中圖分類號：S224.3 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：2095-5553（2025）08-0135-08

DOI：10.13733/j.jcam.issn.2095-5553.2025.08.019

Abstracts：Multiairductairdeliveredsprayers have been widelyutilized inorchardplantprotectionduetotheirabilityto enhancespraying eficiency.However，theperformanceof such sprayers ishighlydependenton theintemal airflow dynamics，whichdirectlyafectspraydistributionquality.Inordertooptimizetheinternalairflow fieldof themulti-duct air sprayerused invineyards，this studyfocusedonthe designof theairoutletsand diverters.The wind velocityattheair outlets，aswellastheflowregulationefectsof diverters，withandwithoutdeflectors，wereanalyzedusingFluent numerical simulation software.The simulation assessed theatenuation of wind speed along the centerlineof theair outlet，thewind sped distributionatvarious distances fromtheoutlet，andtheuniformityofairflowatthediverter inboth configurations （with andwithout deflectors）.The suitableoperational spraying distancewas also determined basedon airflowcharacteristics，andthesimulation findingswerevalidated through experimental testing.Resultsfromthe simulation indicatedthat wind speedalong theoutletcenterlineinitialldeclined sharplyand thentaperedgradually.The sprayer was found to be optimal for operation at adistance of 1m . In the configuration without a deflector，the diverter exhibited significant variability inwind speed，with a coefficient of variation of 39.08% ，indicatingahighlyunevenairflow distribution.Conversely，thepresenceofadeflectorresulted inamuch moreuniformflow，withacoeficientof variation reduced to 3.06% .Experimental validation showed that the measured wind speed trends closely matched the simulation predictions，with only minordeviations.Thesediscrepancies remainedwithin acceptable eror margins，confirming the accuracy and reliability of the simulation model.

Keywords：vineyards；multi-duct air sprayer；air outlet；diverter;Fluent simulation

0 引言

植保作業(yè)是葡萄種植過程中重要的環(huán)節(jié)之一，其作業(yè)質(zhì)量會對葡萄的產(chǎn)量和品質(zhì)造成直接影響，由于我國傳統(tǒng)籬架式葡萄種植模式的葡萄植株行距較小，留給機(jī)械作業(yè)空間僅 1.3m 左右，嚴(yán)重影響植保機(jī)械作業(yè)。大部分葡萄產(chǎn)區(qū)仍然以人力植保作業(yè)為主，勞動強(qiáng)度大、作業(yè)質(zhì)量差、農(nóng)藥浪費(fèi)污染嚴(yán)重[12]。目前國內(nèi)外先進(jìn)的果園植保技術(shù)有多種，如靜電噴霧技術(shù)、自動對靶噴霧技術(shù)等，當(dāng)前推廣較好的是風(fēng)送式噴霧機(jī)[3-5]

風(fēng)送式噴霧機(jī)可提供強(qiáng)大的氣流，對霧滴進(jìn)行二次霧化并帶動葉片間擾動，從而增加霧滴覆蓋率，提高農(nóng)藥利用率[6]，故噴霧機(jī)內(nèi)部氣流場的運(yùn)動直接影響霧滴的沉積情況[7]。降低風(fēng)送式噴霧機(jī)霧滴漂移的關(guān)鍵是對噴霧機(jī)的氣流進(jìn)行有效調(diào)控[8.9]。通過設(shè)計(jì)優(yōu)化出風(fēng)口及導(dǎo)流裝置可以提高氣流場與自標(biāo)作物冠層噴霧要求的匹配效果，提升噴霧質(zhì)量[10]。宋玲[11]通過設(shè)計(jì)風(fēng)送式噴霧機(jī)的導(dǎo)風(fēng)裝置，通過試驗(yàn)證明加導(dǎo)風(fēng)裝置后噴霧機(jī)出風(fēng)口的風(fēng)速和噴幅有所提高，風(fēng)場的均勻性明顯提高。胡煜等[12通過研究不同結(jié)構(gòu)的導(dǎo)流片對風(fēng)筒出口風(fēng)速和壓力的影響，從而優(yōu)化風(fēng)送式噴霧機(jī)的綜合性能。

