風(fēng)速為指標(biāo)，以出風(fēng)口直徑、進(jìn)風(fēng)段長度和出風(fēng)段長度為試驗因素，利用Design-Expert 8.0.6軟件對風(fēng)筒結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計；然后，通過試驗對噴霧降溫風(fēng)機(jī)的噴霧降溫效果進(jìn)行分析。以期緩解高溫脅迫問題，提高茶果園應(yīng)對極端逆境天氣的能力。

1 整機(jī)結(jié)構(gòu)與工作原理

1.1 整機(jī)結(jié)構(gòu)

如圖1所示，噴霧降溫風(fēng)機(jī)主要包括風(fēng)筒、擺頭機(jī)構(gòu)、發(fā)電機(jī)、水箱、可移動機(jī)架、高壓水泵、過濾器、控制器、噴霧環(huán)、葉片等。其中，擺頭機(jī)構(gòu)由支撐桿、連桿、曲柄、驅(qū)動電機(jī)、套筒等組成。噴霧降溫風(fēng)機(jī)的主要結(jié)構(gòu)參數(shù)如表1所示。

圖1 噴霧降溫風(fēng)機(jī)總體結(jié)構(gòu)圖Fig.1 Overall structure diagram of air duct on spray cooling fan1.風(fēng)筒 2.擺頭機(jī)構(gòu) 3.發(fā)電機(jī) 4.水箱 5.可移動機(jī)架 6.高壓水泵 7.過濾器 8.控制器 9.噴霧環(huán) 10.葉片

表1 噴霧降溫風(fēng)機(jī)主要結(jié)構(gòu)參數(shù)Tab.1 Main structural parameters of air duct on spray cooling fan

1.2 工作原理

噴嘴性能和送風(fēng)距離對于實際蒸發(fā)降溫效果和范圍有較大影響。為了提高蒸發(fā)降溫效果，噴嘴方式采用平孔壓力式，可細(xì)化霧滴直徑。為了增加霧滴漂移距離，在保證送風(fēng)距離大于40 m的前提下，葉片驅(qū)動電機(jī)功率取3 kW。工作時，根據(jù)地形調(diào)節(jié)噴霧降溫風(fēng)機(jī)的俯仰角及擺頭方向，電機(jī)開啟，高壓柱塞泵從水箱中抽出液體，經(jīng)由三通接頭傳遞至噴霧環(huán)，通過噴嘴將液體破裂為極細(xì)小霧滴并噴射到空氣中，同時葉片轉(zhuǎn)動，風(fēng)機(jī)開始工作。小粒徑霧滴在空氣射流的起始段和過渡段蒸發(fā)，大粒徑霧滴在射流的核心區(qū)和回流區(qū)蒸發(fā)。適當(dāng)增大霧滴直徑，可延長蒸發(fā)時間，擴(kuò)大降溫面積；但霧滴直徑不宜過大，否則易造成地面蓄水。此外，回水管將多余液體流回水箱循環(huán)使用。

2 關(guān)鍵部件選型與設(shè)計

2.1 噴霧系統(tǒng)構(gòu)成

噴霧系統(tǒng)置于噴霧降溫風(fēng)機(jī)可移動機(jī)架上，其結(jié)構(gòu)方案如圖2所示。噴霧系統(tǒng)主要由高壓出水管、高壓柱塞泵、高壓泵進(jìn)水管、噴霧環(huán)、過濾器、水箱、回水管、三通接頭等組成。其中，電機(jī)與WJ1816C/B型高壓陶瓷柱塞泵為一體式設(shè)計。柱塞泵最大調(diào)節(jié)壓力為8.0 MPa，最大流量為8.0 L/min；電機(jī)功率為1.1 kW，電壓為380 V，頻率為50 Hz。根據(jù)風(fēng)筒結(jié)構(gòu)尺寸及噴霧量要求，選擇內(nèi)外圈布置噴嘴安裝孔的同心圓結(jié)構(gòu)霧環(huán)，其結(jié)構(gòu)如圖3所示。外圈均布10個噴嘴，內(nèi)圈均布5個噴嘴，且內(nèi)外圈噴嘴交叉布置，噴射后多股噴霧會形成交叉，達(dá)到均勻降溫效果。

