郭江鹏等：果园多风道喷雾机送风系统设计优化与试验（《智慧农业（中英文）》2022年第3期）

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郭江鹏, 王鹏飞, 李昕昊, 杨欣, 李建平, 边永亮, 薛春林. 果园多风道喷雾机送风系统设计优化与试验[J]. 智慧农业(中英文), 2022, 4(3): 75-85.

GUO Jiangpeng, WANG Pengfei, LI Xinhao, YANG Xin, LI Jianping, BIAN Yongliang, XUE Chunlin. Design optimization and test of air supply system for multi-duct sprayer[J]. Smart Agriculture, 2022, 4(3): 75-85. 

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果园多风道喷雾机送风系统设计优化与试验

郭江鹏， 王鹏飞*， 李昕昊， 杨欣， 李建平， 边永亮， 薛春林

（河北农业大学 机电工程学院，河北保定071000）

摘要： 针对果园多风道喷雾机内部气流分布不均导致由出风口吹出的气流紊乱、影响使雾滴在果树冠层上均匀沉积的问题，对多风道喷雾机内部导流板长度参数进行了优化。应用计算流体动力学（Computational Fluid Dynamics，CFD）技术，基于Star-CCM+软件对喷雾机送风系统内部气流进行了模拟分析，得到出风口1~6的风速在不同导流板长度的标准差分别为0.7468、0.6776、1.4441、5.1305、4.5768和0.8209。对风速标准差较大的出风口3、出风口4、出风口5进行响应面分析，最终确定导流板1长度200.00 mm、导流板2长度60.00 mm、导流板3长度50.00 mm为最优参数组合。在最优组合参数下，计算得到对称出风口3和出风口6的风速值分别为39.135和41.320 m/s，相对偏差为5.58%；出风口4和出风口5的风速值分别为33.022和34.328 m/s，相对偏差为3.95%，符合设计要求。室内风速试验结果表明，在距离喷雾机出风口1.25 m处，风场风速由上层到下层逐渐增大，实现风场按果树冠层形状分布，喷雾机左右两侧风场对称分布，气流分布均匀。果园多风道喷雾机设计满足要求，可为同类设计提供参考。

关键词： 计算流体力学；多风道喷雾机；送风系统；流场仿真；响应面法；均匀沉积

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注：1.出口1；2.出口2；3.出口3；4.出口4；5.出口5；6.出口6；7.导流板1；8.导流板2；9.导流板3

图1　多风道喷雾机六风道主体结构示意图

Fig. 1  Schematic diagram of main structure of six air ducts multi-air-sprayer

注：1.鸭嘴形喷雾装置；2.延伸筒；3.六出口风道；4.风机

图2　多风道喷雾机喷雾示意图

Fig. 2  Schematic diagram of multi-air-sprayer spray

注：1.喷管；2.喷头；3.鸭嘴型出风口；4.固定片；5.进风口

图3　鸭嘴型组合喷头出风口

Fig. 3  Outlet of duckbill type combined nozzle

注：Point 1为监测点1，以此类推

图4　多风道喷雾机流体域模型各监测点分布图

Fig. 4  Distribution charts of monitoring points for multi-air-duct sprayer fluid domain model

注： 以导流板1+导流板2+导流板3作为参数组合编码规则，例如200+65+35表示导流板1长度为200.00 mm，导流板2长度为65.00 mm，导流板3长度为35.00 mm

图5　多风道喷雾机模型截面速度矢量分布图

Fig. 5  Velocity vector distribution of model section multi-air-duct sprayer

图6　喷雾机内部风道流体域模型风速计算结果

Fig. 6  Fluid velocity calculation results in internal duct of the sprayer

图7　多风道喷雾机出风口3平均风速值的响应面

Fig.7  Response surface for average wind speed of outlet 3 of multi-air-duct sprayer

图8　多风道喷雾机出风口4平均风速值的响应面

Fig. 8  Response surface for average wind speed of outlet 4 of multi-air-duct sprayer

图9　多风道喷雾机出风口5平均风速值的响应面

Fig. 9  Response surface for average wind speed of outlet 5 of multi-air-duct sprayer

图10　室内风速试验风速分布示意图

Fig. 10  Wind speed distribution diagram of indoor wind speed test

通讯作者简介

王鹏飞  讲师

王鹏飞，男，汉族，河北平山人，讲师，硕士研究生导师。主持或主研完成省部级以上科研项目2项，在研3项，获河北省级科技进步奖1项。发表学术论文10余篇，获授权发明专利5件，实用新型专利20余件，指导学生参加全国创新创业竞赛获特等奖2项。

来源：《智慧农业（中英文）》2022年第3期

转载请联系编辑部授权

本期支持单位

浙江臻善科技股份有限公司

潍柴雷沃重工股份有限公司

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