由于籬架式葡萄園的植保噴霧作業(yè)對噴霧機(jī)的冠層適應(yīng)性要求較高，而針對籬架式的多風(fēng)管風(fēng)送式噴霧機(jī)的研究較少。為優(yōu)化多風(fēng)管風(fēng)送式噴霧機(jī)的內(nèi)部氣流場，本文以籬架式葡萄為作業(yè)對象，以提高籬架式葡萄園內(nèi)多風(fēng)管噴霧機(jī)的施藥效果為目的，對多風(fēng)管噴霧機(jī)的出風(fēng)口及分流器進(jìn)行設(shè)計(jì)，利用Fluent數(shù)值仿真計(jì)算對出風(fēng)口中心線上風(fēng)速衰減狀況、出風(fēng)口各距離上風(fēng)速分布和有無導(dǎo)流板的分流器分流效果進(jìn)行分析，驗(yàn)證設(shè)計(jì)合理性，并利用試驗(yàn)方法對仿真結(jié)果加以驗(yàn)證，為提升葡萄園多風(fēng)管噴霧機(jī)的施藥效果提供一定參考。

1多風(fēng)管風(fēng)送噴霧機(jī)出風(fēng)口及分流器設(shè)計(jì)

1.1多風(fēng)管風(fēng)送式噴霧機(jī)整機(jī)結(jié)構(gòu)及工作原理

多風(fēng)管風(fēng)送式噴霧機(jī)主要由柴油發(fā)動機(jī)、藥箱、隔膜泵、離心風(fēng)機(jī)、分流器、出風(fēng)口和扇型噴嘴等部件構(gòu)成，其整機(jī)的總體結(jié)構(gòu)示意圖如圖1所示。其工作原理：工作時(shí)，隔膜泵將藥箱中的藥液抽取輸送至出風(fēng)口上的扇型噴頭后，藥液經(jīng)扇型噴頭初次霧化噴出；柴油發(fā)動機(jī)提供動力驅(qū)動離心風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)動，從而產(chǎn)生高速氣流，高速氣流被分流器分流后，通過風(fēng)管輸送至出風(fēng)口，由出風(fēng)口噴出。藥液經(jīng)扇型噴頭初次霧化后形成霧滴，霧滴在出風(fēng)口被離心風(fēng)機(jī)產(chǎn)生的高速氣流二次霧化，并高速向目標(biāo)作物漂移，最終附著于目標(biāo)作物，完成噴霧作業(yè)。

圖1多風(fēng)管風(fēng)送噴霧機(jī)總體結(jié)構(gòu)

Fig.1 Overall structure of multi-duct air sprayer 1.隔膜泵2.藥箱3.柴油發(fā)動機(jī)4.分流器5.風(fēng)管 6.出風(fēng)口7.扇型噴嘴8.離心風(fēng)機(jī)9.固定支架

1.2 出風(fēng)口設(shè)計(jì)

出風(fēng)口的輪廓和尺寸會影響出風(fēng)口的出風(fēng)均勻性，非圓形出風(fēng)口相對于圓形出風(fēng)口能夠有效改善其出風(fēng)效果[13]。吳敏敏[14]曾針對2種鴨嘴式出風(fēng)口的形狀進(jìn)行研究，并基于計(jì)算流體力學(xué)進(jìn)行數(shù)值仿真分析，通過對比2種出風(fēng)口的噴射壓力和速度分布變化后發(fā)現(xiàn)，2種噴射出風(fēng)口的軸心速度衰減趨勢相似，軸心速度衰減趨勢與測量距離成反比，在 0.6m 前速度衰減較快， 0.6m 后速度衰減較平穩(wěn)，半圓弧形出風(fēng)口相較于矩形出風(fēng)口軸心速度衰減較緩。因此，考慮到應(yīng)盡量滿足風(fēng)速均勻輸送的條件，選擇采用鴨嘴式半圓弧形噴射出風(fēng)口，如圖2所示。

鴨嘴式半圓弧形噴射出風(fēng)口的結(jié)構(gòu)分為3個(gè)部分，分別是導(dǎo)流段、擴(kuò)散段和收縮段，其結(jié)構(gòu)如圖3所示。導(dǎo)流段作為進(jìn)氣段，通過柔性軟管引導(dǎo)風(fēng)機(jī)產(chǎn)生的氣流進(jìn)入出風(fēng)口；擴(kuò)散段是將導(dǎo)流段流入的氣流按擴(kuò)散角 φ 呈垂直方向擴(kuò)散，水平方向壓縮；收縮段是將氣流進(jìn)行最后加速，在水平方向進(jìn)一步壓縮，垂直方向停止擴(kuò)散，改善氣流紊亂。

