CN111442898A - 一种用于测试农药雾滴空间运行特征与飘移沉积的中小型低速风洞试验装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种用于测试农药雾滴空间运行特征与飘移沉积的中小型低速风洞试验装置，包括气体运行腔室、风源发生装置、整流装置、风速采集单元、风速传送单元、信息反馈系统和控制柜；气体运行腔室内部具有中空腔体结构，可放置雾滴飘移沉积测试、空间粒径测试以及速度演化测试装置；风源发生装置采用阵列轴流风扇，阵列轴流风扇产生的风源吹入至中空腔体结构中，依次经过蜂窝网、阻尼网和风速采集单元，并从出风口吹出。本发明操作方便，节约能耗，易于移动，不仅可测试雾滴的空间运行特征，也可用来评价农业喷雾中农药雾滴飘移流失的情况，提高农药的利用率，减少药液浪费，降低农药飘移对环境的污染。
Description
技术领域
本发明涉及植保设备技术领域，具体而言，尤其涉及一种用于测试农药雾滴空间运行特征与飘移沉积的中小型低速风洞试验装置。
背景技术
化学农药在病虫害防治及植物保护过程中发挥着不可替代的作用，施用过程中不可避免地出现雾滴飘移现象，造成生态环境污染。因此需要对不同操作组合下雾滴的飘失规律进行评估，而田间试验不可控因素太多，如风速、风向的时刻波动，很难获得准确的数据。因此，有必要在室内建立一个稳定均匀的可控风场，以此评价雾滴飘移流失的情况。
发明内容
根据上述提出的对不同操作组合下雾滴的飘失规律进行评估时，田间试验不可控因素太多，如风速、风向的时刻波动，很难获得准确的数据的技术问题，而提供一种用于测试农药雾滴空间运行特征与飘移沉积的中小型低速风洞试验装置。本发明主要利用风源发生装置采用阵列轴流风扇，阵列轴流风扇产生的风源吹入至气体运行腔室的中空腔体结构中，依次经过蜂窝网、阻尼网和风速采集单元，从出风口吹出，风速采集单元测量的风速通过风速传送单元传送至信息反馈系统中，信息反馈系统基于实时风速的数值可以通过控制柜调节每一个风扇的转速，直至产生均匀稳定的风场或梯度风场，从而用来模拟自然风场，以此评价农业喷雾中雾滴飘移流失的情况。
本发明采用的技术手段如下：
一种用于测试农药雾滴空间运行特征与飘移沉积的中小型低速风洞试验装置，包括：气体运行腔室、风源发生装置、整流装置、风速采集单元、风速传送单元、信息反馈系统和控制柜；
所述风源发生装置镶嵌在所述气体运行腔室的一端，所述气体运行腔室的另一端设有出风口；
所述气体运行腔室内部具有中空腔体结构，所述整流装置和所述风速采集单元依次置于所述中空腔体结构内；所述整流装置包括间隔设置的蜂窝网和阻尼网，所述蜂窝网置于所述风源发生装置和所述阻尼网间，所述风速采集单元布置在所述阻尼网与所述出风口之间的一个平面内，靠近所述阻尼网；
所述风速采集单元通过所述风速传送单元连接至所述信息反馈系统，所述信息反馈系统与所述控制柜电连接，所述控制柜与所述风源发生装置电连接；
所述风源发生装置采用阵列轴流风扇，所述阵列轴流风扇产生的风源无吹入至所述中空腔体结构中，依次经过所述蜂窝网、阻尼网和风速采集单元，从所述出风口吹出。
进一步地，所述气体运行腔室的整体框架由铝型材搭建而成，四周镶嵌钢化玻璃，为所述气体运行腔室内的试验操作提供可视化观察。
进一步地，所述阵列轴流风扇由小型轴流风扇通过阵列排布组合而成，每个所述小型轴流风扇上均连接有调频电机和调速旋钮，所述调频电机与所述控制柜电连接，根据测量的风速，反馈调节各风扇的转速，直至获得稳定均匀的横向风场。
进一步地，所述阵列轴流风扇产生的风源为稳定均匀风场或梯度风场，所述梯度风场为不同高度的相邻两排风扇的风速不同，同一排风扇的风速相同，更加符合田间环境。
