雾化试验

2024-11-25

雾化试验（精选5篇）

雾化试验篇1

0引言

传统的喷洒方式仅有少部分农药附着在植物叶冠表面上, 绝大部分药液或药粉都散落到地面上成为环境的污染源[1]。为提高农药利用率和环境友好度, 需要具有各种雾化特性较好的喷施机具, 以实现农药精确喷洒[2]。

高压静电喷雾是现代喷雾技术的发展方向之一, 其优势已经在国内外的植保领域得到了明确且良好的认证[3]。静电喷雾装置利用带电后的雾滴间同性电荷相互排斥的原理, 可降低雾滴表面张力, 使药液再一次雾化[4], 从而有效改善雾滴的粒径及其尺寸分布, 提高雾滴在靶标物上的沉积、吸附、均匀性等, 因而在植物保护、卫生防疫等领域得到广泛应用[5]。为此, 通过对静电喷雾系统在不同静电电压的条件下雾化质量的对比试验, 研究喷雾静电电压对雾化质量的影响, 以便找出最佳的静电电压。

1原理与方案

喷雾装置中液体的雾化方式大体可分为液力式、离心式以及气助式3种[6]。液力式雾化是我国目前最常见、最通用的方式, 但该雾化方式单一作用下形成的雾滴直径大、粒径均匀度低、沉积效果差且漂移失散量大, 易导致药物的严重浪费, 同时因药物的残留也会给环境带来极大的污染。静电喷雾方式产生的雾滴初始速度小、易使带有电荷的雾滴在静电力和其他外力的联合作用下吸附到靶标物上, 从而更有效地提高药液雾化效果进而达到防治病虫害的目的。

静电喷雾装置一般通过不同充电方式使雾滴带电, 使喷头和作物间产生静电场。常见的充电方式包括感应充电、接触充电和电晕充电3种。其中, 实现充电的关键部件是静电发生器, 该部件质量轻、体积小, 极易作为背负式、手推式等轻便式静电喷雾装置的静电发生装置。

雾滴粒径、均匀度、雾滴覆盖率是衡量喷雾装置雾化效果的重要指标。雾滴粒径的测量方法一般有: 机械测量、电子测量以及目前应用最为普遍的光学测量方法[7]。机器视觉作为光电技术应用的一个特定领域, 目前已应用于各个领域且发展已经成熟[8]。本试验通过电子显微镜采集雾滴图像信息, 通过Mat Lab除噪、对比度和亮度调节以及二值化等处理后, 统计其雾滴数量、直径以及分布情况等信息。

2试验平台搭建

2. 1平台组成

试验平台主要由变频器、静电发生器、液压泵、油纸、定时器、黑色染料、电子显微镜和电子液压表等仪器组装而成, 如图1所示。

2. 2高压静电发生器［9］

静电发生器由晶体管振荡电路将低压直流电源变换为高压交流输出后, 通过倍压电路将高频脉冲变压器输出的高压脉冲电压, 提高多倍并整流, 得到高频直流高压, 如图2所示。

2. 3电子显微镜

单筒连续变倍电子显微镜具有工作距离长、成像清晰平稳、操作方便且具有较高的分辨率等特点, 被广泛应用于各个行业。本试验即通过该显微镜CCD摄影系统将雾滴图像传送至计算机。

3试验与测定

3. 1数据采集及处理方法

试验通过定时器严格控制喷雾装置的喷雾时长, 然后迅速用电子显微镜将喷洒在油墨纸上的雾滴图像采集至计算机 ( 见图3 ( a) ) , 再调用Mat Lab程序对图像进行灰度、对比度调节以及反相等操作, 得到清晰的雾滴图像, 结果如图3 ( b) 所示; 继续将调节好的图像通过程序进一步处理, 将图3 ( b) 用imfill函数做填充处理, 使雾滴图像内黑色部分变为白色; 最后得到如图3 ( c) 所示的效果。为统计准确, 用imclearbor- der函数将雾滴图像边缘上的残缺雾滴清除[8], 结果如图3 ( d) 所示。最后, 用bwlabel, bwarea等函数标记白色区域并计算面积以得到相应的雾滴粒径, 同时用相同的办法采集标尺, 得到1mm的范围内占有的像素点数为162, 则标定系数 ζ = 6. 17 μm /pixel。