圖3出風(fēng)口結(jié)構(gòu)Fig. 3 Structure of air outlet

在鴨嘴式出風(fēng)口中，氣流速度在一定范圍內(nèi)會隨擴(kuò)散角 φ 的增大而變化，出風(fēng)口擴(kuò)散角 φ 一般為20^°～30^° ；利用出風(fēng)口進(jìn)行噴霧時(shí)，應(yīng)保證風(fēng)場能夠完全將噴頭噴灑的霧滴包裹在內(nèi)，結(jié)合實(shí)際需要和經(jīng)驗(yàn)，選出風(fēng)口長度 a 為 150～200mm ；考慮到風(fēng)送氣流的損失及損耗與風(fēng)管直徑成反比，雷諾也在研究中進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)，氣體黏度與風(fēng)管直徑相關(guān)，根據(jù)研究經(jīng)驗(yàn)并綜合考慮，選擇風(fēng)管內(nèi)徑為 120mm ，因此，出風(fēng)口導(dǎo)流段直徑 d₀ 為 120mm ，風(fēng)口的總長度 l₀ 為200 mm[15，16]。

根據(jù)Alfredkoestel式（1）所示，可以得到在射程x 處的軸心速度 和出口速度 v₀ 的關(guān)系[17]。

式中： K ——湍流系數(shù)，與出風(fēng)口的形狀有關(guān)，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)取參數(shù) K=4.3 x 中 -射程，即距離出風(fēng)口位置， m ：A₀. 一出風(fēng)口面積， m² 。

結(jié)合實(shí)際，考慮到風(fēng)機(jī)作為風(fēng)送設(shè)備，噴射出風(fēng)口存在功耗問題，功耗計(jì)算方法如式（2）所示[18]。

式中： P_Δf T 一通過噴射出風(fēng)口的氣體全壓變化量，MPa ：ρ 空氣密度， 1.29kg/m³ P -風(fēng)機(jī)功耗；Q₁ ——有效氣體體積流量，L；v 出風(fēng)口處平均速度， m/s 。

結(jié)合末速度原則，在距離出風(fēng)口 1.2m 處的末速度為 7m/s 時(shí)，能更好地滿足作業(yè)要求[19]。根據(jù)式（2）可以求出風(fēng)機(jī)功耗與不同出風(fēng)口寬度的關(guān)系，設(shè)出口寬度為 10～60mm ，每 10mm 取一個(gè)節(jié)點(diǎn)計(jì)算，根據(jù)功耗計(jì)算結(jié)果，繪制功耗和出風(fēng)口寬度的關(guān)系曲線，如圖4所示。

1.3 分流器設(shè)計(jì)

分流器主要功能是將離心風(fēng)機(jī)產(chǎn)生的氣流均勻分散到各個(gè)風(fēng)管，保證出風(fēng)口的風(fēng)量均勻。為提高對葡萄冠層的高度適應(yīng)性，噴霧系統(tǒng)兩側(cè)分別布置3個(gè)出風(fēng)口，因此，分流器設(shè)計(jì)6個(gè)風(fēng)口，風(fēng)口為圓形截面。出風(fēng)口連接風(fēng)管，圓形截面直徑與出風(fēng)口導(dǎo)流段直徑相同，均為 120mm 。分流器底部位于離心風(fēng)機(jī)風(fēng)口連接處，底部入風(fēng)口為長 230mm 寬 150mm 的矩形，為確保氣流分布均勻，風(fēng)口布置面采用弧形設(shè)計(jì)。分流器采用雙行對稱結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，為保證風(fēng)口風(fēng)量均勻，在分流器內(nèi)部設(shè)置2塊導(dǎo)流板，將入風(fēng)口均勻分成3個(gè)部分。分流器外部輪廓及導(dǎo)流板設(shè)置如圖5所示。

圖5分流器設(shè)計(jì)示意圖Fig. 5 Schematic diagram of shunt design

2 出風(fēng)口及分流器仿真

出風(fēng)口風(fēng)場分布對籬架式葡萄園多風(fēng)管風(fēng)送噴霧機(jī)在噴霧作業(yè)中最適末速度影響較明顯，而分流器風(fēng)場分布的均勻性直接影響風(fēng)送噴霧系統(tǒng)的各出風(fēng)口風(fēng)量分布。利用Fluent數(shù)值仿真計(jì)算對出風(fēng)口和分流器的風(fēng)場進(jìn)行研究，探究出風(fēng)口中心線上風(fēng)速衰減狀況、出風(fēng)口各距離上風(fēng)速分布和有無導(dǎo)流板的分流器分流效果，采用試驗(yàn)的方法對Fluent數(shù)值仿真結(jié)果進(jìn)行驗(yàn)證。