圖2 噴霧系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖Fig.2 Schematic diagram of spray system1.高壓出水管 2.高壓柱塞泵 3.高壓泵進(jìn)水管 4.過濾器 5.水箱 6.回水管 7.三通接頭

圖3 噴霧環(huán)結(jié)構(gòu)示意圖Fig.3 Schematic diagram of fog ring structure1.內(nèi)圈 2.外圈 3.噴嘴安裝孔

2.2 噴嘴選型

噴嘴流量是其性能重要指標(biāo)之一。影響噴嘴流量的主要因素包括噴嘴內(nèi)部結(jié)構(gòu)、噴嘴孔徑、噴霧壓力等。因此，本試驗選取WJ-3010、WJ-5010、WJ-7010、WJ-8010型噴嘴測量流量，其孔徑分別為0.3、0.5、0.7、0.8 mm。常見的流量測量方法包括速度法、容積法、直接式質(zhì)量流量計等[21-22]。由于本試驗中噴嘴流量較小，霧化程度高，故采用稱量法測量噴嘴流量。

由圖4可知，噴嘴流量與壓力呈線性正相關(guān)。在相同壓力條件下，隨孔徑增大，噴嘴流量增大，即噴嘴流量與孔徑呈正相關(guān)。壓力為2 MPa時，WJ-7010、WJ-8010型噴嘴流量為0，其原因是由于噴嘴孔徑越大，需要霧化壓力也越大。在2～8 MPa壓力下，WJ-3010、WJ-5010兩種型號噴嘴的霧滴飄移嚴(yán)重。這是由于噴嘴孔徑越小，噴出液滴粒徑越小，霧滴飄移潛力增大。且隨壓力增大，霧滴粒徑逐步減小，霧滴飄移越嚴(yán)重。因此，本試驗選取WJ-7010、WJ-8010型噴嘴進(jìn)行噴霧降溫試驗，對比噴霧降溫效果。

圖4 噴嘴流量與壓力關(guān)系曲線Fig.4 Relationship curves between nozzle flow rate and pressure

2.3 葉片優(yōu)化

以NK-1028YD型葉片為基礎(chǔ)，通過三維測量技術(shù)獲取其點云數(shù)據(jù)。以提高葉片光順性、曲面精度為目標(biāo)，采用Imageware軟件對點云數(shù)據(jù)進(jìn)行逆向處理。然后，利用Pro/E軟件進(jìn)行逆向重構(gòu)，結(jié)合風(fēng)筒尺寸結(jié)構(gòu)，建立圓弧板型葉片模型[23]。其基本參數(shù)為安裝角18°，掠角86°，輪轂比0.25，葉片數(shù)3和直徑1 040 mm，如圖5所示。

2.4 風(fēng)筒結(jié)構(gòu)設(shè)計

噴霧降溫風(fēng)機(jī)的風(fēng)筒近似柱形結(jié)構(gòu)，葉片和電機(jī)安裝在其內(nèi)部中心軸線上，且進(jìn)、出風(fēng)口直徑相同。根據(jù)葉片結(jié)構(gòu)參數(shù)，設(shè)定風(fēng)筒內(nèi)徑為1 085 mm，風(fēng)筒總長度為840 mm，其中風(fēng)筒內(nèi)部風(fēng)機(jī)段長度為220 mm?；赑ro/E軟件建立風(fēng)筒結(jié)構(gòu)的三維模型，以STEP格式導(dǎo)入ICEM CFD軟件中進(jìn)行網(wǎng)格劃分，最后在Fluent軟件中進(jìn)行仿真分析。

