CN107886222B - 一种适用于葡萄作物施药喷头的评价方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种适用于葡萄作物施药喷头的评价方法，包括下列步骤：喷洒高度，喷洒雾滴沉积宽度，喷灌强度，喷洒均匀性，水滴平均直径，雾滴谱相对宽度，水滴动能，水滴动能分布共8项评价指标，本发明提供的评价方法充分表达施药喷头向上喷洒时的性能需求及特点，使喷头施药性能评价有依据可循，能够为系统喷头的选型及改进提供理论依据。

Description

一种适用于葡萄作物施药喷头的评价方法

技术领域

本发明属于果园水肥药一体化灌溉装备领域，适用于解决葡萄作物施药喷头选型没有依据可循的难题，特指一种适用于葡萄作物施药喷头的评价方法。

背景技术

目前我国丘陵山区果园水土资源高效利用及农药化肥面源污染等问题严重，针对面广量大的葡萄作物，目前施药方法主要为间断性的人工喷药，耗时、污染、对人体的健康造成一定的影响，且药物的利用率低。实现水药一体化具有省时省工，解放劳动力，节能降耗，提高药物利用率等优点。在是实现水药一体化系统中，系统末端靠施药喷头将药物喷洒在叶片表面。而喷头的性能对系统的效率有着关键作用。现有评价喷头性能的参数大多应用于喷灌喷头向下喷洒等，参数包括喷洒射程、喷灌强度、喷洒水量分布等。这些参数不足以表达施药喷头向上喷洒时的性能需求及特点，因此，发明一种适用于葡萄作物施药喷头的评价指标建立方法具有重要的实际意义。

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发明内容

本发明的目的是提供一种适用于葡萄作物施药喷头的评价方法，使葡萄作物施药喷头的性能评价有依据可循，能够为葡萄作物施药喷头的选型及改进提供理论依据。

为了实现上述目的，本发明采取如下的技术方案：一种适用于葡萄作物施药喷头的评价方法，根据施药喷洒时，液滴对葡萄作物叶片的影响特性，将评价指标分为直接影响参数B1和间接影响参数B2，其中直接影响参数B1包括：喷洒雾滴沉积宽度R，喷洒均匀性Cu，喷灌强度hi，水滴动能Esd，水滴动能分布Cuk；喷洒雾滴沉积宽度R反映液滴的覆盖面积，喷洒均匀性Cu反映液滴覆盖的均匀性，喷灌强度hi反映施药量，水滴动能Esd反映液滴产生的动能对作物的打击力，水滴动能分布Cuk反映液滴产生的动能分布均匀性，

B1＝{R，Cu，hi，Esd，Cuk}

间接影响参数B2包括：喷洒高度H，水滴平均直径dv，雾滴谱相对宽度Rs；喷洒高度H反映喷头与叶片之间的距离，水滴平均直径dv反映液滴的雾化程度，雾滴谱相对宽度Rs反映液滴粒径分布，

B2＝{H，dv，Rs}

分别赋予直接影响参数B1和间接影响参数B2的权重值m和n，得到最终影响参数B的数值为：

B＝mB1+nB2

根据B值的大小进行喷头的选择。

上述方案中，分别赋予直接影响参数B1和间接影响参数B2的权重值m和n分别为0.14和0.10。

上述方案中，喷洒高度H的区间范围为：H≥1m。

上述方案中，喷洒雾滴沉积宽度R为在喷洒高度H的水平面上，喷洒面所形成的圆的半径；喷洒雾滴沉积宽度R的区间范围为：R≥1m。

上述方案中，喷灌强度hi为喷洒面上的某一点，在1个小时内积累的喷洒水量；喷灌强度hi的区间范围为：0.2mm/h≤hi≤3mm/h。

上述方案中，所述喷洒均匀性Cu为喷头在组合喷洒时，在两个喷头之间设置每隔一定距离测量的喷灌强度hi，通过每点hi计算，得到喷洒均匀性，喷洒均匀性Cu的计算采用公式：

式中：C_ui为克里斯琴森均匀系数，％；n为测点数；

为平均灌水深度，mm；h_i为第i个测点的水深，mm；S_i为第i个测点代表的喷灌面积，m²；喷洒均匀性Cu的区间范围为：Cu≥70％。

上述方案中，所述水滴平均直径Dv采用激光雨滴谱仪测量喷洒面内的测点，并对测量的水滴数量、直径进行计算，采用体积加权法计算喷头每个测量点处的水滴平均直径，计算公式如式(3)和式(4)。

式中：d_V为水滴平均直径，mm；d_i为第i级标准筛目对应的水滴平均直径，mm，i＝1，2，3，…n；w_i为水滴直径d_i所对应的水重；m_i为直径为d_i的水滴个数；γ为水的容重；水滴平均直径参数的区间范围为：0.125mm/h≤Dv≤5mm/h。