根據(jù)1.2節(jié)出風(fēng)口設(shè)計(jì)的參數(shù)范圍（寬度為 10～ 60mm ，長度為 150～200mm ，擴(kuò)散角為 20^°～30^° ），選擇出風(fēng)口寬度為 30mm ，出風(fēng)口長度為 150mm ，出風(fēng)口擴(kuò)散角為 25^° 。通過SolidWorks軟件建立出風(fēng)口及分流器的三維幾何模型，利用Fluent軟件分別對出風(fēng)口及分流器進(jìn)行仿真，探究出風(fēng)口中心線上的風(fēng)速衰減情況和不同噴霧距離的風(fēng)速分布以及有無導(dǎo)流板的分流器風(fēng)口風(fēng)速。

2.1 仿真過程

通過SolidWorks軟件建立三維幾何模型，如圖6所示。

圖6三維幾何模型Fig.6 Three-dimensional geometric model

將已經(jīng)建好的三維模型導(dǎo)人ANSYSWorkbench平臺下的Mesh軟件。由于出風(fēng)口的三維模型是相對比較規(guī)則的模型，結(jié)合三維模型的幾何特征，且長寬比相對較小，所以噴射出風(fēng)口內(nèi)外流場均選擇非結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格，可以在保證模擬精度的前提下，提高仿真計(jì)算的效率[20]。首先，將出風(fēng)口內(nèi)外流場域劃分為3個(gè)部分，分別是空白場域1、內(nèi)流場域2和外流場域3，如圖7所示，其中內(nèi)流場域2為出風(fēng)口內(nèi)部場域，空白場域1和外流場域3的厚度為 500mm ，長度和寬度分別為 200mm×1 200mm 和 2 000mm×1 200mm 0

圖7流場域劃分

Fig.7Flow field division 1.空白場域2.內(nèi)流場域3.外流場域

通過Mesh劃分網(wǎng)格功能，將出風(fēng)口內(nèi)外流場進(jìn)行網(wǎng)格劃分，計(jì)算域劃分網(wǎng)格單元數(shù)量為3131579個(gè)，節(jié)點(diǎn)為549091個(gè)；選擇非結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格劃分分流器內(nèi)流場，只對分流器內(nèi)一個(gè)流場進(jìn)行仿真設(shè)計(jì)。計(jì)算域劃分網(wǎng)格單元數(shù)量為1894109個(gè)，節(jié)點(diǎn)為338650個(gè)，如圖8和圖9所示。

圖8出風(fēng)口網(wǎng)格劃分

圖9分流器內(nèi)流場網(wǎng)格劃分

2.2 出風(fēng)口仿真結(jié)果與分析

用Fluent軟件對出風(fēng)口內(nèi)外流場進(jìn)行氣流場仿真，得到出風(fēng)口氣流場速度云圖，如圖10所示?？梢钥闯?，在出風(fēng)口內(nèi)流場段，導(dǎo)流段內(nèi)部氣流場穩(wěn)定，其風(fēng)速變化較?。辉跀U(kuò)散段，風(fēng)速從兩側(cè)邊緣起先上升，中部隨后上升，因?yàn)殡S著擴(kuò)散段長度增加，出風(fēng)口截面積相對降低，風(fēng)速增大；收縮段整段速度上升較快，各部分速度增加均勻。說明該出風(fēng)口結(jié)構(gòu)具有對氣流增速的功能。

在出風(fēng)口外流場段，出風(fēng)口風(fēng)速最高，隨著距離增加，風(fēng)速逐漸衰減，圖10中間黑色線為出風(fēng)口中心線，中心線上衰減較快，出風(fēng)口兩側(cè)衰減相對較慢。

出風(fēng)口中心線上距出風(fēng)口每隔 0.1m 進(jìn)行數(shù)據(jù)記錄，使用Origin軟件繪制出風(fēng)口中心線上速度衰減趨勢，如圖11所示?？梢钥闯觯诔鲲L(fēng)口的風(fēng)口處風(fēng)速最高，可達(dá) 31.339m/s ，隨著噴霧距離的增加，風(fēng)速先迅速減小后逐漸減弱。當(dāng)噴霧距離為 1.1m 時(shí)，風(fēng)速衰減至 8m/s 左右。當(dāng)噴霧距離小于 1.1m 時(shí)，適用于籬架式葡萄園噴霧作業(yè)。