3. 2待测项目

3. 2. 1雾滴直径的测量

每次喷雾后立即将油纸上移至电子显微镜进行观测并采集30个样本图片, 筛选数张清晰且边界雾滴较少的图像后导入至预先编好的Mat Lab程序中得出每个样本图片内雾滴的直径和雾滴数量; 最后将每张图像的雾滴数据统计到excle中处理, 得到相应的雾滴谱如图7所示。图像中雾滴直径需校正为实际的球体直径, 有

式中d—实际雾滴粒径;

D—图像雾滴粒径;

k—校正系数, 通常情况为0. 42 。

3. 2. 2雾滴数量中径和粒径均匀度计算

1) 将雾滴粒径按由小到大顺序排列, 并依次向后累计。当雾滴数量累计达到全部雾滴数的50% 时, 则称该对应的雾滴粒径为雾滴数量中径, 用NMD表示[10], 如图5所示。

2) 将雾滴粒径按顺序排列, 并依次向后累计对应雾滴粒径的雾滴体积。当某雾滴粒径对应的雾滴累计体积占所有雾滴总体积的50% 时, 则称该对应雾滴的直径称为雾滴体积中径, 用VMD表示[11], 如图6所示。

3) 雾滴直径均匀度用雾滴数量中径与雾滴体积中径的比值表示, 如式 ( 2) 所示, 则

式中DR—雾滴粒径均匀度。

有相应的雾滴分布曲线, 如图7所示。

3. 2. 3雾滴附着率

雾滴的附着率, 即采样图像上雾滴附着的面积占图像总面积的比值, 有

式中K———雾滴附着率;

S雾—雾滴附着面积;

S总—采样总面积。

测定时: 气温为24℃, 湿度为80% , 喷雾压力值为0. 2MPa。

4试验结果

比较试验结果: 静电喷雾的雾滴直径明显小于常规喷雾, 且常规喷雾的雾滴数量主要集中在70 ~ 130μm之间; 而静电喷雾的雾滴数量大多集中在直径30 ~ 100μm之间, 并且静电喷雾的雾滴谱明显较常规喷雾窄; 20k V时的雾滴谱较10k V时稍窄, 但30k V时雾滴谱较20k V时稍宽; 在常规喷雾和静电喷雾的雾滴谱中均出现较大的雾滴, 可能是由于喷射时间较长或电场分布不均造成部分雾滴重叠。

数量中径的变化显示: 静电喷雾的雾滴直径较常规喷雾明显减小, 减小幅度分别为22. 1% , 32. 6% , 33. 7% ; 静电电压为20k V时的雾滴直径较10k V时有所减小, 幅度为13. 5% ; 静电电压为30k V时的雾滴直径较20k V时几乎没有变化, 幅度为1. 5% 。

当DR大于0. 67时, 认为雾滴的粒径均匀, 反之则不均匀。从表1得知: 常规喷雾的DR仅为0. 620, 较静电喷雾分别减小15. 6% , 19. 9% , 21. 2% ; 静电电压为20k V时的雾滴均匀度较10k V时减小了5% ; 静电电压为30k V时的雾滴均匀度较20k V时几乎没有变化, 幅度为1. 6% 。

由吸附率K值可看到, 静电喷雾较常规喷雾吸附效果好, 最高增幅达27. 8% , 且随着静电电压的升高有所提高; 当静电电压为30k V时反而较20k V有所降低, 但幅度很小, 可能由于雾滴在喷雾过程或图样采集过程中的蒸发引起。

5结论

1) 试验表明: 静电喷雾较常规喷雾雾滴直径、均匀度和吸附效果均有较大幅度的提高, 且随着静电电压的升高雾滴直径和均匀度均有所提高, 但幅度越来越小。利用静电喷雾装置有利于药液的精准喷洒, 并在静电作用下长时间有效地附着在农作物上, 从而节省农药, 节约成本。

2) 由于对于大多数生物靶标, 30 ~ 100Lm是最佳粒径范围, 而该静电喷雾装置的雾滴粒径都能达到, 且在静电电压为20k V时达到最佳, 能有效防治病虫害。

3) 将该喷雾装置应用于温室智能控制, 不仅能有效提高药液利用率, 降低环境污染, 还能有效减轻劳动力, 提高工作效率。

参考文献

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[3]高雄, 王安亭, 刘玉洲, 等.静电电压对喷雾特性的试验研究[J].农机化研究, 2012, 34 (9) :180-186.

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[8]袁江涛, 杨立, 王小川, 等.基于机器视觉的细水雾液滴尺寸测量与分析[J].光学学报, 2009, 29 (10) :2842-2847.

