荷电雾滴群撞击植株靶标界面的动力学过程研究

针对药液雾滴在植株叶片上的粘附能力及农药有效利用率低的现状，本项目研究以荷电雾滴群空间运动结构及撞击植株靶标界面前后运动轨迹的PDPA测试为基础，通过分析获得建立荷电雾滴群撞击界面动力学过程的数学模型的实验依据；采用数值计算方法和运用显微高速数码拍摄技术对雾滴群界面行为演化进行模拟和记录，探明该过程的具体阶段与细节、能量平衡与转化过程，获得建立荷电雾滴群撞击界面动力学过程的物理模型；针对植株靶标界面的多样性和差异性，提出叶片接触角和临界接触角分别反映了界面特性和荷电雾滴群动力学特性，通过研究二者间的关联性获得荷电雾滴群撞击界面后产生粘附、反弹与喷溅三种机制的判定准则和方法；结合前述结论建立包括反映粘附性能在内的荷电雾滴群撞击界面过程的总能量平衡的数学模型，提出该过程的计算方法和喷雾参数优化方法。从而为提高静电喷雾施药机具性能，优化其结构及运行参数，设计环保、高效的施药机具提供理论依据。

针对药液雾滴在植株叶片上的粘附能力及农药有效利用率低的现状，本项目开展了荷电雾滴群撞击植株靶标界面过程的动力学研究。运用PIV和PDPA测试系统对荷电雾滴群空间运动结构进行了测试与分析，以此为基础建立了荷电雾滴群空间输运过程的数学描述。通过对单雾滴靶标界面行为的实验测试与分析，探明了撞击界面过程中雾滴形态演化的具体阶段和能量平衡与转换过程，为建立雾滴群撞击界面的数学模型提供了相应的物理模型。设计了可靠的实验装置，提出了适合撞击过程测量的PDPA测试方法，具体分析了荷电雾滴群撞击界面后形态特征及产生的原因，获得了荷电雾滴撞击界面后较大的切向速度能够造成其撞击靶标界面后反弹，并且法向Weber数的值为30可作为反弹现象发生的参考依据等重要结论。通过理论推导获得了荷电雾滴群撞击界面后产生不同机制的临界条件和判别方法，并构建了合理的荷电雾滴群撞击界面过程的高速摄影实验系统，测试结果表明，所提出的判别方法正确。在具体分析荷电雾滴群的空间运动结构、轨迹、撞击界面物理过程的基础之上，建立了从空间运动开始至界面直至撞击后形态变化的总能量平衡的数学模型，提出了荷电雾滴群撞击植株靶标界面的计算方法。对基础理论研究工作进行归纳、总结，给出了静电喷雾参数设计和优化的理论依据。项目研究所获得的结果、结论和提出的方法在雾滴靶标界面理论领域中有所突破，充实了植保机械设计理论，并为提高静电喷雾施药机具性能，优化结构及运行参数提供了理论依据。