2.4.1網(wǎng)格劃分

對于空間尺寸大且結(jié)構(gòu)復(fù)雜的模型，網(wǎng)格劃分質(zhì)量與仿真模擬精度和計算速度密切相關(guān)。CFD軟件中網(wǎng)格結(jié)構(gòu)包括結(jié)構(gòu)化和非結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格。其中，結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格計算速度快，網(wǎng)格適應(yīng)性差，而非結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格計算速度慢，網(wǎng)格適應(yīng)性強(qiáng)[24]。

根據(jù)風(fēng)筒氣流擾動特點[25]，將風(fēng)筒主體分成進(jìn)風(fēng)段(Ⅰ段)、風(fēng)機(jī)段(Ⅱ段)及出風(fēng)段(Ⅲ段)(圖6)。Ⅰ段、Ⅲ段結(jié)構(gòu)簡單，采用結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格劃分。而風(fēng)機(jī)安裝在Ⅱ段，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，采用非結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格并采取網(wǎng)格加密處理。最終，風(fēng)筒模型共劃分網(wǎng)格數(shù)約為5 700 000。

圖6 風(fēng)筒結(jié)構(gòu)的網(wǎng)格劃分Fig.6 Structural meshing of air duct

2.4.2邊界條件

設(shè)置模型進(jìn)口邊界條件為壓力進(jìn)口邊界條件，相對壓力為0。模型出口邊界條件為壓力出口邊界條件，壁面采用無滑移壁面邊界條件。模型內(nèi)部流體交換面設(shè)置為Interior，風(fēng)扇旋轉(zhuǎn)區(qū)域為Fluid區(qū)域。設(shè)置氣流為不可壓縮氣流。求解時，采用標(biāo)準(zhǔn)κ-ε湍流模型，使用Simple求解算法。收斂準(zhǔn)則為Fluent中默認(rèn)設(shè)置。

2.4.3響應(yīng)面分析方案與結(jié)果

試驗因素包括出風(fēng)口直徑z1、進(jìn)風(fēng)段長度z2和出風(fēng)段長度z3。根據(jù)葉片結(jié)構(gòu)參數(shù)確定試驗因素取值范圍，因素編碼如表2所示。

試驗指標(biāo)為出口總壓pout和出口風(fēng)速v，由Fluent軟件仿真計算得到。在仿真試驗中，風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速選取為1 430 r/min。使用Design-Expert 8.0.6軟件進(jìn)行三因素三水平的響應(yīng)面分析[26-28]，分析方案及結(jié)果如表3所示，Z1、Z2、Z3為因素編碼值。表4為出口風(fēng)速方差分析結(jié)果。

表2 因素編碼Tab.2 Factors code

表3 響應(yīng)面分析方案及試驗結(jié)果Tab.3 Experimental plan and result of response surface analysis

表4 出口風(fēng)速方差分析Tab.4 Analysis of variance of exit wind speed

(1)數(shù)學(xué)模型建立

由表4可知，模型P<0.000 1，模型極顯著；決定系數(shù)R2=0.999 7，擬合程度高；失擬不顯著，試驗因素和指標(biāo)間存在顯著關(guān)系。風(fēng)機(jī)出口總壓pout與各因素編碼值的回歸方程為

(1)

風(fēng)機(jī)出口風(fēng)速v與各因素編碼值的回歸方程為

(2)

(2)因素重要性分析

由式(1)、(2)可知，各因素對風(fēng)機(jī)出口總壓pout影響由大到小依次為Z1、Z3、Z2，各因素對風(fēng)機(jī)出口風(fēng)速v影響由大到小依次為Z1、Z3、Z2。因此，出風(fēng)口直徑對出口總壓和風(fēng)速的影響最顯著，出風(fēng)段長度次之，進(jìn)風(fēng)段長度最小。

(3)單因素效應(yīng)分析

由圖7可知，風(fēng)機(jī)出口總壓隨出風(fēng)口直徑增大呈先急劇減小后緩慢增大的趨勢，隨進(jìn)風(fēng)段長度增大而緩慢增大，隨出風(fēng)段長度增大而減小。因此，為增大出口總壓，可適當(dāng)減小風(fēng)筒的出風(fēng)口直徑和出風(fēng)段長度。