[9]曲学基, 王增福.稳定电源电路设计手册[K].北京:电子工业出版社, 2003, 10.

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[11]张丽丽.静电喷雾的理论分析与应用研究[D].哈尔滨:东北农业大学, 2011.

雾化试验篇2

某型先进发动机燃油喷嘴雾化特性的试验研究及火焰筒头部数值模拟

使用相位多普勒粒子分析仪和激光多普勒粒子测速仪系统(PDPA/LDV)等设备测量了某型航空发动机喷嘴的`雾化特性,主要包括:喷嘴流量特性,雾化粒度(SMD)和喷雾锥角.应用Fluent软件,对装用该喷嘴的燃烧室火焰筒进行了数值模拟.试验和计算结果得出了一些有价值的结论,对该发动机的燃油喷嘴和火焰筒头部温度场、速度场有深入了解,对其改进提供了重要依据.

作者：王立张宝诚赵硕 WANG Li ZHANG Bao-cheng ZHAO Shuo 作者单位：沈阳航空工业学院飞行器与能源工程学院,辽宁,沈阳,110136刊名：沈阳航空工业学院学报英文刊名：JOURNAL OF SHENYANG INSTITUTE OF AERONAUTICAL ENGINEERING年，卷(期)：200825(2)分类号：V223关键词：燃油喷嘴雾化特性数值模拟

雾化装置测试试验系统研究现状篇3

关键词：病虫害防治,喷雾试验台,喷头检测,数字农业

0 引言

农林病虫害严重危害当今世界的农业、林业生产及生态环境。化学方法防治病虫害仍然是最主要的方法[1]。但是由于我国施药器械及施药技术落后,使农药的有效利用率仅为20 %~40 %,所喷洒的农药有很大一部分到不了预定的目标,而到达目标的药物又因分布不均匀而药效不高[2,3,4]。喷头是施药器械的关键部件,研究喷头的综合性能是探索新的施药方法、工艺及开发新设备的有效途径。雾化装置综合性能测试系统既是对喷头综合特性参数进行测定的手段,又是科研生产及质量监督检测的关键设备,其测试精度水平的高低直接影响喷头的设计、生产质量和使用效果。由于外界环境比较复杂,很多测试仪器不允许在实际作业中使用,所以对产品雾化装置进行性能试验,主要依赖于室内喷雾试验系统。本文通过分析国内外的室内喷雾试验台,提出了开展雾化装置综合性能试验系统的研究,对深入研究绿色植保机械具有重要的意义。

1 喷雾试验台研究概况

国外喷头性能测试起步很早,现在各大植保公司均有自己的喷头性能测试试验台,可方便快速地对原有产品和新设计的喷头进行性能检测,如美国的喷雾系统公司、丹麦HARDI公司和法国的Tecnoma公司等都配有高性能的喷头精密检测设备。

国内常用的试验台多为科研和教学单位自制,且数量不多。20世纪80年代中期,农业部南京农机化研究所曾开发了一套植保机械喷头性能综合试验设备,目前该设备已经淘汰。1996年,石子河大学的坎杂等人研制的PZS-4型喷雾机械综合试验台,能对大田作业常用的喷雾机喷头、液泵多项性能指标进行综合测定[5,6]。

1999年,隋贵杰和侯玉珠等人对喷药机喷头试验台进行了改制。该试验台既能对新式和老式防后滴喷体的防后滴性能进行测试,又能对各喷头的流量进行检测[7]。2005年,杨学军等人对植保机械用液泵性能测试系统进行了研究,应用微机测试技术自动同步测量,实时显示和输出泵的特性曲线和试验报告[8]。

2006年,薛新宇和柳平曾等人研制出了喷头综合性能测试试验台。该试验台可用于测量喷头的压力、流量、喷雾角及雾量分布特性等主要性能参数[9]。2006年,张红霞和蔡晓华等人设计出了一台高测试效率和高测试精度的试验台,该试验台可对喷雾机主要工作部件喷头和液泵多项性能指标进行综合测定[10]。2006年,柳平增和丁为民等人对植保喷头综合性能测试专用数控系统进行了设计,指出该试验台具有良好的推广应用价值[11]。2008年,柳平增、周立新和傅锡敏等人[12]设计了一套精准施药动态仿真测控系统,该系统实现了各采集信息的精确同步测定, 实现了仿真系统的自动控制,提高了信息采集的灵活性。

