CN104950008A - 基于农药热力烟化雾化机理及效果研究的测试方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于农药热力烟化雾化机理及效果研究的测试方法及可视化测试装置，包括发动机、热力烟化雾化管及冷却管装置、流量调节装置、温度检测装置、热力烟化雾化管出口速度检测装置、药液热力烟化雾化过程检测装置及雾滴粒径分布检测装置。测试时，通过调节发动机供油量改变燃油消耗率，使燃烧尾气具有不同的动能和热能，通过选择药喷嘴位置、喷药流量、喷药压力和冷却管长度，研究油溶剂药液和水基型药液连续药液流热力烟化雾化破碎、裂化、蒸发及冷凝形成烟雾的过程、雾滴粒径分布、热力烟化雾化管轴向温度分布及出口速度的测试，实现对油溶剂药液热力烟化效果、水基型药液热力雾化效果和冷却管对热力烟化雾化管温度影响的测试功能。

Description

基于农药热力烟化雾化机理及效果研究的测试方法及装置

技术领域

本发明涉及一种可视化热力烟化雾化测试方法及装置，用于可视化测试基于农药热力烟化雾化机理及效果研究的方法和装置，属于农林业或植保喷雾喷烟设备测试技术领域。 

背景技术

喷雾或喷烟设备是农林业病虫害防治中常用的设施，其烟化雾化性能的好坏在很大程度上决定了农药的有效利用程度及防治效率的高低。热烟雾载药防治技术是农林病虫害防治工作中最有效的一种方法，是通过热烟雾发生装置，将油溶剂农药热力烟化成粒径小于50um的细小烟雾；热烟雾机是热烟雾载药防治技术的施药机具，主要有电加热式烟雾机、废气加热式烟雾机、稳态燃烧器式烟雾机和脉冲式烟雾机四种，其中以便携式脉冲烟雾机为例，其防治效率是同类常规喷雾或喷粉设备的10倍以上。 

热烟雾机工作时，由喷管出口喷出的高温高速气流带动冷却管与喷管之间环形通道内的空气一起向冷却管外喷出，从而形成局部真空，使得外界的冷空气从冷却管入口自动吸入，在冷却管与喷管之间形成连续的冷空气流，对喷管起到冷却作用；而喷管温度的高低不仅决定药液的烟化效果，同时还影响装置的使用寿命，若温度过低，药液将无法实现完全热力烟化，形成的大雾滴无法在空中扩散弥漫而直接沉降到地面上，造成农药浪费；若温度过高，药液会受热分解、失去药效，还易出现农药烟雾发生燃烧、燃烧室-喷管被烧红烧穿等不良现象；因此，研究冷却管对喷管温度及药液热力烟化效果的影响十分重要。 

一般喷雾机所喷洒的药液为水基型药液，是将农药原液按一定比例直接稀释于水中制成，而采用直接喷雾方法，雾滴粒径一般在100～300μm之间，雾滴悬浮、扩散、弥漫及渗透能力弱，防治效率较低。热烟雾机所施放的烟雾剂一般为油溶剂药液，是将农药原液与溶剂油以合适的比例混合稀释制成，溶剂油一般为0号柴油；施药时烟雾雾滴粒径一般在51μm左右、水雾雾滴粒径在50μm左右；但在果园果实生长时期，烟雾滴附着性及抗冲刷能力强，会长期附着在果实表面，严重影响果实的口感和食用安全性；在一些室内或封闭场合，油溶性雾滴弥散性较强，蒸发性弱，易附着于墙壁及物品表面，引起环境和物品严重污染；因此，针对上述问题，应选择水雾施药方式进行病虫害防治。由于水基型药液的比热容大约是油溶剂药液的两倍，即对等量的水基型和油溶剂药液分别加热到相同温度时，前者需要的热量为后者的2倍左右，故现有的热烟雾机大都无法将水基型药液完全热力雾化，会形成许多大雾滴直接从喷管出口喷出或从喷管出口流淌或滴落下来，因此，开展对水基型药液热力雾化效果的研究对热水雾机的发展及应用具有重大意义。 

由于药喷嘴在喷管上的位置和燃烧尾气的热量对药液烟化雾化效果起着至关重要的作用，目前国内外针对热烟雾机或发动机的工作机理的研究很多，但关于冷却管对喷管温度影响以及药液热力烟化雾化效果的研究较少，研制的油溶剂药液热力烟化和水基型药液热力雾化效果可视化测试装置更少，几乎处于空白，而集喷烟雾和喷水雾功能于一体的植保设备对提高果园或封闭场合病虫害防治效率具有重大意义，因此，对喷管温度高低及油溶剂药液热力烟化和水基型药液热力雾化效果的精准把握，为设计出高效率的烟雾水雾机奠定了基础。 

