等离子体荷电喷雾特性研究及圆锥雾喷头设计

论文摘要

荷电喷雾技术是降低药液漂移、减少农药对环境污染的有效手段,是高效低污染农药喷洒技术发展的新方向。本文建立了雾滴荷电的数学模型,从电位、电压、电流、电导率等方面分析荷电特性。结果表明:荷电特性与气体导电过程密切相关,感应荷电工作在欧姆电导区;电晕荷电工作在电流激增区;气体的饱和工作区是感应荷电进入电晕荷电的过渡区。研究发现:由于气体在饱和工作区的时间极短,感应荷电时的极间阻抗比电晕荷电时的大,在过渡区的荷电状态极不稳定,在感应荷电和电晕荷电间波动,产生突变现象,此时电压降低,电流反增,整个荷电过程是一条倒Z形变化的电压——电流关系曲线。理论分析和实验结果还表明:在感应荷电阶段和电晕荷电阶段的荷电电压与荷质比间的关系是线性关系;影响荷电效果的因素有电极的形状和直径、电极间距和极间气体的介电性能以及环境因素;为兼顾装备的安全性和可靠性,合适的静电喷雾工作电压应略高于起晕电压,约在15KV左右,因电极参数和环境等因素而异。论文同时采用模拟电荷法对该电极诱导电场进行数值计算,建立了诱导电场数学模型;利用matlab软件编制程序进行数值计算,分别得出上述三类电场的电势、场强值及其分布图。计算结果表明:荷电喷雾复合空间电场由高压电极和空间电荷共同作用产生,电极参数和喷嘴类型对空间电场分布起决定性作用。由电极电压V、曲率半径r0、极径r1、针状电极根数n以及电极环中心距地面垂直距离H等参数决定。对于空心圆锥喷头,在空心圆锥内部,电势沿y轴即径向逐渐降低、场强逐渐增大;在空心圆锥外部,电势沿径向逐渐增大、场强沿径向逐渐减小。另外通过理论推导和试验相结合的研究方法,分析了低量圆锥雾喷头的雾化特性以及影响雾化性能的因素,推导出进行低量圆锥雾喷头设计的各种必要计算公式,并在综合考虑各方面影响因素的基础上,完整归纳出低量圆锥雾喷头的设计方法。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 课题背景及意义
• 1.2 荷电喷雾技术技术缘起
• 1.3 国内外荷电喷雾技术的发展与现状
• 1.4 静电施药技术未来主要发展方向
• 1.5 本课题主要研究内容
• 1.6 本章小结
• 第二章 静电喷雾荷电特性研究与实验
• 2.1 静电喷雾概述
• 2.2 荷电方式
• 2.3 接触荷电
• 2.3.1 电学模型
• 2.3.2 空间电位
• 2.3.3 介质的极化
• 2.3.4 电导率
• 2.4 感应荷电
• 2.4.1 电学模型
• 2.4.2 空间电位
• 2.4.3 介质的电导
• 2.4.4 电极的电容
• 2.5 电晕荷电
• 2.5.1 电学模型
• 2.5.2 空间电位
• 2.5.3 电导率
• 2.5.4 电流和电压
• 2.6 雾滴荷电特性的实验研究
• 2.6.1 实验装置
• 2.6.2 实验设计
• 2.6.3 结果和分析
• 2.7 本章小结
• 第三章 电晕等离子体荷电基础理论
• 3.1 等离子体概述
• 3.2 电晕放电等离子体
• 3.2.1 电晕放电
• 3.2.2 电晕放电的起晕判定
• 3.2.3 电晕放电起晕电场和起晕电压的计算
• 3.3 雾滴等离子体荷电特性分析
• 3.3.1 高压静电场的形成
• 3.3.2 空载时负高压电晕放电的伏-安特性
• 3.3.3 雾滴等离子体荷电特性
• 3.4 本章小结
• 第四章 电晕等离子荷电喷雾的电场数值计算
• 4.1 电场数值计算概述
• 4.1.1 电场数值计算的基础
• 4.1.2 电场数值计算法的分类
• 4.2 电荷模拟法电场数值计算
• 4.2.1 电荷模拟法
• 4.2.2 几种常见电荷模拟法的电场计算公式
• 4.3 静电喷雾空间电荷产生电场的数学模型建立
• 4.4 空间电荷产生电场数学模型求解的Matlab实现
• 4.5 荷电雾锥区各参数值测量
• 4.5.1 雾锥区带电量的测量
• 1、β₂的得出'>4.5.2 雾锥区内外喷雾角β₁、β₂的得出
• 4.6 空间电荷产生电场的数学模型校验
• 4.7 运算结果及结论
• 第五章 圆锥雾喷头的设计
• 5.1 空心圆锥雾喷头的构造和雾化特性
• 5.2 圆锥雾喷头喷雾过程分析和设计计算
• 5.2.1 圆锥喷头喷雾量的计算
• 5.2.2 流量系数与结构设计参数
• 5.2.3 喷雾角与结构设计参数的关系
• 5.3 空心圆锥雾喷头的设计思路
• 5.4 设计加工的喷头的雾化性能
• 5.4.1 设计的喷头结构
• 5.4.2 喷头的雾化性能
• 总结与展望
• 总结
• 展望
• 参考文献
• 附录
• 致谢