2 雾化装置试验系统的组成

雾化装置测试系统是进行喷雾试验的前提和保障。随着科学技术的发展,系统的功能越来越多,测量的精度和效率越来越高。按系统的模块结构可以将试验系统分为机架、喷头测试装置、液泵测试装置、仪表检测系统和操纵控制系统等5大部分。

机架是喷雾系统的本体,起到支撑整个测量系统的作用。根据不同的功能和要求,可以将机架设计成不同的形式,以便装配和测量,达到实现某些特定功能而又美观的目的。喷头测试装置由喷量测试装置、喷雾均匀性测试装置、图像采集系统、回水槽、管路系统组成,可用于喷头喷量、喷雾角、雾滴均匀性及雾滴大小等的检测。液泵测试装置由电机、液泵、传感器、管路和控制阀等组成,用于检测液泵的整体性能和效率。仪表测试系统包括流量计、压力表和电磁阀等,主要用于显示各部分的实时数值参数,为喷头及液泵的性能检测提供可靠的理论数据。控制系统以微型电脑作为监控主机,主板上配置组态监控系统和图像采集系统等。组态软件执行采集、屏显以及储存测量的压力、流量、电机转速、泵输出转速和扭矩等。典型的喷头和液泵性能测试系统图如图1所示[10]。

1.变频电机 2.转矩转速传感变送器 3.进口压力传感变送器 4,11,13.截流阀 5. 水箱 6,8,15.过滤网 7. 液泵 9,16,18.压力传感变送器10.流量传感变送器 12.溢流阀 14.混药器 17.喷头及喷杆 19.集雾槽 20.水箱

从图1可知,启动电机(1)带动液泵(7)从水箱(5)经过过滤网(6)产生压力液流。当打开截流阀(11)时,开始进行喷头性能测试。调整泵的喷雾压力,喷雾压力由压力传感器(9)指示,打开截流阀(13),液体经过混药器(14)、过滤网(15)和喷杆(17)上的喷头开始喷雾。进行液泵性能测试时,截流阀(11)关闭,截流阀(4)开启,(3)和(9)测试泵的进出口压力,(2)测试泵的扭矩和转速,(10)测试泵的流量。本系统中要测量的参数通过传感器传给综合控制台上的计算机。试验结果由打印机打印输出。

3 雾化装置性能试验

目前,室内雾化装置试验系统是围绕影响喷雾质量的各因素设计开发的,主要用于对喷头喷雾质量以及液泵的性能参数进行检测。喷头的技术指标有流量、喷雾分布均匀性、喷雾角和雾滴直径等[13],如果是多喷头系统,还需测试多喷头的喷量一致性和多喷头横向喷雾分布均匀性等指标。研究雾化装置性能的目的是为了提高喷头的喷雾质量,减少农药的漂移,增加农药的覆盖率,以提高农药有效利用率。现有的喷雾试验台可以完成的测量参数和测试方法如下。

3.1 喷雾角的测量

通常情况下对喷雾角的描述有两种,即出口喷雾角和条件喷雾角[14]。出口喷雾角又称为切向喷雾角,是指在喷头的药液出口处沿着雾化边界做两根切线,把两根切线的夹角称为出口喷雾角。条件喷雾角就是在距喷头一定距离处做一条与喷头轴线垂直的直线,该直线与雾化边界有上下两个交点,这两个交点和喷头中心的连线称为条件喷雾角。

测量喷雾角主要为了观察雾滴的分布范围。喷雾角越小,则喷雾分布越集中;反之,喷雾分布越分散。因此,不同幅宽的带状作业,往往要求喷雾角不同。喷头磨损后喷雾角会发生变化,喷雾角的变化会影响雾化颗粒的直径和有效覆盖面积[15]。喷雾角偏离标准角度过大或过小,都会引起分布不均、过度重叠或漏喷。喷雾角测试为多个喷头的搭接和单位面积上施药均匀打下了基础[16]。

喷雾角的测量方法有间接测量法和直接测量法两种:间接测量法是将喷头安装在支架上,喷头向下,在额定的工作压力下喷雾,并用摄影法拍下喷雾角的正投影,然后在照片上确定喷雾直线部分,在直线部分测量其角度;直接测量方法是在喷雾器喷头正前方的水平面上铺一张毫米格纸(喷头高出纸面5~10mm),喷射方向与地面平行,当正常喷雾时,连续喷射两次,再测量其喷雾角,还可以采用图像分析法测量喷雾角,通过CCD设备采集喷雾的图像,将图像信号传送至计算机,找出图像边缘曲线中有明显界限的直线部分。经过对静态图像的计算分析,推导出计算喷雾角的计算公式。不同喷头的雾形以及不同压力下的喷雾雾形差异很大,为了弥补因喷雾动态变化以及图像噪声所引起的误差,还要结合动态拍摄的多幅图像进行综合分析,取多次分析计算结果的平均值,以提高喷雾角的测量精度。