发明内容

本发明的目的是针对农林业及植保烟化雾化系统的研发和烟化雾化系统在实际研发烟化雾化装置时的检测需求，提出一种能够在不同燃油消耗率、喷药压力、喷药流量、药喷嘴位置和冷却管长度参数条件下，既可以测试油溶剂药液热力烟化效果、又可以测试水基型药液热力雾化效果，也就是说对油溶剂药液热力烟化效果和水基型药液热力雾化效果均适用的测试方法和测试装置，同时还可用于研究冷却管对热力烟化雾化管的温度影响。 

为了达到上述目的，本发明的基于农药热力烟化雾化机理及效果研究的测试装置包括发动机、热力烟化雾化管及冷却管装置、流量调节装置、温度检测装置、热力烟化雾化管出口速度检测装置、药液热 力烟化雾化过程检测装置及雾滴粒径分布检测装置。所述发动机是指在试验过程中提供高速高温气流的动力装置，通过调节供油量改变燃油消耗率，使燃烧尾气具有不同的动能和热能，发动机排气管与热力烟化雾化管采用法兰结构水平连接；所述热力烟化雾化管及冷却管装置采用高纯度耐高温石英材料制成，在热力烟化雾化管轴向方向上设置有3个药喷嘴座，药喷嘴座上也可安置气塞，用于温度测试，测试时不需测试的药喷嘴座被密封，以防止燃烧尾气和药液雾滴泄漏，且冷却管长度可调；所述流量调节装置是通过改变齿轮泵转速调节药液压力和流量大小，并通过压力表和流量计显示，具体包括齿轮泵、出液调节阀、回液调节阀、压力表、流量计；所述温度检测装置是指用于检测热力烟化雾化管轴向温度分布情况的装置，采用直接接触式测量，包括气塞、热电偶和温度显示仪；所述热力烟化雾化管出口速度检测装置包括毕托管和U型管压力计，毕托管采用304不锈钢制作和焊接，通过U型管压力计得到压差，从而计算求得各测试点处的气流速度值；所述药液热力烟化雾化过程检测装置是指在试验过程中高速连续拍摄药液流热力烟化雾化破碎、裂化、蒸发及冷凝形成烟雾的过程及直观显示温度场分布的装置，包括高速摄影机、热成像仪和数据采集处理器；所述雾滴粒径分布检测装置包括激光粒度仪和数据采集处理器。 

本发明的基于农药热力烟化雾化机理及效果研究的测试方法：在药箱中分别盛放水基型药液和油溶剂药液，通过调节发动机供油量改变燃油消耗率，使燃烧尾气具有不同的动能和热能，通过选择药喷嘴位置、喷药流量、喷药压力和冷却管长度，完成对连续药液流破碎、裂化、蒸发及冷凝过程、雾滴粒径分布、热力烟化雾化管轴向温度分布及出口各测试点处气流速度的测试，实现冷却管对热力烟化雾化管温度影响、油溶剂药液热力烟化效果和水基型药液热力雾化效果的测试功能。 

测试时，高速摄影机、热成像仪和激光粒度仪输出端接数据采集处理器的信号输入端，热电偶输出端接温度显示仪的信号输入端。通过选择发动机供油量、齿轮泵转速、药喷嘴位置和冷却管长度，就可以可视化研究不同燃油消耗率、喷药压力、流量、药喷嘴位置和冷却管长度条件下，油溶剂药液和水基型药液连续药液流热力烟化雾化破碎、裂化、蒸发及冷凝过程、雾滴粒径分布情况、热力烟化雾化管轴向温度分布情况及出口各测试点处气流速度值，从而为油溶剂药液热力烟化效果、水基型药液热力雾化效果和冷却管对热力烟化雾化管冷却效果的研究提供快速的测试条件，并可为农林生产当中的烟雾水雾一体机的研制提供一定的依据。 

