[發明專利]一種基于CFD和作物孔隙率相似性的施藥霧滴沉積預測方法

有效

• 申請號: 201710493109.7
• 申請日: 2017-06-22
• 公開（公告）號: CN107145692B
• 公開（公告）日: 2020-03-10
• 發明（設計）人: 劉雪美;劉興華;李揚;苑進;趙新學;張海淑
• 申請（專利權）人: 山東農業大學
• 主分類號: G06F30/20
• 分類號: G06F30/20
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

1.一種基于CFD和作物孔隙率相似性的施藥霧滴沉積預測方法，其特征在于，包括霧滴沉積評價物理模型的建立，預測計算區域的確定，預測區域網格的生成，預測區域邊界條件設置，霧滴沉積過程預測計算以及預測結果后處理；

所述霧滴沉積評價物理模型的建立，首先根據作物不同生長期的形態特性，沿作物群體植株垂直方向自頂向下分成不同的截面層，選用孔隙率測試裝置測定群體植株不同高度截面的葉片孔隙率，以測定的不同層位葉片孔隙率為基礎，將群體植株的葉片抽象為圓形或實際葉片的近似形狀；其次根據作物植株上中下不同位置霧滴沉積特性評價的需要，將群體植株抽象為多個不同高度的截面層，通過抽象葉片不同的排列組合方式使抽象簡化層位的葉片孔隙率與實測葉片孔隙率相同；然后考慮到作物群體植株葉片空隙的隨機性，在抽象簡化過程中保證每層葉片孔隙率相同的條件下，抽象葉片每層至少有三種不同的排列方式，預測霧滴沉積性能時，對三種不同排列方式下的沉積情況取均值，以此來表示該層的實際霧滴沉積情況；

所述預測計算區域的確定，依據實際噴霧作業時噴頭霧化半錐角、噴頭出液口距離植株冠層的距離，單個噴頭霧化面覆蓋的邊界L通過確定，考慮噴霧過程不確定因素的影響，與噴頭霧化面平行方向的邊界取1.2~1.3L；根據植株高度和噴頭出液口距離植株冠層的距離，確定垂直方向的邊界為；根據噴霧作業時噴霧裝置的運行速度v確定沿噴霧運動方向的邊界為1.1~1.2vt，其中t為噴霧時間；最終形成一個的計算區域；所述的預測計算區域內有N個噴頭時，計算區域應取為；

所述預測區域網格的生成，根據確定的預測計算區域，為了盡可能的捕捉計算區域內部流場的細節，同時考慮計算機的計算能力，采用分塊劃分網格的技術，使得流場內部抽象截面附近區域的網格稍密，其它區域相對稀疏，最終達到在計算機計算能力范圍內更多的捕捉內部流動細節的目的；

所述預測區域邊界條件的設置，包括霧滴運動和不同噴霧方式邊界條件的設置；所述的霧滴運動邊界條件是根據實測噴霧作業參數霧滴粒徑分布和速度設定噴頭霧化入口邊界條件，在霧滴運行過程中接觸到抽象葉片時設置為Trap；霧滴運行到計算區域邊界時設定為Escape；所述的不同噴霧方式邊界條件設置，是根據選定的噴霧方式來設置入口邊界條件，選用氣流輔助噴霧模式，需設置入口氣流和自然風邊界條件；

所述霧滴沉積過程預測計算，是在裝有CFD軟件包的計算機上進行霧滴沉積過程預測計算；所述的CFD軟件選用商用FLUENT軟件；運用FLUENT軟件在預測區域網格化的基礎上，利用有限體積法將控制方程對每一個控制體積積分，得出一組離散方程，通過求解離散方程組得出計算域內氣液兩相全空間的流場分布，模擬設定邊界條件下預測域各網格內藥液霧滴的運動情況，獲得藥液霧滴的沉積分布；所述的霧滴沉積預測計算過程考慮霧滴運動過程中的聚合和破碎，若噴霧過程涉及輔助氣流其它噴霧方式，同時考慮霧滴和氣流的耦合作用；

所述預測結果后處理，是待預測計算運行結束后，通過CFD軟件中的User-DefinedFunction功能編制相應的程序，統計預測域內不同位置的霧滴沉積情況，完成藥液霧滴在不同區域的沉積預測。