3.2 雾滴分布均匀性测量

雾滴分布均匀性测试也叫雾流形状测试,是指雾滴在目标上分布的均匀程度。通常通过观察喷头的雾流分布状况,进而分析喷头的喷雾效果[17],为施药均匀性打下基础,一般用分布变异系数的大小表示。分布均匀性不高的原因很多,主要包括喷头类型选择不当、喷头质量不合格、喷头高度布置以及多喷头喷雾时喷头之间的间隔不合适,造成漏喷或不均匀重叠等[18,19]。国外有许多测量雾滴分布均匀性的方法[20], 其中主要包括如何收集试验数据和评价分布均匀性。为了确定喷雾分布的均匀性, Smith[21]指出最均匀的喷雾分布应由两个指标来说明, 即沉积变异系数为0,最大与最小沉积比率为1。Carlton.et.al[22]指出喷雾沉积均匀性因为一些内在的主观性总是很难定义和描述, 即使是在一个非常简单的表面上的沉积也是如此。他提出描述沉积均匀性的概念, 是在一个确定大小的平面上连续地以一定厚度的喷雾物质均匀覆盖, 把这种分布的均匀度定义为100% , 其他情况则与之比较,确定其均匀度。

南京农机化研究所设计的喷雾试验台采用了称重的办法来测量雾滴的分布均匀性。测量时,使用技术比较成熟的小量程称重传感器,可对测量起点清零,并及时消除残留液造成的误差。试验结果表明,采用称重传感器可提高分流量测定精度,进而提高主要测试参数雾量分布及喷雾角的测试精度[9]。张红霞等人[10]设计的室内喷雾试验台采用了超声波传感器技术用于测量雾滴分布的均匀性。测量时,在控制台上按下喷雾测试按钮,喷雾测试系统开始喷雾,待雾流稳定后,启动定时器开始计时;同时,开启试管架翻转机构减速电机,驱动齿轮将试管架翻转至接水位置,再由电机驱动齿轮迅速将试管架翻转至垂直位置(测量位置);启动超声波测量系统,超声波液位传感器开始逐个试管进行扫描和记录。记录结果传给计算机,并由系统软件计算横向雾流分布变异系数,绘制雾流曲线图。测试结束后,试管架翻转机构将试管向前翻转150°,将试管内的液体倒入废液槽中。

3.3 雾滴粒径大小的测量

雾滴直径是决定喷雾机具性能的重要指标。雾滴直径越大,附着性越好,但分布不均匀,大多数的雾滴落到土壤中,喷雾效果不好;雾滴直径越小,可得到很好的沉降和覆盖率,防治效果好。目前较普遍应用的雾滴尺寸测量原理归纳起来有3类:一是机械方法,如将雾滴冷冻或冷却成固体颗粒进行测量,以及利用不同尺寸雾滴的运动惯性和速度差异特性来区分雾滴尺寸范围等;二是电气方法,如充电线法(Charged—wire)和热线法(Hot—wire) ;三是光学方法,如利用雾滴的一些物理特性(光强、相差、荧光和极化等)进行测量及高速摄影、激光全息摄影、激光图像化和扫描技术等[23]。

一般来说,小于20μm的雾滴直径很难产生有效的沉积[24]。为了提高雾滴的沉积,Himel和Uk提出了生物最佳粒径理论。该理论认为,不同生物靶标捕获的雾滴粒径范围不同,只有在最佳粒径范围内,靶标捕获的雾滴数量最多[25]。因此,对于不同的农作物,应选择合适的雾滴直径,可以减少飘移,减轻环境污染,提高对靶标的沉积量。Womac等人[26]通过对参照喷嘴装置的测量试验,利用激光衍射仪器研究了几种品牌的参照喷嘴装置的喷雾雾滴尺寸,为喷嘴分类提供了理论依据。Richard Ammons 等人[27]在《优化农药施用》一文中探究了一种优化杀虫剂方案,该项研究对优化机械参数(如喷嘴型式)具有指导作用。Murphy 等人[28]的研究结果为喷杆组形状的评估及不同的喷嘴条件组合设计提供了一条有效的途径。