圖9 因素交互作用對出口總壓的影響Fig.9 Effect of interactive factors on total export pressure

圖7 單因素編碼值與出口總壓關(guān)系曲線Fig.7 Relations of single factor and outlet total pressure

由圖8可知，風(fēng)機(jī)出口風(fēng)速隨出風(fēng)口直徑增大呈先急劇下降后緩慢下降的趨勢，隨進(jìn)風(fēng)段長度增大而緩慢增加，隨出風(fēng)段長度增大而緩慢下降。因此，為增大出口風(fēng)速，可適當(dāng)增大風(fēng)筒出風(fēng)口直徑和出風(fēng)段長度。

圖8 單因素編碼值與出口風(fēng)速關(guān)系曲線Fig.8 Relations of single factor and export wind speed

(4)雙因素效應(yīng)分析

在式(1)中，固定其中1個因素在零水平，研究其余2個因素的相互作用對出口總壓的影響。 隨出風(fēng)口直徑增加，出口總壓呈先快速減小后趨于平緩的變化趨勢，進(jìn)風(fēng)段長度對出口總壓影響較小(圖9a)。由圖9b可知，當(dāng)出風(fēng)段長度固定時，出口總壓隨出風(fēng)口直徑增加先減后增。當(dāng)出風(fēng)口直徑固定時，出口總壓隨出風(fēng)段長度增加而減小。由圖9c可知，當(dāng)出風(fēng)段長度固定時，出口總壓與進(jìn)風(fēng)段長度呈正相關(guān)。當(dāng)進(jìn)風(fēng)段長度固定時，出口總壓與出風(fēng)段長度呈負(fù)相關(guān)。

在式(2)中，固定其中1個因素在零水平，研究其余2個因素的相互作用對出口風(fēng)速的影響。由圖10a可知，當(dāng)進(jìn)風(fēng)段長度固定時，出口風(fēng)速隨出風(fēng)口直徑增加而減小。由圖10b可知，當(dāng)出風(fēng)段長度固定時，出口風(fēng)速隨出風(fēng)口直徑的增加先快速減小后緩慢減小。出風(fēng)口直徑固定時，出口風(fēng)速與出風(fēng)段長度呈負(fù)相關(guān)。由圖10c可知，當(dāng)出風(fēng)段長度固定時，出口風(fēng)速隨進(jìn)風(fēng)段長度呈正相關(guān)。當(dāng)進(jìn)風(fēng)段長度固定時，出口風(fēng)速隨出風(fēng)段長度增加而減小。

(5)優(yōu)化結(jié)果

圖10 因素交互作用對出口風(fēng)速的影響Fig.10 Effect of interactive factors on export wind speed

通過響應(yīng)面分析，以出口總壓和風(fēng)速最大為目標(biāo)，基于式(1)、(2)，利用Design-Expert 8.0.6軟件得到風(fēng)筒結(jié)構(gòu)最優(yōu)參數(shù)組合：出風(fēng)口直徑1 070 mm，進(jìn)風(fēng)段長度350 mm，出風(fēng)段長度270 mm。結(jié)合風(fēng)筒Ⅱ段長度220 mm，風(fēng)筒出風(fēng)口直徑和總長度分別為1 070、840 mm。此時，出口總壓為447.55 Pa，出口風(fēng)速為24.61 m/s。

3 性能試驗

3.1 風(fēng)速試驗

為測試響應(yīng)面試驗優(yōu)化結(jié)果，在風(fēng)筒出風(fēng)口直徑1 070 mm和總長度840 mm的條件下進(jìn)行風(fēng)速試驗。由于尚無噴霧降溫風(fēng)機(jī)的設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)，本試驗利用風(fēng)速、送風(fēng)距離和風(fēng)量評價其效果。