上述方案中，所述雾滴谱相对宽度RS采用激光雨滴谱仪测量喷洒面内的测点，并对测量的水滴数量、直径进行计算；雾滴谱相对宽度RS的计算公式为：

RS＝(D_V90–D_V10)/D_V50 (5)

式中：D_V90为体积累加到90％时的雾滴直径，μm；D_V10为体积累加到10％时的雾滴直径，μm；D_V50为雾滴体积中径，即为体积累加到50％时的雾滴直径，μm，也就是中数直径；雾滴谱相对宽度的区间范围为：1≤Rs≤3。

上述方案中，所述水滴动能Esd为水滴落到叶片表面的打击强度，采用激光雨滴谱仪测量水滴的数量、直径和速度后计算；水滴动能Esd的计算公式为：

式中：E_sd—直径为d水滴动能，J；D—水滴直径，m；ρ_w—水的密度，kg/m³；V_di—直径为d的水滴速度，m/s；W—V_di对应的粒子数；i—直径为d的水滴速度级名；n—激光雨滴谱仪测量的粒子速度级数；水滴动能参数的区间范围为：Esd≤0.01W/m²。

上述方案中，所述水滴动能分布Cuk为水滴落到叶片表面的打击强度的分布情况，采用激光雨滴谱仪测量水滴的数量、直径和速度后计算；水滴动能分布Cuk的计算公式为:

其中：

式中：CU_K——动能强度分布均匀性系数，％；N——测点数；

——平均动能强度，J/(m²·s)；K_j——第j个测点的强度，J/(m²·s)；水滴动能分布参数的区间范围为：Cuk≥70％。

本发明的有益效果：本发明通过建立8项评价施药喷头性能的评价指标，分别提出了每项评价指标的计算及测量方法，提供了适用于葡萄作物施药喷头的评价方法，该方法兼顾了喷洒的方向，能反映出葡萄作物施药喷头的工作特点，充分表达施药喷头向上喷洒时的性能需求及特点，使喷头施药性能评价有依据可循，能够为系统喷头的选型及改进提供理论依据。

附图说明

图1为本发明评价方法的评价指标分布图。

具体实施方式

下面结合附图，对本发明的技术方案进行更详细的说明。

如图1所示，本发明提供了适用于葡萄作物施药喷头的八大评价指标：包括：(1)喷洒高度，设为H。喷洒高度参数的区间范围为：H≥1m。(2)喷洒雾滴沉积宽度，设为R，在喷洒高度为H的水平面上，喷洒面所形成的圆的半径。喷洒雾滴沉积宽度参数的区间范围为：R≥1m。(3)喷灌强度，设为hi，为喷洒面上的某一点，在1个小时内积累的喷洒水量。喷灌强度参数的区间范围为：0.2mm/h≤hi≤3mm/h。(4)喷洒均匀性，设为Cu，为喷头在组合喷洒时，在两个喷头之间设置每隔一定距离测量的喷灌强度hi，通过每点hi计算，得到喷洒均匀性。喷洒均匀性参数的区间范围为：Cu≥70％。(5)水滴平均直径，设为Dv。采用激光雨滴谱仪测量喷洒面内的测点，并对测量的水滴数量、直径进行计算。水滴平均直径参数的区间范围为：0.125mm/h≤Dv≤5mm/h。(6)雾滴谱相对宽度，设为RS。采用激光雨滴谱仪测量喷洒面内的测点，并对测量的水滴数量、直径进行计算。雾滴谱相对宽度的区间范围为：1≤Rs≤3。(7)水滴动能，设为Esd，为水滴落到叶片表面的打击强度，采用激光雨滴谱仪测量水滴的数量、直径和速度后计算。水滴动能参数的区间范围为：Esd≤0.01W/m²。通过激光雨滴谱仪测得不同测点处的水滴直径及速度，可计算出单个水滴落地时的动能。由于同一测点处的喷洒水滴数量很多，水滴之间速度差异性较大，因此，此处单个水滴动能是指测点处某一直径级水滴的水滴动能平均值。(8)水滴动能分布，设为Cuk。为水滴落到叶片表面的打击强度的分布情况，采用激光雨滴谱仪测量水滴的数量、直径和速度后计算。水滴动能分布参数的区间范围为：Cuk≥70％。

根据施药喷洒时，液滴对葡萄作物叶片的影响特性，将评价指标进行分类为：直接影响参数B1、间接影响参数B2。直接影响参数B1包括：喷洒雾滴沉积宽度R，喷洒均匀性Cu，喷灌强度hi，水滴动能Esd，水滴动能分布Cuk；喷洒雾滴沉积宽度R反映液滴的覆盖面积，喷洒均匀性Cu反映液滴覆盖的均匀性，喷灌强度hi反映施药量，水滴动能Esd反映液滴产生的动能对作物的打击力，水滴动能分布Cuk反映液滴产生的动能分布均匀性。