2000年,郑加强研究了计算机辅助激光成像测量雾滴尺寸的方法,建立计算机辅助激光成像雾滴尺寸测量系统。结果表明:计算机辅助激光成像雾滴尺寸测量是一项行之有效的雾滴尺寸测量技术[29]。同年,郑加强对油盘法采集雾滴和计算机视觉测量雾滴尺寸方法进行了探索,并建立了一种基于计算机视觉的雾滴尺寸测量方法。该方法非常接近于用PMS的激光图像化方法测量得到的结果,同时该系统测量获得的体积中径与喷雾系统公司提供的雾滴尺寸非常接近[23]。2005年,薛峰等人用油盘法结合图像处理方法,较准确测得雾滴的数量中径和体积中径,同时还比较准确地测得了与雾滴有关的其他关键参数(如雾滴计数、覆盖密度和覆盖率等)的测量,并且用面积法和直径法实现了雾滴谱的绘制,构建了基于PC的雾滴图像采集系统[30]。

3.4 液泵性能测量

液泵性能测试系统由液泵、电机、进出口压力传感器、流量传感器和转矩转速传感器等组成。测试时,主要对泵的进出口压力、泵的扭矩、转速和流量等参数进行测量[31],用传感器将非电量参数传给计算机,用系统软件计算求得额定转速下压力与流量、轴功率、有效功率、容积效率和总效率的相互关系,再换算到标准状态下,绘出泵的特性曲线图,标出工况点,打印输出实验报告。2005年,杨学军等人[8]设计一套采用工控计算机、配位模拟量数据采集卡和路位计数定时器卡的液泵测试系统。该系统可以对两个压力、一个流量、一个扭矩和一个转速共路传感器信号同时实时取样、实时处理,同步显示试验结束后,即可屏显回归的性能曲线和符合标准格式的试验报告,可分别打印输出。

3.5 喷头流量检测

喷头流量是喷头性能的一个非常重要的指标。喷头出厂时必须进行流量检测,经检验合格后方可出厂。喷头用过一段时间,喷孔磨损,喷头存在流量偏差。一般当喷头流量超过标准流量的10%,应该更换新的喷头。单个喷头的流量测试常采用如下3种方法:一是体积法,测试时使用量杯位于喷头下面接取液体,该方法简单、经济且准确,但需要人工参与;二是在喷头上安装流量传感器,与计算机相连,此方法测试精度高、速度快;三是在喷头上安装流量计,可直观地显示喷头的流量。

4 结论

雾化试验篇4

喷嘴是工业炉、锅炉、热动力装置、民用燃烧设备、燃用液体、气体和固体的关键设备, 在许多非燃烧设备如喷雾干燥、表面清理和涂装、钢铁冶金、农业灌溉等也普遍使用喷嘴。而喷嘴喷雾性能的好坏直接影响其产品的质量和整机性能。影响喷嘴雾化性能的因素很多, 如喷嘴的流量特性、喷雾锥角、雾通量、粒子尺寸分布、液滴动量等。本文主要就高压单相细水雾灭火系统的离心式喷嘴的流量对喷嘴雾化特性影响进行了试验研究。

2 离心式喷嘴的结构

根据试验要求, 设计了图1所示的喷嘴样机。该样机由喷嘴体和喷嘴芯组成。工作液体依次通过喷嘴芯, 从切向进入涡流槽, 形成旋转涡流由喷口喷出。独立设计的旋流槽可以根据开槽的倾斜角度、开槽数量和槽的深、宽、高之比的不同来设计不同规格的喷嘴, 有利于试验中更换不同的喷嘴芯观察其喷雾效果和灭火情况, 从而确定其最佳的喷嘴结构。

3 水流量的试验方法及原理图

水流量试验装置如图2所示。细水雾喷头和压力表安装在供水管上, 测量水流量应在3.45~8MPa范围内进行, 每次间隔压力值约为0.8MPa。在一个系列试验中, 压力从零上升到每个试验值;在另一个系列试验中, 压力从额定压力下降到每一个试验值。

1.粗过滤器2.电动机3.高压容积式水泵4.精过滤器5.压力表6.流量计7.电磁/手动换向阀8.安全阀9.溢流阀10.被试细水雾喷头11.封闭试验间

4 喷嘴流量的测量结果及分析

实验中我们从50个样本中随机抽取了3个同样规格的喷嘴, 样件号为17#、51#、29#。按照上述要求分别在不同的压力下测得喷嘴的出口流量, 由此绘制出喷嘴的压力-流量特性曲线见图3。