圖11出風(fēng)口中心線上風(fēng)速衰減圖

依據(jù)出風(fēng)口中心線上速度衰減趨勢數(shù)據(jù)，選擇噴霧距離為 0.5m，0.75m，1m 和 1.25m 處研究其速度分布，如圖12所示，縱向位置為垂直于出風(fēng)口方向，每間隔 0.03m 取一點(diǎn)，正數(shù)為出風(fēng)口中心線上方，負(fù)數(shù)為出風(fēng)口中心線下方。從圖12可以看出，在各噴霧距離上，沿出風(fēng)口中心線向上或者向下，風(fēng)場速度呈現(xiàn)先增大后減小的趨勢，噴霧距離從 0.5～1.25m ，變化趨勢逐漸變緩。隨著噴霧距離的不斷增加，有效風(fēng)場逐漸變寬。參照戴奮奮[19提出的適用于果園的風(fēng)速為8～10m/s ，適宜的噴霧距離應(yīng)為 1m 。

2.3分流器仿真結(jié)果與分析

對未加導(dǎo)流板的分流器和加導(dǎo)流板的分流器進(jìn)行仿真計(jì)算，分流器內(nèi)風(fēng)場分布如圖13所示。

從圖13（a）可以看出，當(dāng)分流器未加導(dǎo)流板時(shí)，風(fēng)速變化范圍較大，表明離心風(fēng)機(jī)產(chǎn)生的風(fēng)絕大部分從中間2個(gè)出口直接排出，左、右兩側(cè)風(fēng)量較少，其主要原因是氣流缺乏引導(dǎo)。對分流器設(shè)置導(dǎo)流板引流后，從圖13（b）可以看出，風(fēng)速變化較小，風(fēng)量分布均勻，可以將離心風(fēng)機(jī)產(chǎn)生的氣流均勻分散到各個(gè)風(fēng)管，保證出風(fēng)口風(fēng)量均勻。

對無導(dǎo)流板和有導(dǎo)流板的分流器風(fēng)口速度研究，如圖14所示。從圖14（a）可以明顯看出，各風(fēng)口出口平均速度相對均勻，分布在 18m/s 附近。相對于風(fēng)口速度相對均勻的有導(dǎo)流板分流器，無導(dǎo)流板分流器風(fēng)口速度差異較大，如圖14（b）所示，最大為26.33m/s ，最小為 12.56m/s 。

圖16分流器風(fēng)口采樣點(diǎn)設(shè)置 Fig.16 Splitter air outlet sampling point setup

分流器各風(fēng)口風(fēng)速的具體數(shù)據(jù)如表1所示。可以看出，無導(dǎo)流板的分流器風(fēng)口速度差異較大，變異系數(shù)達(dá) 39.08% ，風(fēng)量分布極其不均勻；有導(dǎo)流板的分流器風(fēng)速比較均勻，變異系數(shù)為 3.06% ，變異系數(shù)低于5% ，說明加導(dǎo)流板的分流器風(fēng)速分布均勻性較好，滿足設(shè)計(jì)要求[21]

表1分流器風(fēng)口平均風(fēng)速仿真數(shù)據(jù)表 Tab.1 Simulation data table of the average wind speed at the diverter air outlet

3出風(fēng)口及分流器氣流場風(fēng)速試驗(yàn)

3.1 出風(fēng)口的氣流場風(fēng)速試驗(yàn)設(shè)計(jì)

根據(jù)出風(fēng)口風(fēng)場仿真試驗(yàn)結(jié)果，對出風(fēng)口的外流場風(fēng)速分布進(jìn)行試驗(yàn)驗(yàn)證。依據(jù)仿真數(shù)據(jù)中心最大風(fēng)速為 31.339m/s ，選擇葉輪式風(fēng)速儀采集風(fēng)速信息，型號為Testo416，量程為 0.6～40m/s ，分辨率為0.1m/s ;離心風(fēng)機(jī)選用 Y5-47 型離心風(fēng)機(jī)，風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速為 2800r/min 時(shí)，風(fēng)量為 3800m³/h （約為 1m³/s ），全壓為 1580Pa ，功率為 3kW ；發(fā)動機(jī)選用斯巴克單缸、四沖程、風(fēng)冷柴油發(fā)動機(jī)D178F，輸出動力為 ，額定轉(zhuǎn)速為 3600r/min 。