試驗于2018年7月20日在江蘇大學(xué)農(nóng)機(jī)大院內(nèi)進(jìn)行，自然風(fēng)速為0.33 m/s。試驗儀器包括泰仕AVM-07型風(fēng)速計(風(fēng)量測量范圍0～999 900 m3/min；風(fēng)速測量范圍0～45.0 m/s，精度±0.3 m/s)、卷尺等。試驗時，以風(fēng)機(jī)中軸線為中心線，每隔2.0 m設(shè)一個水平測點。同時在每個水平測點垂直方向上每隔0.5 m布置一個測點，共計7個測點。

本試驗基于5次測量求平均值的方法，得到出風(fēng)口風(fēng)量為701.30 m3/min，最大風(fēng)速為16.00 m/s。在0～8 m范圍內(nèi)，風(fēng)速急劇變小，風(fēng)速最低降為7.00 m/s；在30～42 m范圍內(nèi)，風(fēng)速穩(wěn)定在2.00～3.00 m/s；50 m處風(fēng)速為0.72 m/s。以風(fēng)速0.70 m/s為擾動空氣的臨界值，風(fēng)機(jī)有效送風(fēng)距離約為55 m，效果良好。風(fēng)速分布呈鴨梨狀，中軸線兩端近似對稱，分布特征如圖11所示。實測最大風(fēng)速(16.00 m/s)與理論風(fēng)速(24.61 m/s)有一定差異，其主要是由風(fēng)罩阻礙作用、電機(jī)功率利用率不足及仿真模型與實際情況的差異所導(dǎo)致。

圖11 風(fēng)速分布特征Fig.11 Distribution characteristics of wind speed

3.2 噴霧降溫試驗

3.2.1試驗儀器與方法

試驗地點為江蘇大學(xué)室外空曠地面，于2018年8月1日38℃高溫下進(jìn)行試驗，自然風(fēng)速0.37 m/s。試驗儀器包括ZDR-3WIS型溫度自動記錄儀(溫度測量范圍-40～100℃，精度±0.5℃；濕度測量范圍0～100%，精度±3%；最小采集間隔2 s)、鐵架、卷尺、輻射罩及繩子等。試驗前對儀器進(jìn)行校正及標(biāo)定。

試驗時，以風(fēng)機(jī)出風(fēng)口為起點，在風(fēng)機(jī)的軸線方向上每隔10 m布置一個測點，同時監(jiān)測近地面處(地表面)的溫、濕度變化，每10 s采集一次數(shù)據(jù)。共4個監(jiān)測點，與風(fēng)機(jī)的距離分別為10、20、30、40 m(圖12)。每組試驗采用送風(fēng)(T1)、送風(fēng)+噴霧(T2)、再送風(fēng)(T3)等3個處理來進(jìn)行。同時設(shè)置一組對照組(CK)，用于檢測環(huán)境溫、濕度。噴嘴組合方式如下：A1組為15個WJ-7010型噴嘴，A2組為15個WJ-8010型噴嘴，A3組為5個WJ-7010型噴嘴和10個WJ-8010型噴嘴。

圖12 試驗樣機(jī)Fig.12 Test prototype

3.2.2試驗結(jié)果

表5為不同噴嘴組合對近地面平均溫度的影響。由于地表受太陽輻射影響較大，溫度較高。T1階段，各監(jiān)測點的平均溫度和對照組相比變化不明顯，即僅用風(fēng)機(jī)工作時，室外環(huán)境降溫效果不顯著。T2階段，在送風(fēng)和噴霧共同作用下，各監(jiān)測點平均溫度均有所下降。與對照組相比，A1和A2組分別降低了0.03～9.06℃、0.68～11.11℃，A3組30 m范圍內(nèi)降低了0.36～6.54℃，且30～40 m范圍內(nèi)有升溫現(xiàn)象。因此，相對于A1組和A3組，A2組的降溫效果較好。噴霧停止后，在T3階段，各監(jiān)測點平均氣溫隨距離增加而升高。且在40 m處的溫度均高于對照組溫度，可能是由太陽輻射突然變化所引起。由表5可知，在20 m范圍內(nèi)，A2組的降溫幅度接近5℃，降溫效果良好。