分析这组曲线可以得到以下结论: (1) 曲线的变化趋势是一致的, 喷嘴流量随着系统喷射压力的增高而随之增大。 (2) 在喷射压力增高的初始阶段即3.45~5.85MPa, 喷嘴流量的增加趋势较明显;喷射压力在5.85~8MPa之间, 喷嘴流量的增加趋势比较平稳。 (3) 曲线变化趋势拟合后符合关系:, 其中qv为喷嘴流量, H为喷嘴进出口后的压力差值。

对5个为17#、51#、29#、14#、37#的样件分别测定出其对应的流量及压力, 由流量与压力的关系式, 作出压力与流量特性系数的关系曲线如图4。

从图4中我们可看出, 当外界压力发生变化时, 这5个喷嘴的流量特性系数基本保持不变, 其流量特性系数值为2.16, 且波动范围不超过±5%。说明喷嘴流量特性系数只与喷嘴本身的结构尺寸有关, 而与输入压力无关。

5 结论

在离心式喷嘴结构设计的基础上, 确定了喷嘴流量的试验方案, 从试验中我们得到喷嘴流量主要与出口压力的平方根成正比, 且喷嘴的流量系数基本上不随外界压力的变化而变化, 只与本身结构有关。试验结果为我们进一步的理论分析提供了实践依据。

摘要：在离心式喷嘴结构设计的基础上, 对该喷嘴流量的雾化性能进行了试验研究, 研究结果表明该喷嘴的流量基本上跟出口压力的平方根成正比, 且喷嘴的流量系数基本上不随外界压力的变化而变化, 只与本身结构有关。试验结果为理论分析提供了实践依据。

关键词：离心式喷嘴,流量,雾化

参考文献

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雾化试验篇5

静电喷雾是随着低量和超低量喷雾技术发展起来的新型药液喷洒技术, 气力式感应型静电喷头是静电雾化作业的重要组成部分, 它是执行喷洒工作的部分, 主要作用是使药液雾化成细小的微粒并使其带电, 所以它是静电喷雾能否实现的重要部件。其雾化性能好, 喷雾质量高, 喷出的雾滴均匀细小, 为雾滴充电提供了前提条件。因此, 静电喷头的雾化性能对喷雾效果有着举足轻重的作用, 研究静电喷头雾化锥角对于提升静电喷雾机性能具有重要意义。本文将从喷头雾化性能中的雾化锥角出发对现有的静电喷头进行试验, 由试验结果最终确定静电喷头试验因素最优组合。

1雾化锥角试验

试验定在室内试验台架上进行。试验台架由气力式感应型静电喷头、蓄液箱、高压数显电源、空压机、安全阀、气压表、液压表、高压导线、机架和高速摄像仪组成。试验采用美国ESS公司研制的气力式感应型静电喷头 ( 如图1所示) , 高压电直接加在喷头口的电极环上, 当液柱流经电极环时, 根据感应原理液柱上会带上与感应电极相反的等量电荷, 同时液柱在此雾化, 雾滴因此荷电。喷头雾化区的气体环流将雾滴与感应环隔开, 保持电极环干燥, 即使有少许雾滴被电极环吸附, 也会在瞬间被高速气流携带走。

1.小电极环2.防护罩3.大橡胶圈4.喷头主体5.液体接头6.垫圈7.喷嘴盖8.小密封胶圈9.大电极环10.后高压绝缘块11.前高压绝缘块

开始试验时, 开启电源, 启动空压机, 当空压机的压力达到试验所需的压力时, 打开阀门并调节气压调节阀, 观察气压表使气压稳定在需要的气压值上, 压缩空气经送气软管由喷头喷出, 高速气流在喷头内部的雾化腔形成真空, 药液由液泵经输送软管从蓄液箱送至喷头, 并在高速气流的冲击下在雾化区初步雾化。开启静电发生器, 使埋于喷嘴盖位于喷孔周围的环形电极充电, 从而使雾滴流经喷孔时荷电。环境温度为20 ~ 25℃ , 相对湿度为85% ~ 90% , 试剂为不含杂质的纯净水。由高速摄影仪对喷头雾化过程进行拍照, 并以此分析不同试验水平的雾化角。雾化锥角试验流程如图2所示。

