主要集中在无侧风状态下的喷头类型、喷雾压力及辅助气流速度等多种因素对于飘移影响的显著性分析，针对不同侧风和风幕风速对雾滴飘移交互作用的研究较少，个别相关研究集中在流场仿真与数值分析，而侧风作用是实际喷雾作业时不可避免的问题。本文通过室内试验风场产生不同速度的侧风，利用风幕式喷杆喷雾喷雾性能测试系统对不同侧风和不同风幕气流下的雾滴飘移情况进行试验研究，探究不同侧风和风幕气流对风幕式喷杆喷雾雾滴飘移的影响规律，以期为风幕式喷杆喷雾机防飘技术研究和作业参数优化提供参考。
1 雾滴飘移评价指标
1.1 质量中心距
质量中心距D是衡量喷雾飘移潜力的指标。质量中心距越大，表明沉降的雾滴与喷头喷雾正下方的距离越远，喷雾在喷头下方靶标区的沉降量越少，即飘移越严重[18]。质量中心距D的计算公式为
式中 D—飘移质量中心距(%)；
i—V 型槽编号(1～50)；
z—V 型槽总个数；
mi—第i个V型槽内的雾滴质量(kg)；
di—第i个V型槽中心到喷头的水平距离(mm)。
1.2 飘移率
飘移率β是雾滴飘失程度的最直观衡量指标。飘移率β越小，沉降在靶标区域的有效雾滴越多，表明雾流抗飘失能力越强。飘移率β的计算公式[11]为
式中 β—飘移率(%)；
k—不同采样范围内V型槽的数量；
M—试验用喷头的实际喷雾总量(g)。
2 试验方法与设计
2.1 试验装置
本试验安排在江苏大学现代农业装备与技术教育部重点实验室进行，采用了自制的风幕式喷杆喷雾喷雾性能测试系统(见图1)进行雾滴飘移试验。
1.隔膜泵 2.药箱 3.轴流风机 4.变频器 5.风幕气囊 6.风速仪 7.喷杆 8.扇形喷头 9.压力表 10.智能流量计 11.开关阀图1 风幕式喷杆喷雾喷雾性能测试系统原理图Fig.1 Test system of air-assist boom spraying
该测试系统由风幕控制部分、喷雾调节部分及喷杆运动控制部分3部分组成。风幕控制部分包括轴流风机、变频器和风幕气囊，通过变频器控制轴流风机转速，利用KA31型热线风速仪对风幕出风口风速进行标定，轴流风机与风幕气囊均固定于机架上且两者密封联接。喷雾调节部分包括隔膜泵、药箱、开关阀、压力表、智能流量计、喷杆和喷头。喷杆运动控制部分由滚珠丝杠、喷杆及U型卡环组成，喷杆的前后和上下运动是通过滚阻丝杠的传动实现，通过调节U型卡环可以改变喷杆绕自身轴线的旋转角度。该系统主要的技术参数如表1所示。
表1 风幕式喷杆喷雾测试系统的主要技术参Table 1 Main parameters of air-assist boom主要装置技术名称参数Altivar 21H 异步电机变频器变频范围/Hz0～50SF-3.5型轴流风机风量/m3·h-16500转速/r·min-12900DP-130型隔膜`泵(15W)额定压力/MPa1流量/L·min-11.7药箱容积/L60BS210S电子天平质量/mg0.1LWGY-N型涡轮流量计测量范围/m3·h-10～0.25Y-100型压力表测量范围/MPa0～0.6LECHLER ST110-01标准扇形喷头喷雾角/( °)110KA31型热线风速仪测量范围/m·s-10～50
2.2 试验设计
为研究不同侧风和风幕风速对风幕式喷杆喷雾雾滴飘移的影响规律，首先进行风幕气流不同作用方式下的防飘移对比试验，确定最佳风幕气流作用位置，然后进行飘移测量试验。设计5个风幕风速水平和4种侧风风速，如表2所示。
表2 试验变量Table 2 Experimental variables m/s侧风风速风幕风速15、10、15、20、2535、10、15、20、2555、10、15、20、251～5之间变化非恒速风5、10、15、20、25
本文所述风幕风速和侧风风速均为该类风稳定作用时喷头中心位置处的平均风速，风向与
