随着植保机械的发展和风送喷雾技术的成熟,果树病虫害防治越来越多地采用风送式果园喷雾机产品,其一般由自走式底盘或拖拉机搭载驱动,具有作业效率高、雾化效果好和穿透性强的特点,适用于多种果园施药作业要求,施药作业效果和病虫害防治效果良好。传统的果园风送喷雾机风送喷雾系统一般通过轴流风机、简易导流板和风道等产生气流,由于叶片旋转等造成的旋涡气流和风道不对称出口等原因,传统风送喷雾系统容易出现出风口气流场的不均匀和紊乱等现象,从而影响喷雾机的药液沉积均匀性和喷雾幅值等性能。本文针对苏南地区的棚架式果园种植模式,以自走式履带底盘为基础,设计开发了一种由轴流风机、轴向导叶和风道等组成的风送喷雾系统,并采用设计、计算流体力学数值仿真与试验相结合的方法开展了风送喷雾系统的设计、数值仿真和试验验证研究,为棚架式果园喷雾机械的开发提供了参考。本文的主要研究内容如下:(1)总结梳理了果园种植模式和植保机械的国内外现状,阐述分析了传统喷雾机两侧气流和雾滴沉积不对称的问题。对国内外不同种类的果园风送喷雾机进行了总结讨论,针对现有传统喷雾机的两侧气流和雾滴沉积不对称、不均匀现象进行了分析,探讨了本文风送喷雾系统的设计思路与技术路线。(2)果园风送喷雾系统设计和数值模型研究。根据苏南地区典型棚架式梨园种植模式,开展风送喷雾系统的设计和选型工作,根据风送喷雾系统和轴流风机参数,设计了相应的轴向导叶、风道和导流板结构。开展了风送喷雾系统的气流场数值模型网格无关性和湍流模型适应性研究,分析比较了标准k-?、RNG k-?和SST k-?三种不同湍流模型的气流场分析结果,并分别依据评价指标确定了数值模型的网格划分方案和湍流模型类型。针对三种不同出口宽度的风道结构进行了数值分析比较研究,基于风量,出风口平均气流速度和压力损失评价了不同出口宽度的风道结构,确定风道宽度为80mm。(3)风送喷雾系统气流场的数值分析与试验验证研究。建立了风送喷雾机气流场数值模型,并通过数值模拟研究了风送喷雾系统的内、外气流场分布特征,分析了气流在流经风机叶片、导叶和风道时的内气流场速度流线和压力变化规律,以及外气流场的速度流线和等值线分布。开展了风送喷雾系统样机的试验验证研究,采用三维超声波风速仪等方法对风道出口和外气流场进行了多点气流速度测量。分析对比了风道两侧的气流速度分布,结果显示,风道右侧出口位置处的气流变化较大,左侧的气流变化较为平缓,外气流场两侧气流速度在靠近风道位置处对称性较好。此外,分析结果显示,风道出口处气流速度的仿真值与试验值相对误差基本在10%-20%,距风道出口0.5m和1m处气流速度的仿真值与试验值吻合较好,两者速度差值在1-2m/s,但在外气流场更高更远处的速度仿真值与试验值存在较大偏差,气流速度的试验值是仿真值的2-3倍。(4)风送喷雾系统气液两相流场数值分析和雾滴沉积试验验证。采用数值模拟和试验验证方法研究了喷雾机在1MPa和2MPa作业压力下两侧雾滴的粒径分布和沉积分布。试验结果显示,在1MPa和2MPa喷雾压力时,喷雾机两侧的雾滴沉积量差值变化不大,大部分雾滴沉积分布在0-1.8m范围内,这一喷雾高度范围与棚架式果树树高相一致。通过模拟结果的验证可知,在1MPa和2MPa喷雾压力下,风道两侧雾滴沉积量(百分比)的仿真值与试验值在0.3m-1.8m高度区间内基本吻合,仿真的相对误差在20%以下。仿真对低处的雾滴沉积计算结果比试验值低,与试验值的相对误差在30%-40%,而对高处的雾滴沉积计算结果比试验值高,与试验值的相对误差在60%以上。