2试验结果与分析

参考国内外静电喷雾研究文献, 选择的试验因素有: 气压、液压和充电电压, 分别有3个试验水平存在于每个试验因素中如表1所示。

按正交试验表L9 ( 33) 设计安排9组试验, 得到雾化锥角后通过极差分析法进行分析。正交试验及结果如表2所示。

其中, k1, k2, k3表示在水平1、水平2、水平3下各因素的雾化锥角之和, 表示在不同因素水平下雾化锥角的平均值, 在各因素水平数不等时, 采用试验结果 ( 雾化锥角) 的平均值来反映同一个因素的不同水平对试验结果影响的大小, 并通过该结果来确定此因素应选取的最佳试验水平。R是最大平均值和最小平均值之差, 极差R来反映各因素的水平变动对雾化锥角的影响。极差越大则该因素的水平变动对试验结果的影响越大, 极差越小该因素的水平变动对试验结果的影响就越小。由表2得到RA> RC> RB, 所以影响因素的顺序依次为气压 ( 因素A) 液压 ( 因素C) 电压 ( 因素B) , 并由此得到最佳搭配为A3C2B2。

由表3可以看出, 因素A ( 气压) 的P值< 0. 05, 因素B ( 充电电压) 的P值> 0. 05, 因素C ( 液压) 的P值< 0. 05, 所以因素A ( 气压) 对试验结果影响比较明显; 因素B ( 充电电压) 对试验结果影响不明显; 因素C ( 液压) 对雾化锥角也有一定影响。因此, 因素A ( 气压) 和因素C ( 液压) 是对雾化锥角改变起主要作用的影响因素, 因素B ( 充电电压) 对雾化锥角的改变可以忽略不计。由方差分析法可知, 只需要对因素A ( 气压) 和因素C ( 液压) 选择最佳水平, 而对于因素B ( 充电电压) , 则可按实际需要选取适当的水平。由试验结果得出各因素水平的最佳搭配为A3C2B2。

2. 1气压对喷头雾化锥角的影响

当气压小于0. 15MPa时, 静电喷雾产生的液滴直径将会变大导致荷质比变小; 当气压高于0. 15MPa时, 气流—液流速度比、气体动能、气流速度将随着气压的增大而增大, 所得雾滴粒径变小。气体压力增大, 雾流电流和雾化锥角亦增大。气压对雾化锥角的影响如图3所示。

2. 2液压对喷头雾化锥角的影响

气力式感应型静电喷头的液体是依靠气流运动产生的虹吸现象吸入喷头的, 其流量随着气体压力的增大而增大。增加液压即增加出口液体的初速度。其结果: 一方面使液体喷射的轴向距离增大; 另一方面使液体雾化为更小的雾滴。但是, 液体压力对雾化锥角的影响并不显著, 从图中也可以看出雾化锥角随着液体压力的增大而增大, 当超过0. 05MPa时压力对雾化锥角的影响变小。液压对雾化锥角的影响如图4所示。

2. 3充电电压对喷头雾化锥角的影响

由正交试验确定最优的方案, 雾化锥角随着充电电压的变化几乎保持水平, 不发生变化, 从正交试验方差分析数据中也可以发现充电电压并不能对气力式感应型静电喷头的雾化锥角产生显著的影响。

3结论

由于所得的最佳搭配只是对被选因素和水平有效, 因此需要作进一步讨论, 通过正交试验和方差分析最终确定了最佳试验因素即A3C2B2, 并确定气压和液压对气力式感应型静电喷头雾化锥角影响较大。在实际试验过程中发现: 气压、液压和电压虽然对雾化锥角有一定的影响; 但影响效果不是十分明显, 将来还应从气力式感应型静电喷头的结构方面进行优化设计来达到增大雾化锥角的目的, 从而提高喷雾效率、降低药液使用量, 使得喷雾作业更加高效环保。参考文献:

摘要：针对目前现有静电喷头雾化效率低、雾化锥角较小等问题, 通过改变静电雾化过程中气力式感应型静电喷头的液压、气压和静电压, 并对其进行了正交试验设计, 获得了不同因素水平下的雾化锥角。利用SPSS软件进行数据分析, 最终得到最优的试验因素组合气压0.25MPa, 液压0.05MPa, 电压-1 000V, 并通过方差分析得到影响雾化锥角最显著的试验因素。试验结果表明:气压和液压对喷头的雾化锥角有一定的影响, 电压对雾化锥角的影响较小。

关键词：静电雾化,雾化锥角,气力式感应型静电喷头,正交试验,方差分析

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