參照仿真試驗(yàn)取點(diǎn)位置，在出風(fēng)口中心線上，從出風(fēng)口開始每隔 0.1m 作為測量點(diǎn)，選取16個(gè)點(diǎn)；在距離出風(fēng)口 0.5m，0.75m，1m 和 1.25m 處，從中心線為原點(diǎn)依次向上間隔 0.06m 取4個(gè)點(diǎn)，編號為 1～ 4，依次向下間隔 0.06m 取4個(gè)點(diǎn)，編號為 -1～-4 每個(gè)噴霧距離取9個(gè)點(diǎn)，如圖15所示。使用風(fēng)速儀對采樣點(diǎn)進(jìn)行采樣，每點(diǎn)采樣3次，取平均值作為該采樣點(diǎn)風(fēng)速。為避免外界風(fēng)速影響，試驗(yàn)在室內(nèi)進(jìn)行，室內(nèi)溫度為 18^°C～21^°C ，空氣濕度為 62%～69% 。

3.2分流器風(fēng)口的氣流場風(fēng)速試驗(yàn)設(shè)計(jì)

同樣采用Testo416葉輪式風(fēng)速儀為測試工具，在分流器風(fēng)口的中間及四周位置5個(gè)采樣點(diǎn)，采集的風(fēng)速平均值作為該風(fēng)口的風(fēng)速，采樣點(diǎn)位置如圖16所示。為避免外界風(fēng)速影響，試驗(yàn)在室內(nèi)進(jìn)行，室內(nèi)溫度為 18^°C～22^°C ，空氣濕度為 64%～70% 。

4試驗(yàn)結(jié)果與分析

4.1 出風(fēng)口中心線上風(fēng)速分析

將葉輪式風(fēng)速儀采集到的出風(fēng)口中心線上的重復(fù)試驗(yàn)數(shù)據(jù)做均值處理后，保留小數(shù)點(diǎn)后兩位，與仿真數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，對仿真值和實(shí)測值進(jìn)行誤差計(jì)算，如表2所示。

可以看出，出風(fēng)口中心線上風(fēng)速實(shí)測值均小于仿真值，這是因?yàn)榉抡媸抢硐霠顟B(tài)，實(shí)際作業(yè)時(shí)風(fēng)機(jī)、分流器和風(fēng)管等會產(chǎn)生一定的損耗，因此，會出現(xiàn)實(shí)測值小于仿真值的現(xiàn)象。但實(shí)測值與仿真值變化趨勢一致，絕大部分誤差在 10% 以內(nèi)，少量誤差高于 10% ，誤差最大為 13.53% 其中存在人為操作葉輪式測速儀產(chǎn)生的偶然誤差。

表2中心線風(fēng)速實(shí)測值與仿真值對比 Tab.2 Comparison of measured and simulated centerline wind speed values

4.2出風(fēng)口不同噴霧距離上風(fēng)速分析

將各采樣點(diǎn)測得的3次風(fēng)速取平均值后作為實(shí)測值與仿真值進(jìn)行比較，如表3所示?？梢钥闯?，在各個(gè)噴霧距離上風(fēng)速分布的實(shí)測值與仿真值趨勢基本保持一致，證明數(shù)值仿真模型的合理性。實(shí)測值相比仿真值偏小，絕大部分誤差在 10% 以內(nèi)，少量誤差高于10% （但在 10% 左右），極個(gè)別誤差高于 20% ，這與測量時(shí)人員操作產(chǎn)生的偶然誤差有關(guān)。當(dāng)噴霧距離為

0.5m 時(shí)，取樣點(diǎn)4和取樣點(diǎn)一4誤差分別高達(dá)63.69%.37.69% ，說明當(dāng)風(fēng)速小于 1m/s 時(shí)，外界環(huán)境風(fēng)速對實(shí)際測試時(shí)產(chǎn)生較大影響，因此，將風(fēng)速小于1m/s 時(shí)的測試數(shù)據(jù)作為無效值。當(dāng)噴霧距離為 1m 時(shí)，絕大多數(shù)風(fēng)速在 8m/s 以上，參照戴奮奮19提出的適用于果園的噴霧風(fēng)速 8～10m/s ，噴霧距離為 1m 時(shí)適用于噴霧作業(yè)。出風(fēng)口寬度為 30mm ，出風(fēng)口長度為 150mm ，出風(fēng)口擴(kuò)散角為 25^° ，工況設(shè)計(jì)合理。

表3不同距離上各取樣點(diǎn)風(fēng)速實(shí)測值與仿真值對比表 Comparison of measured and simulated wind speeds at diferent distances from each sampling F

4.3分流器風(fēng)口風(fēng)速分析

將有導(dǎo)流板的分流器的各風(fēng)口采樣點(diǎn)實(shí)測風(fēng)速數(shù)據(jù)值進(jìn)行均值處理，將其作為分流器風(fēng)口的實(shí)際風(fēng)速，與分流器各風(fēng)口仿真值進(jìn)行對比，并計(jì)算變異系數(shù)，如表4所示。