B1＝{R，Cu，hi，Esd，Cuk}

间接影响参数B2包括：喷洒高度H，水滴平均直径dv，雾滴谱相对宽度Rs。喷洒高度H反映喷头与叶片之间的距离，水滴平均直径dv反映液滴的雾化程度，雾滴谱相对宽度Rs反映液滴粒径分布。

B2＝{H，dv，Rs}

根据评价指标特性，分别赋予B1和B2的权重值m和n分别为0.14和0.10，综合评价B的值为：B＝mB1+nB2。喷头根据B值的大小进行选择。

下面对上述参数的计算过程进行详细的说明。设置喷头的工作压力为200kPa，当喷头喷洒时，采用测高仪测量喷头的喷洒高度，为2.3m。采用测量喷头水滴落地后测量的方法，每隔1m布置一个量雨筒，分别测量得到喷头的喷洒雾滴沉积宽度为3m，最末端点喷灌强度为1.2mm/h。

喷头在组合喷洒时，在两个喷头之间设置每隔2m测量的喷灌强度hi，通过每点hi计算，得到喷洒均匀性。

所述Cu的计算采用公式：

式中：C_ui为克里斯琴森均匀系数，％；n为测点数；

为平均灌水深度，mm；h_i为第i个测点的水深，mm；S_i为第i个测点代表的喷灌面积，m²。

计算得到喷洒均匀性的均匀性为75％。

采用激光雨滴谱仪测量喷洒面内的测点，选取一条射线，每隔1m为一个测点，并对测量的水滴数量、直径进行计算。

例如得到距离喷头3m处，得到的原始数据如表1所示。

表1距离喷头3m处喷洒水滴数量速度及直径原始数据

水滴平均直径采用体积加权法计算喷头每个测量点处的水滴平均直径，计算公式如式(3)和式(4)。

式中：d_V为水滴平均直径，mm；d_i为第i级标准筛目对应的水滴平均直径，mm，i＝1，2，3，…n；w_i为水滴直径d_i所对应的水重；m_i为直径为d_i的水滴个数；γ为水的容重。

雾滴谱相对宽度RS的计算公式为：

RS＝(D_V90–D_V10)/D_V50 (5)

式中：D_V90为体积累加到90％时的雾滴直径，μm；D_V10为体积累加到10％时的雾滴直径，μm；D_V50为雾滴体积中径，即为体积累加到50％时的雾滴直径，μm，也就是中数直径。

水滴动能，采用计算公式(6)：

式中：E_sd—直径为d水滴动能，J；D—水滴直径，m；ρ_w—水的密度，kg/m³；V_di—直径为d的水滴速度，m/s；W—V_di对应的粒子数；i—直径为d的水滴速度级名；n—激光雨滴谱仪测量的粒子速度级数。

水滴动能强度分布，采用计算公式(7)：

其中：

式中：CU_K——动能强度分布均匀性系数，％；N——测点数；

——平均动能强度，J/(m²·s)；K_j——第j个测点的强度，J/(m²·s)。

因此，分别得到水滴平均直径为1.7mm，滴谱相对宽度1.3、水滴动能0.002W/m²、水滴动能强度分布77.2％。

在对两个喷头进行选择时的具体实施例为：设置喷头1的工作压力为200kPa，当喷头喷洒时，采用测高仪测量喷头的喷洒高度，为2.3m。采用测量喷头水滴落地后测量的方法，每隔1m布置一个量雨筒，均匀性系数为75％，分别测量得到喷头的喷洒雾滴沉积宽度为3m，最末端点喷灌强度为1.2mm/h。分别得到水滴平均直径为1.7mm，滴谱相对宽度1.3、水滴动能0.002W/m²、水滴动能强度分布77.2％。B＝0.14B1+0.10B2＝0.14*(3+0.75+1.2+0.002+0.772)+0.10*(2.3+1.7+1.3)＝1.33。

设置喷头2的工作压力为200kPa，当喷头喷洒时，采用测高仪测量喷头的喷洒高度，为2.1m。采用测量喷头水滴落地后测量的方法，每隔1m布置一个量雨筒，均匀性系数为72％，分别测量得到喷头的喷洒雾滴沉积宽度为2.8m，最末端点喷灌强度为1.1mm/h。分别得到水滴平均直径为1.5mm，滴谱相对宽度1.2、水滴动能0.003W/m²、水滴动能强度分布75％。B＝0.14B1+0.10B2＝0.14*(2.8+0.72+1.2+0.003+0.75)+0.10*(2.1+1.5+1.2)＝1.25。