进一步地，所述风速采集单元采用风速传感器，所述风速传感器为热线式传感器，输出电压信号；所述风速采集单元至少设有1个。
进一步地，所述风速传送单元为NI采集器，将电压信号传送至所述信息反馈系统中，转化成实时风速。
进一步地，所述蜂窝网的中轴线与风源方向平行，竖向安装在中空腔体结构的竖向截面处，所述蜂窝网为六边形孔状结构，沿着风向方向有一定的厚度，为风提供流道，用于调整气流方向；所述阻尼网的中轴线与风源方向平行，竖向安装在中空腔体结构的竖向截面处，所述阻尼网破碎蜂窝网后面的漩涡，减少气流的湍流程度，使得风速更加均匀。
进一步地，所述风速采集单元所在平面处的风速变异系数小于5％，气流紊流度≤1％。
进一步地，所述风速为0-5m/s。
较现有技术相比，本发明具有以下优点：
1、本发明提供的用于测试农药雾滴空间运行特征与飘移沉积的中小型低速风洞试验装置，利用阵列轴流风扇搭建一套中小型低速风洞试验装置，操作方便，节约能耗，易于移动，不仅可测试雾滴的空间运行特征，也可用来评价农业喷雾中农药雾滴飘移流失的情况，以此收集相关数据并进行优化操作组合，从而提高农药的利用率，减少药液浪费，进而降低农药飘移对环境的污染。
2、本发明提供的用于测试农药雾滴空间运行特征与飘移沉积的中小型低速风洞试验装置，相比于农业行业现有的风洞基本都是大风洞，风源发生都是靠大型轴流风机，通过利用阵列式的小风扇替代大的风源，从而实现稳定均匀的风源，每个位置风速基本一样，且操作反馈比较容易。同时，风扇阵列分布，可以产生现大风洞无法产生的梯度风场，梯度风场能更好体现环境，更加符合田间环境。
3、本发明提供的用于测试农药雾滴空间运行特征与飘移沉积的中小型低速风洞试验装置，不仅可以用来测试雾滴的飘移沉积比例，更重要的是也可以测试获得雾滴的空间粒径与速度演化规律，相比于现有农业大风洞大多仅从飘移沉积结果为评价指标而言，该风洞可从空间运行特征与飘移沉积结果等方面更加全面地诊断分析不同施药方案的适用性与优劣性，综合设计提出最佳的喷施策略。
综上，应用本发明的技术方案能够解决现有技术中的对不同操作组合下雾滴的飘失规律进行评估时，田间试验不可控因素太多，如风速、风向的时刻波动，很难获得准确的数据的问题。
基于上述理由本发明可在农业喷雾等领域广泛推广。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图做以简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明的结构示意图。
图2为本发明风源发生装置的结构示意图。
图3为本发明中飘移沉积测试示意图。
图4为本发明中雾滴粒径测试示意图。
图5为本发明中雾滴速度测试示意图。
图中：1、气体运行腔室；2、风源发生装置；3、蜂窝网；4、阻尼网；5、风速采集单元；6、风速传送单元；7、信息反馈系统；8、控制柜；9、出风口；10、药液箱；11、隔膜泵；12、流量计；13、压力表；14、雾化喷头；15、聚乙烯线；16、喷头三维位移平台；17、激光发射器；18、激光接收器；19、雾滴粒径分析处理系统；20、激光器电源；21、激光发生器；22、高速摄像；23雾滴速度分析处理系统。
具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本发明及其应用或使用的任何限制。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本发明的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本发明的范围。同时，应当清楚，为了便于描述，附图中所示出的各个部分的尺寸并不是按照实际的比例关系绘制的。对于相关领域普通技术人员己知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为授权说明书的一部分。在这里示出和讨论的所有示例中，任向具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它示例可以具有不同的值。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。
