[发明专利]一种基于CFD和作物孔隙率相似性的施药雾滴沉积预测方法

摘要

本发明涉及一种基于CFD和作物孔隙度相似性的施药雾滴沉积预测方法，属于植保施药技术领域。该方法包括雾滴沉积评价物理模型建立，预测计算区域确定、网格生成、边界条件设置，预测计算及结果后处理。所述雾滴沉积评价物理模型利用抽象叶片和孔隙率依据植株形态特点按一定的方式排列组合得到；所述计算区域确定，依据实际喷雾作业情况计算得到；所述网格的生成，采用分块划分网格技术；所述边界条件设置，包括雾滴运动和不同喷雾模式设置；所述预测计算，是在装有CFD软件包的计算机上进行。所述预测结果后处理，通过CFD中的UDF功能统计雾滴沉积情况。本发明将雾滴沉积抽象模型和CFD预测结合，实现了低成本、快速、有效地预测作物植株群体雾滴全空间的沉积特性。

主权项

一种基于CFD和作物孔隙率相似性的施药雾滴沉积预测方法，其特征在于，包括雾滴沉积评价物理模型的建立，预测计算区域的确定，预测区域网格的生成，预测区域边界条件设置，雾滴沉积过程预测计算以及预测结果后处理；所述雾滴沉积评价物理模型的建立，首先根据作物不同生长期的形态特性，沿作物群体植株垂直方向自顶向下分成不同的截面层，选用孔隙率测试装置测定群体植株不同高度截面的叶片孔隙率，以测定的不同层位叶片孔隙率为基础，将群体植株的叶片抽象为圆形或实际叶片的近似形状；其次根据作物植株上中下不同位置雾滴沉积特性评价的需要，将群体植株抽象为多个不同高度的截面层，通过抽象叶片不同的排列组合方式使抽象简化层位的叶片孔隙率与实测叶片孔隙率相同；然后考虑到作物群体植株叶片空隙的随机性，在抽象简化过程中保证每层叶片孔隙率相同的条件下，抽象叶片每层至少有三种不同的排列方式，预测雾滴沉积性能时，对三种不同排列方式下的沉积情况取均值，以此来表示该层的实际雾滴沉积情况；所述预测计算区域的确定，依据实际喷雾作业时喷头雾化半锥角θ、喷头出液口距离植株冠层的距离L1，单个喷头雾化面覆盖的边界L通过L＝2L1tanθ确定，考虑喷雾过程不确定因素的影响，与喷头雾化面平行方向的边界取1.2～1.3L；根据植株高度L2和喷头出液口距离植株冠层的距离L1，确定垂直方向的边界为L1+L2；根据喷雾作业时喷雾装置的运行速度v确定沿喷雾运动方向的边界为1.1～1.2vt，其中t为喷雾时间；最终形成一个(1.2～1.3)L×(1.1～1.2)vt×(L1+L2)的计算区域；所述的预测计算区域内有N个喷头时，计算区域应取为N[(1.2～1.3)L×(1.1～1.2)vt×(L1+L2)]；所述预测区域网格的生成，根据确定的预测计算区域，为了尽可能的捕捉计算区域内部流场的细节，同时考虑计算机的计算能力，采用分块划分网格的技术，使得流场内部抽象截面附近区域的网格稍密，其它区域相对稀疏，最终达到在计算机计算能力范围内更多的捕捉内部流动细节的目的；所述预测区域边界条件的设置，包括雾滴运动和不同喷雾方式边界条件的设置；所述的雾滴运动边界条件是根据实测喷雾作业参数如雾滴粒径分布和速度等设定喷头雾化入口边界条件，在雾滴运行过程中接触到抽象叶片时设置为Trap；雾滴运行到计算区域边界时设定为Escape；所述的不同喷雾方式边界条件设置，是根据选定的喷雾方式来设置入口边界条件，如选用气流辅助喷雾模式，需设置入口气流和自然风等边界条件；所述雾滴沉积过程预测计算，是在装有CFD软件包的计算机上进行雾滴沉积过程预测计算；所述的CFD软件包优选商用FLUENT软件；运用FLUENT软件在预测区域网格化的基础上，利用有限体积法将控制方程对每一个控制体积积分，得出一组离散方程，通过求解离散方程组得出计算域内气液两相全空间的流场分布，模拟设定边界条件下预测域各网格内药液雾滴的运动情况，获得药液雾滴的沉积分布；所述的雾滴沉积预测计算过程考虑雾滴运动过程中的聚合和破碎，若喷雾过程涉及辅助气流等其它喷雾方式，同时考虑雾滴和气流的耦合作用；所述预测结果后处理，是待预测计算运行结束后，通过CFD软件中的User‑Defined Function功能编制相应的程序，统计预测域内不同位置的雾滴沉积情况，完成药液雾滴在不同区域的沉积预测。