表5 不同噴嘴組合對近地面平均溫度的影響Tab.5 Effects of different sprays on mean temperature of ground surface ℃

在T2階段，不同噴嘴組合對近地面最大溫差的影響如圖13所示。A1、A2和A3組的近地面最大溫差范圍分別為-0.40～11.10℃、1.80～13.90℃和-0.50～10.20℃。A2組中，30 m和40 m處的溫差變化不明顯，說明30 m外噴霧降溫效果不顯著。由圖13可知，A2組的降溫效果較好，在10 m和40 m處溫差大于其余兩組。此外，停止噴霧后，由于霧滴沉積，在近地面上蒸發(fā)降溫。

表6為不同噴嘴組合對近地面空氣平均相對濕度的影響。結(jié)果表明，通風(fēng)可降低近地面空氣的相對濕度。T1階段，各監(jiān)測點的平均相對濕度低于對照組，分別降低14.59～24.02個百分點、8.77～19.79個百分點和13.92～16.04個百分點。T2階段，20 m范圍內(nèi)，各組的平均相對濕度顯著增大，分別增加17.22～33.15個百分點、23.24～35.25個百分點和22.98～44.17個百分點，A3組的增濕效果較好。距離越近，濕度增加越顯著。T3階段，各組在10 m處的濕度均為100%，這是由于霧滴沉積，同時也是霧滴蒸發(fā)降溫的原因。而隨距離增加，霧滴沉積量減少，相對濕度降低，降溫效果也急劇減弱。因此，為防止近地面濕度過高，在噴霧停止后需要進(jìn)行通風(fēng)處理，可快速調(diào)節(jié)近地面小環(huán)境，防止?jié)穸冗^高引發(fā)病害。

圖13 不同噴霧處理對近地面最大溫差影響(T2階段)Fig.13 Effect of different spray treatments on maximum temperature difference of ground surface (T2)

表6 不同噴霧組合對近地面空氣平均相對濕度的影響Tab.6 Effects of different spray treatments on air relative humidity of ground surface %

4 結(jié)論

(1)設(shè)計了一種噴霧降溫風(fēng)機(jī)，對噴霧系統(tǒng)、噴嘴、圓弧板型葉片、風(fēng)筒等關(guān)鍵部件進(jìn)行了選型、結(jié)構(gòu)設(shè)計與合理配置，通過噴霧和通風(fēng)復(fù)合作用實現(xiàn)降溫。

(2)進(jìn)行了風(fēng)筒建模和動力學(xué)仿真，運(yùn)用Design-Expert 8.0.6軟件優(yōu)化風(fēng)筒結(jié)構(gòu)。以風(fēng)筒出口總壓和風(fēng)速為評價指標(biāo)，對風(fēng)筒出風(fēng)口直徑、進(jìn)風(fēng)段長度和出風(fēng)段長度進(jìn)行分析優(yōu)化。結(jié)果表明，各因素對指標(biāo)影響的顯著性主次順序為出風(fēng)口直徑、出風(fēng)段長度和進(jìn)風(fēng)段長度。最優(yōu)參數(shù)組合為出風(fēng)口直徑1 070 mm、進(jìn)風(fēng)段長度350 mm和出風(fēng)段長度270 mm。

(3)風(fēng)速試驗表明，當(dāng)風(fēng)筒出風(fēng)口直徑和總長度分別為1 070、840 mm時，出風(fēng)口風(fēng)量為701.30 m3/min，最大風(fēng)速為16.00 m/s，有效送風(fēng)距離約為55.00 m。

(4)通過噴霧降溫試驗分析了噴霧降溫風(fēng)機(jī)在近地面處的降溫效果。結(jié)果表明，在T2階段，A2組平均溫度降低0.68～11.11℃，最大溫差范圍為1.80～13.90℃，A3組平均相對濕度增加22.98～44.17個百分點。使用WJ-8010型噴嘴，在38℃環(huán)境下，噴霧降溫風(fēng)機(jī)在20 m范圍內(nèi)的降溫幅度接近5℃，降溫效果良好。