在本发明的描述中，需要理解的是，方位词如“前、后、上、下、左、右”、“横向、竖向、垂直、水平”和“顶、底”等所指示的方位或位置关系通常是基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，在未作相反说明的情况下，这些方位词并不指示和暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位或者以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明保护范围的限制：方位词“内、外”是指相对于各部件本身的轮廓的内外。
为了便于描述，在这里可以使用空间相对术语，如“在……之上”、“在……上方”、“在……上表面”、“上面的”等，用来描述如在图中所示的一个器件或特征与其他器件或特征的空间位置关系。应当理解的是，空间相对术语旨在包含除了器件在图中所描述的方位之外的在使用或操作中的不同方位。例如，如果附图中的器件被倒置，则描述为“在其他器件或构造上方”或“在其他器件或构造之上”的器件之后将被定位为“在其他器件或构造下方”或“在其位器件或构造之下”。因而，示例性术语“在……上方”可以包括“在……上方”和“在……下方”两种方位。该器件也可以其他不同方式定位(旋转90度或处于其他方位)，并且对这里所使用的空间相对描述作出相应解释。
如图1-5所示，本发明提供了一种用于测试农药雾滴空间运行特征与飘移沉积的中小型低速风洞试验装置，包括：气体运行腔室1、风源发生装置2、整流装置、风速采集单元5、风速传送单元6、信息反馈系统7和控制柜8。其中，气体运行腔室1的整体框架由铝型材搭建而成，四周镶嵌钢化玻璃，为气体运行腔室1内的试验操作提供可视化观察。
风源发生装置2镶嵌在气体运行腔室1的左端，气体运行腔室1的右端设有出风口9，出风口9为矩形开口，气体运行腔室1的整个右端面都是出风口9。气体运行腔室1内部具有中空腔体结构，整流装置和风速采集单元5依次置于中空腔体结构内，中空腔体结构内也可放置雾滴飘移沉积测试、空间粒径测试以及速度演化测试装置；整流装置放置在风源发生装置2的右侧，包括间隔设置的蜂窝网3和阻尼网4，蜂窝网3置于风源发生装置2和阻尼网4间，风速采集单元5采样点布置在阻尼网4与出风口9之间的一个平面内，靠近阻尼网4。其中，蜂窝网3的中轴线与风源方向平行，竖向安装在中空腔体结构的竖向截面处，镶嵌在中空腔体内，蜂窝网3为六边形孔状结构，沿着风向方向有一定的厚度，为风提供流道，用于调整气流方向；阻尼网4的中轴线与风源方向平行，竖向安装在中空腔体结构的竖向截面处，阻尼网4可破碎蜂窝网后面的漩涡，减少气流的湍流程度，使得稳定工作段的流动速度更加均匀，即使得风速更加均匀。
风速采集单元5通过数据线与风速传送单元6连接，风速传送单元6通过导线与信息反馈系统7电连接，信息反馈系统7通过导线与控制柜8电连接，控制柜8通过导线与风源发生装置2电连接。其中，风速采集单元5采用风速传感器，该风速传感器为热线式传感器，输出电压信号，该热线式传感器的型号为YGM215(南京英格玛仪器技术有限公司)；风速采集单元5设有3个，间隔设置，通过电脑控制自行移动。风速传送单元6为NI采集器(型号为National Instruments NI cDAQ-9188)，将电压信号传送至信息反馈系统7中，转化成实时风速。