挂式小便器该类风相同，1～5变化非恒速风用来模拟变化自然风，采用混沌方程向变频器输入数据[19]来生成，即
xn+1=a·[xn+0.8-2sin(2π·xn)]
其中，xn+1为第 n+1 时刻的风速(m/s)；xn为第 n时刻的风速(m/s)；a为风的强度系数[19]，取值 1.067。方程提供的模拟自然风的平均风速为 2.4 m/s，风速范围为 1～5 m/s。
2.2.1 测量坐标系的设置
选取喷头喷雾中心点为坐标原点，选取竖直向下为y轴正方向，侧风气流方向为x轴正方向，与yox平面垂直向外为z轴正方向，喷头中心点与风幕出风口中心的水平距离为Dx(mm)，风幕气流形成的风场在x轴方向具有一定厚度，但本文定义风幕气流在竖直方向垂直于x轴且过风幕出风口中心点的截面到喷头中心的距离亦为Dx，即认为喷头中心点到风幕的距离就是到风幕中心截面的距离，喷头中心点与出风口中心的垂直距离为Dy(mm)。图2为试验测试坐标系。
图2 测试坐标系图Fig.2 Measuring coordinates
2.2.2 风幕气流不同作用方式下的防飘对比试验
冰雕模具以喷杆所在位置为基准，定义侧风上风向为前方，根据喷头中心与风幕出风口中心的水平距离，将风幕气流作用方式分为喷杆前方、喷杆上方、喷杆后方，喷雾压力取0.5MPa，侧风风速为5m/s，风幕风速15m/s，喷头中心与风幕出风口中心的垂直距离Dy为最小距离10mm，调节水平距离Dx为-120、-60、0、60、120mm；喷雾持续1min后关闭开关，等待30s后对烧杯内收集的雾滴进行称重；每组试验重复3次，测定风幕气流不同作用方式下的雾滴飘移数据。试验时无自然风，环境温度为(25±1)℃，相对湿度为64%。
2.2.3 雾滴漂移试验胸针设计
1)试验系统。雾滴飘移试验系统由风幕式喷杆喷雾测试系统与雾型收集装置搭建组成，该雾型收集装置在水平方向上布置有50个用以接收沉积雾滴的V形槽，V形槽平面倾斜角度为5°，试验布置如图3(a)所示。喷杆上对称布置4个Lechler ST110-01标准扇形喷头，喷头间距30cm，集雾采样面为6m×2.5m矩形平面，每个V型槽出口端下方放置一个烧杯(容量200mL)，并将烧杯从左至右依次编号1～50。喷头所在yoz平面与集雾采样面交线为基准线，左侧为正，右侧为负。侧风风场为1.5m×1.5m的平面无边界风[19]，侧风风机与喷头
所在yoz平面距离为2m。
2)试验过程。喷雾压力取0.5MPa，喷头与风幕出风口垂直距离Dy取最小距离10mm，水平距离Dx为0，喷头距离集雾采样面600mm。依据表2安排试验，每次喷雾时间为1min，用BS210S电子天平依次称取每个烧杯内水的质量，并记录，每组试验重复3次；试验时无自然风，环境温度为(26±1)℃，相对湿度为66%。图3(b)为雾滴飘移试验现场图。
试验开始前收集4个喷头在0.5MPa压力下喷雾1min时间的总喷雾量，并用电子天平称重记录；每组试验喷雾结束后，等待30s后待集雾槽内水流干后再对烧杯依序号称量。
1.V形槽 2.雾滴边缘 3.扇形喷头 4.喷杆 5.侧风 6.侧风风机(a) 试验布置
(b) 雾滴飘移试验现场图图3 雾滴飘移试验图Fig.3 Diagram of droplet drift test
3 结果与分析
3.1 防飘对比试验结果与分析
图4为风幕气流不同作用方式下雾滴飘移率变化情况。由图4可知：风幕气流与喷杆水平距
离越小，飘移率越低；相等水平距离下，风幕气流位于喷杆前方时的飘移率高；风幕气流位于喷杆正上方时雾滴飘移率最小(21%)，略小于位于喷杆后方时，考虑到风幕气流对靶标叶片具有翻滚作用并可增大雾滴动能，加快雾滴到达靶标。因此，在防飘效果无显著差异的情况下，风幕式喷杆喷雾作业时选择风幕气流作用于喷杆正上方的方式。
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