對比分流器的各個(gè)風(fēng)口不同采樣點(diǎn)的風(fēng)速數(shù)據(jù)，不難發(fā)現(xiàn)各個(gè)采樣點(diǎn)的風(fēng)速差異較大，但各風(fēng)口5個(gè)采樣點(diǎn)的風(fēng)速平均值相差很小，均為 18m/s 左右，且與其對應(yīng)的仿真值相差較小，實(shí)測風(fēng)速平均值略小于仿真值。實(shí)測的風(fēng)口風(fēng)速平均值的變異系數(shù)為2.54% ，相比仿真值的變異系數(shù) 3.06% 更小。因此，在分流器中添加導(dǎo)流板的設(shè)計(jì)能夠更好地對風(fēng)機(jī)風(fēng)量進(jìn)行分配，使其更加均勻地分散到各個(gè)風(fēng)口。

表4分流器各風(fēng)口采樣點(diǎn)數(shù)據(jù)表 Tab.4Data table of sampling points for each air outlet of the splitter

5 結(jié)論

設(shè)計(jì)一種葡萄園多風(fēng)管風(fēng)送噴霧機(jī)的出風(fēng)口及分流器，并基于Fluent數(shù)值仿真計(jì)算對出風(fēng)口和分流器進(jìn)行模擬計(jì)算，通過試驗(yàn)的方法對仿真結(jié)論進(jìn)行驗(yàn)證。

1）通過仿真的方法，對出風(fēng)口的中心線上風(fēng)速變化趨勢、不同距離下風(fēng)場分布情況和有無導(dǎo)流板的分流器分流效果進(jìn)行分析。仿真計(jì)算可知，出風(fēng)口中心線上風(fēng)速先急劇下降，后下降速度變緩；適合噴霧作業(yè)的距離為 1m ，出風(fēng)口設(shè)計(jì)合理；有導(dǎo)流板的分流器能夠更好地對離心風(fēng)機(jī)產(chǎn)生的氣流進(jìn)行分流。

2）試驗(yàn)驗(yàn)證結(jié)果表明：仿真計(jì)算得到的出風(fēng)口中心線上風(fēng)速衰減趨勢和在不同距離上的風(fēng)速分布與試驗(yàn)測得趨勢一致，實(shí)測風(fēng)速都小于仿真值，誤差值在合理范圍內(nèi)；試驗(yàn)測得有導(dǎo)流板分流器風(fēng)口風(fēng)速比仿真值略小，各風(fēng)口風(fēng)速實(shí)測值變異系數(shù)小于仿真值變異系數(shù)，說明有導(dǎo)流板的分流器能更好地滿足分流效果，分流器設(shè)計(jì)合理。

本文雖確定適合噴霧作業(yè)的噴霧距離為 ^1m ，但未通過田間噴霧試驗(yàn)測試霧滴實(shí)際沉積情況。另外，在實(shí)際作業(yè)中葡萄園行距并非都是標(biāo)準(zhǔn)行距，可能在3～4m 變化，今后要重點(diǎn)研究開發(fā)噴霧距離自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)，以提高多風(fēng)管風(fēng)送噴霧機(jī)與不同行距下葡萄冠層的適應(yīng)性。

參考文獻(xiàn)

[1］李超，張曉輝，姜建輝，等．葡萄園立管風(fēng)送式噴霧機(jī)的研制與試驗(yàn)[J].農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào)，2013，29（4）：71—78Li Chao， ZhangXiaohui，Jiang Jianhui， etal.Development and test of vineyard riser air-fed sprayer[J].Transactions of the Chinese Society of AgriculturalEngineering，2013，29（4）：71—78.

［2］丁天航，曹曙明，薛新宇，等．風(fēng)送式果園噴霧機(jī)發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢[J].中國農(nóng)機(jī)化學(xué)報(bào)，2016，37（10）：221—226.Ding Tianhang， Cao Shuming， Xue Xinyu，et al.Development status and trend of wind-propelled orchardsprayer[J].JournalofChineseAgriculturalMechanization，2016，37（10）：221—226.

[3］JiangY，YuL，Hu Y，etal.The preservationperformance of chitosan coating with different molecularweightonstrawberryusingelectrostaticsprayingtechnique[J].InternationalJournalofBiologicalMacromolecules，2020，151（2）：278-285.

[4]Khot L R，Ehsani R，Albrigo G，et al. Air-assistedsprayer adapted for precision horticulture：Spray patternsanddepositionassessmentsinsmall-sizedcitruscanopies ［J].Biosystems Engineering，20l2，113（1）：76-85.