风源发生装置2采用阵列轴流风扇，阵列轴流风扇产生的风源吹入至中空腔体结构中，依次经过蜂窝网3、阻尼网4和风速采集单元5，从出风口9吹出。其中，阵列轴流风扇由小型轴流风扇通过阵列排布组合而成，每个小型轴流风扇上均连接有调频电机和调速旋钮，调频电机与控制柜8电连接，根据测量的风速，反馈调节各风扇的转速，直至获得稳定均匀的横向风场。阵列轴流风扇产生的风源为稳定均匀风场或梯度风场，所述梯度风场为不同高度的相邻两排风扇的风速不同，同一排风扇的风速相同，更加符合田间施药的气候环境。
风源发生装置2中的阵列轴流风扇按横竖对齐规则排列。风扇的个数是灵活可调节，根据所需要的风洞工作段截面积，可以进行添加。
达到稳定均匀风场的指标是：风速采集单元5所在平面处的风速变异系数小于5％，气流紊流度≤1％。风速采集单元5所在平面即为测试的入口截面，在农业领域测定雾滴飘移沉积的风洞中，要求入口风速达到均匀，即入口截面的每个位置风速大小基本一致(即在风速采集单元5安装位置所在的截面，在不同高度，不同水平位置上测量风速)，风速变异系数小于5％就可以。本发明试验装置用于农业风洞，属于低风速，风速为0-5m/s。
获得稳定均匀风场调节方法：首先利用轴流阵列风扇作为风源，产生的风依次通过蜂窝网3和阻尼网4，通过风速采集单元5测量入口段截面内不同位置处的风速，将风速采集单元5固定在喷头三维位移平台16上，使其位于风速入口截面内，通过电脑控制程序使其能够在截面内水平方向和竖直方向定向定距离移动，获得界面内不同位置出的风速，然后通过风速传送单元6将风速值传递给信息反馈系统7，信息反馈系统7根据每个位置的风速大小自动调整每个风扇的转速，直到入口截面内不同位置处的风速基本保持一致，这样便可在风洞产生均匀稳定的风场，用于后续的雾滴飘移沉积检测、雾滴粒径测试以及雾滴速度测试。其中，雾滴飘移沉积检测、雾滴粒径测试以及雾滴速度测试使用到的仪器或设备均放置在气体运行腔室1的中空腔体结构内，位于风速采集单元5与出风口9之间的空间位置区域内。可以将三个测试用到的仪器或设备同时都放在气体运行腔室1中，同时测试，也可以分别放在气体运行腔室1中，分别在不同时间下进行测试。
实施例1
如图3所示，本发明试验装置用于雾滴飘移沉积测试，测试方法为：当获得稳定均匀的风场后，开启喷雾系统，即药液箱10中的药液经过隔膜泵11、流量计12和压力表13后进入雾化喷头14被雾化分散成细小雾滴，雾滴会在横向风场的作用下顺风飘移到下风方向不同位置，通过在下风方向不同水平位置和竖直高度位置布置聚乙烯线15来收集飘移的雾滴，再通过后续的荧光分析便可获得雾滴在不同空间位置处的飘移比例，进而可以评价喷头的飘移性能。
实施例2
如图4所示，本发明试验装置用于雾滴粒径测试，测试方法为：开启激光发射器17后，产生的激光会穿过细小雾滴后被激光接收器18接收，通过光强信号反馈至雾滴粒径分析处理系统19，可以计算出雾滴粒径的大小，通过喷头三维位移平台16可使得雾化喷头14在空间不同方向上进行移动，这样便可以获得雾化喷头14下方不同高度位置和水平位置的雾滴粒径大小，以此可以获得雾滴的空间粒径分布特征。
实施例3
如图5所示，本发明试验装置用于雾滴速度测试，测试方法为：接通激光器电源20，开启片光源激光发生器21后，产生的激光可以照亮喷雾区域，通过高速摄像22可捕捉到细小雾滴的运动轨迹，将其反馈到雾滴速度分析处理系统23中可以计算出雾滴的速度，结合喷头三维位移平台16便可以获得雾滴在喷头下方空间中不同高度位置和水平位置的速度分布特征。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。