因此，从评价指标上看，本实施例优选应用喷头1其性能达到最优。

虽然本发明已以较佳实施例介绍如上，然其并非用以限定本发明，任何本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作各种的更动与润饰，因此本发明的保护范围当视所附的权利要求范围所界定者为准。

Claims (2)

1.一种适用于葡萄作物施药喷头的评价方法，其特征在于，根据施药喷洒时，液滴对葡萄作物叶片的影响特性，将评价指标分为直接影响参数B1和间接影响参数B2，其中直接影响参数B1包括：喷洒雾滴沉积宽度R，喷洒均匀性Cu，喷灌强度hi，水滴动能Esd，水滴动能分布Cuk；喷洒雾滴沉积宽度R反映液滴的覆盖面积，喷洒均匀性Cu反映液滴覆盖的均匀性，喷灌强度hi反映施药量，水滴动能Esd反映液滴产生的动能对作物的打击力，水滴动能分布Cuk反映液滴产生的动能分布均匀性，

B1＝{R，Cu，hi，Esd，Cuk}

间接影响参数B2包括：喷洒高度H，水滴平均直径dv，雾滴谱相对宽度Rs；喷洒高度H反映喷头与叶片之间的距离，水滴平均直径dv反映液滴的雾化程度，雾滴谱相对宽度Rs反映液滴粒径分布，

B2＝{H，dv，Rs}

分别赋予直接影响参数B1和间接影响参数B2的权重值m和n，得到最终影响参数B的数值为：

B＝mB1+nB2

根据B值的大小进行喷头的选择；喷洒高度H的区间范围为：H≥1m；喷洒雾滴沉积宽度R为在喷洒高度H的水平面上，喷洒面所形成的圆的半径；喷洒雾滴沉积宽度R的区间范围为：R≥1m；喷灌强度hi为喷洒面上的某一点，在1个小时内积累的喷洒水量；喷灌强度hi的区间范围为：0.2mm/h≤hi≤3mm/h；所述喷洒均匀性Cu为喷头在组合喷洒时，在两个喷头之间设置每隔一定距离测量的喷灌强度hi，通过每点hi计算，得到喷洒均匀性，喷洒均匀性Cu的计算采用公式：

式中：C_ui为克里斯琴森均匀系数，％；n为测点数；

为平均灌水深度，mm；h_i为第i个测点的水深，mm；S_i为第i个测点代表的喷灌面积，m²；喷洒均匀性Cu的区间范围为：Cu≥70％；所述水滴平均直径Dv采用激光雨滴谱仪测量喷洒面内的测点，并对测量的水滴数量、直径进行计算，采用体积加权法计算喷头每个测量点处的水滴平均直径，计算公式如式(3)和式(4)：

式中：d_V为水滴平均直径，mm；d_i为第i级标准筛目对应的水滴平均直径，mm，i＝1，2，3，…n；w_i为水滴直径d_i所对应的水重；m_i为直径为d_i的水滴个数；γ为水的容重；水滴平均直径参数的区间范围为：0.125mm/h≤dv≤5mm/h；所述雾滴谱相对宽度RS采用激光雨滴谱仪测量喷洒面内的测点，并对测量的水滴数量、直径进行计算；雾滴谱相对宽度RS的计算公式为：

RS＝(D_V90–D_V10)/D_V50 (5)

式中：D_V90为体积累加到90％时的雾滴直径，μm；D_V10为体积累加到10％时的雾滴直径，μm；D_V50为雾滴体积中径，即为体积累加到50％时的雾滴直径，μm，也就是中数直径；雾滴谱相对宽度的区间范围为：1≤Rs≤3；所述水滴动能Esd为水滴落到叶片表面的打击强度，采用激光雨滴谱仪测量水滴的数量、直径和速度后计算；水滴动能Esd的计算公式为：

式中：E_sd—直径为d水滴动能，J；D—水滴直径，m；ρ_w—水的密度，kg/m³；V_di—直径为d的水滴速度，m/s；W—V_di对应的粒子数；i—直径为d的水滴速度级名；n—激光雨滴谱仪测量的粒子速度级数；水滴动能参数的区间范围为：Esd≤0.01W/m²；所述水滴动能分布Cuk为水滴落到叶片表面的打击强度的分布情况，采用激光雨滴谱仪测量水滴的数量、直径和速度后计算；水滴动能分布Cuk的计算公式为:

其中：

式中：CU_K——动能强度分布均匀性系数，％；N——测点数；

——平均动能强度，J/(m²·s)；K_j——第j个测点的强度，J/(m²·s)；水滴动能分布参数的区间范围为：Cuk≥70％。

2.根据权利要求1所述的一种适用于葡萄作物施药喷头的评价方法，其特征在于，分别赋予直接影响参数B1和间接影响参数B2的权重值m和n分别为0.14和0.10。

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