［5］胡煜，劉爍玲，汪屈，等.基于Fluent的風(fēng)送式噴霧機(jī)導(dǎo)流器仿真分析[J].實(shí)驗(yàn)室研究與探索，2022，41（2）：100—105.

［6］王杰，陶振洋，茹煜，等.風(fēng)機(jī)在農(nóng)林植保機(jī)械中的應(yīng)用研究現(xiàn)狀及展望[J].中國農(nóng)機(jī)化學(xué)報(bào)，2016，37（9）：67-74.Wang Jie，Tao Zhenyang，Ru Yu，et al. Research statusandoutlook of the application of wind turbinesinagricultural and forestry plant protection machinery [J].Journal of Chinese Agricultural Mechanization， 2016，37（9）： 67—74.

［7］宋雷潔，李建平，楊欣，等.塔型風(fēng)送式噴霧機(jī)導(dǎo)流結(jié)構(gòu)參數(shù)優(yōu)化[J].中國農(nóng)機(jī)化學(xué)報(bào)，2020，41（8）：34-39.SongLeijie，Li Jianping，Yang Xin，et al. Optimization ofdeflector structure parameters of tower-type airbornesprayer[J]．JournalofChinese AgriculturalMechanization，2020，41（8）：34-39.

［8］戴世群.基于橫向射流的氣力輔助靜電噴頭霧化特性與沉積規(guī)律研究[D].鎮(zhèn)江：江蘇大學(xué)，2023.

［9］翟長遠(yuǎn)，張燕妮，竇漢杰，等.果園風(fēng)送噴霧機(jī)出風(fēng)口風(fēng)場CFD建模與試驗(yàn)［J].智慧農(nóng)業(yè)（中英文），2021，3（3）：70-81.Zhai Changyuan，Zhang Yanni，Dou Hanjie，et al.CFDmodeling and test of wind field at the outlet of air sprayer inorchard[J]. Smart Agriculture，2021，3（3）：70—81.

[10］張俊雄，朱祥森，劉景云，等．風(fēng)送式果園噴霧機(jī)氣流場優(yōu)化及試驗(yàn)[J].江蘇大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2021，42（4）：406-413.

[11]宋玲.噴霧機(jī)導(dǎo)風(fēng)裝置設(shè)計(jì)與試驗(yàn)[J]．新疆農(nóng)機(jī)化，2011（3）：37-38.

[12］胡煜，劉爍玲，宋淑然，等．基于Fluent的風(fēng)送式噴霧機(jī)導(dǎo)流片仿真分析[J].現(xiàn)代農(nóng)業(yè)裝備，2021，42（5）：28-35.

[13]Qin L，Xiang Y，Qin S，et al. On the structures ofcompressible vortex rings generated by the compressiblestarting jet from converging and diverging nozzles [J].Aerospace Science andTechnology， 2O2O，106：106188.1—106188.9.

[14］吳敏敏．多風(fēng)道果園風(fēng)送噴霧系統(tǒng)設(shè)計(jì)仿真[D].鎮(zhèn)江：江蘇大學(xué)，2020.

[15]宋淑然，阮耀燦，洪添勝，等．寬噴幅風(fēng)送式噴霧機(jī)擴(kuò)幅噴筒優(yōu)化設(shè)計(jì)及試驗(yàn)[J].農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào)，2013，29（18）：34-42.Song Shuran，Ruan Yaocan，Hong Tiansheng，et al.Optimized design and test of spreading nozzle forwidespraying width airborne sprayer[J].Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering，2013，29（18）： 34-42.

［16］蘇屹，李文寶壯，雷家．基于流體力學(xué)的知識流動沿程損失研究[J].科技管理研究，2021，41（5）：104—111.

[17］谷現(xiàn)良，韓維平，趙加寧，等．高大空間噴口射流計(jì)算方法研究［J].暖通空調(diào)，2009，39（10）：128-136.

[18]周乃君.工程流體力學(xué)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2014.

[19]戴奮奮．風(fēng)送噴霧機(jī)風(fēng)量的選擇與計(jì)算[J].植物保護(hù)，2008（6）：124—127.

[20］紀(jì)兵兵，陳金瓶．ANSYSICEMCFD網(wǎng)格劃分技術(shù)實(shí)例詳解[M].北京：中國水利水電出版社，2012.

[21]荀露.果園多風(fēng)筒風(fēng)送噴霧系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)研究[D].廣州：華南農(nóng)業(yè)大學(xué)，2019.