附图说明

图1为本发明的农药热力烟化雾化效果测试装置结构示意图 

图2为图1的A—A剖视放大结构示意图 

具体实施方式

参照图1、图2所示的基于农药热力烟化雾化机理及效果研究的测试装置，发动机1的排气管2通过法兰结构3和热力烟化雾化管11水平相连；冷却管13由两个对称半圆形结构通过连接座7相连组成，并与热力烟化雾化管11同轴放置、通过支撑10固定于热力烟化雾化管11外围，以形成环形冷却气流通道9，冷却管13出口与热力烟化雾化管11出口的相对位置L可调，使得烟化管12长度可变；在热力烟化雾化管11上设置有3个药喷嘴座4，以研究喷药位置对药液热力烟化雾化效果的影响，且药喷嘴座上也可安置气塞5-3，用于温度测试，测试时，非工作状态下的药喷嘴座通过密封盖6密封；药喷嘴8-1与药箱8-7由药液管相连，药液管上安装有流量计8-2、压力表8-3、出液调节阀8-4、齿轮泵8-5和回液调节阀8-6；气塞5-3固定在待测药喷嘴座4处，热电偶5-2安置在气塞5-3中心圆孔内，直接测量热力烟化雾化管11内气流温度，输出信号输入温度显示仪5-1；毕托管15-1的测量端伸至热力烟化雾化管11出口处的不同测试位置，通过U型管压力计15-2得到压差，从而计算求得各测试点气流的速度值；激光粒度仪14-1的输出端与信号采集处理器14-2的信号输入端相连，检测距离热力烟化雾化管11出口一定水平和垂直位置上的雾滴粒径分布；高速摄影机16-3的输出端与信号采集处理器16-4的信号输入端相连，高速摄影机16-3的拍摄方向与连续药液流的方向在空间上互成90°，热成像仪16-1的输出端与信号采集处理器16-2的信号输入端相连，实现非接触式检测装置的温度场分布情况。 

基于农药热力烟化雾化机理及效果研究的测试方法是：在药箱中分别盛放水基型药液和油溶剂药 液，通过调节发动机供油量改变燃油消耗率，使燃烧尾气具有不同的动能和热能，通过选择药喷嘴位置、喷药流量、喷药压力和冷却管长度，完成对药液连续液流破碎、裂化、蒸发及冷凝过程、雾滴粒径分布、热力烟化雾化管轴向温度分布及出口各测试点处气流速度的测试，实现对油溶剂药液热力烟化效果、水基型药液热力雾化效果和冷却管对热力烟化雾化管温度影响的测试功能。 

该基于农药热力烟化雾化机理及效果研究的测试装置测试时，激光粒度仪、高速摄影机及热成像仪测试信号传输到数据采集处理器中，热电偶输出信号接温度显示仪，测试结束后，将采集到的信息，通过温度显示仪、激光粒度分析专家系统、高速摄影图像分析软件及热成像仪图像分析软件进行分析和处理，就可以直观显示连续液流热力烟化雾化破碎过程分析图、雾滴粒径分布规律图及喷管轴向温度分布规律，还可完成特性曲线的绘制，以图表形式将试验报告打印输出，并通过U型管压力计示数计算得到喷管出口不同测试点处的气流速度大小。 

Claims (5)

1.一种基于农药热力烟化雾化机理及效果研究的测试装置，包括发动机、热力烟化雾化管及冷却管装置、流量调节装置、温度检测装置、热力烟化雾化管出口速度检测装置、药液热力烟化雾化过程检测装置及雾滴粒径分布检测装置，其特征是：发动机的排气管和热力烟化雾化管以法兰结构水平连接；冷却管与热力烟化雾化管同轴；热力烟化雾化管上设置有3个药喷嘴座，药喷嘴和药箱通过管路相连，所述管路上安装有齿轮泵、出液调节阀、回液调节阀、压力表、流量计；温度检测装置包括气塞、热电偶和温度显示仪；热力烟化雾化管出口气流速度检测装置包括毕托管和U型管压力计；药液热力烟化雾化过程检测装置包括高速摄影机、热成像仪和数据采集处理器；雾滴粒径分布检测装置包括激光粒度仪和数据采集处理器。

2.根据权利要求1所述的基于农药热力烟化雾化机理及效果研究的测试装置，其特征是：发动机作为药液热力烟化雾化的动力源，可以选择活塞式发动机、脉冲式发动机或稳态燃烧器。

3.根据权利要求1所述的基于农药热力烟化雾化机理及效果研究的测试装置，其特征是：热力烟化雾化管及冷却管装置采用高纯度耐高温石英材料制成，以解决不锈钢耐高温材料装置无法实现可视化动态观察及检测从药喷嘴处流出的连续药液流热力破碎烟化雾化过程和机理的不足之处。

4.根据权利要求3所述的基于农药热力烟化雾化机理及效果研究的测试装置，其特征在是：冷却管通过支撑装置固定在热力烟化雾化管外围，且长度可调，热力烟化雾化管入口暴露在冷却管外侧、热力烟化雾化管出口处于冷却管内部。通过调节冷却管长度，改变冷却管出口与热力烟化雾化管出口的相对位置L，研究冷却管对热力烟化雾化管温度及药液热力烟化雾化效果的影响。

5.基于农药热力烟化雾化机理及效果研究的测试方法，其特征是：在药箱中分别盛放水基型药液和油溶剂药液，通过调节发动机供油量改变燃油消耗率，使燃烧尾气具有不同的动能和热能，通过选择药喷嘴位置、喷药流量和喷药压力，实现对油溶剂药液热力烟化效果和水基型药液热力雾化效果测试的两种功能。