Claims (9)
1.一种用于测试农药雾滴空间运行特征与飘移沉积的中小型低速风洞试验装置，其特征在于，包括：气体运行腔室(1)、风源发生装置(2)、整流装置、风速采集单元(5)、风速传送单元(6)、信息反馈系统(7)和控制柜(8)；
所述风源发生装置(2)镶嵌在所述气体运行腔室(1)的一端，所述气体运行腔室(1)的另一端设有出风口(9)；
所述气体运行腔室(1)内部具有中空腔体结构，所述整流装置和所述风速采集单元(5)依次置于所述中空腔体结构内；所述整流装置包括间隔设置的蜂窝网(3)和阻尼网(4)，所述蜂窝网(3)置于所述风源发生装置(2)和所述阻尼网(4)间，所述风速采集单元(5)布置在所述阻尼网(4)与所述出风口(9)之间的一个平面内，靠近所述阻尼网(4)；
所述风速采集单元(5)通过所述风速传送单元(6)连接至所述信息反馈系统(7)，所述信息反馈系统(7)与所述控制柜(8)电连接，所述控制柜(8)与所述风源发生装置(2)电连接；
所述风源发生装置(2)采用阵列轴流风扇，所述阵列轴流风扇产生的风源吹入至所述中空腔体结构中，依次经过所述蜂窝网(3)、阻尼网(4)和风速采集单元(5)，从所述出风口(9)吹出。
2.根据权利要求1所述的用于测试农药雾滴空间运行特征与飘移沉积的中小型低速风洞试验装置，其特征在于，所述气体运行腔室(1)的整体框架由铝型材搭建而成，四周镶嵌钢化玻璃，为所述气体运行腔室(1)内的试验操作提供可视化观察。
3.根据权利要求1所述的用于测试农药雾滴空间运行特征与飘移沉积的中小型低速风洞试验装置，其特征在于，所述阵列轴流风扇由小型轴流风扇通过阵列排布组合而成，每个所述小型轴流风扇上均连接有调频电机和调速旋钮，所述调频电机与所述控制柜(8)电连接，根据测量的风速，反馈调节各风扇的转速，直至获得稳定均匀的横向风场。
4.根据权利要求3所述的用于测试农药雾滴空间运行特征与飘移沉积的中小型低速风洞试验装置，其特征在于，所述阵列轴流风扇产生的风源为稳定均匀风场或梯度风场，所述梯度风场为不同高度的相邻两排风扇的风速不同，同一排风扇的风速相同，更加符合田间环境。
5.根据权利要求1所述的用于测试农药雾滴空间运行特征与飘移沉积的中小型低速风洞试验装置，其特征在于，所述风速采集单元(5)采用风速传感器，所述风速传感器为热线式传感器，输出电压信号；所述风速采集单元(5)至少设有1个。
6.根据权利要求1所述的用于测试农药雾滴空间运行特征与飘移沉积的中小型低速风洞试验装置，其特征在于，所述风速传送单元(6)为NI采集器，将电压信号传送至所述信息反馈系统(7)中，转化成实时风速。
7.根据权利要求1所述的用于测试农药雾滴空间运行特征与飘移沉积的中小型低速风洞试验装置，其特征在于，所述蜂窝网(3)的中轴线与风源方向平行，竖向安装在中空腔体结构的竖向截面处，所述蜂窝网(3)为六边形孔状结构，沿着风向方向有一定的厚度，为风提供流道，用于调整气流方向；
所述阻尼网(4)的中轴线与风源方向平行，竖向安装在中空腔体结构的竖向截面处，所述阻尼网(4)破碎蜂窝网后面的漩涡，减少气流的湍流程度，使得风速更加均匀。
8.根据权利要求1所述的用于测试农药雾滴空间运行特征与飘移沉积的中小型低速风洞试验装置，其特征在于，所述风速采集单元(5)所在平面处的风速变异系数小于5％，气流紊流度≤1％。
9.根据权利要求8所述的用于测试农药雾滴空间运行特征与飘移沉积的中小型低速风洞试验装置，其特征在于，所述风速为0-5m/s。
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