我國農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的現(xiàn)狀與發(fā)展

我國農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的現(xiàn)狀與發(fā)展

精準施肥,采用配套農(nóng)藥在市場經(jīng)濟快速發(fā)展的今天，人們更加重視生活質(zhì)量、食品安全和污染等問題。在我國,病蟲草害的防治主要依賴于化學(xué)防治,對農(nóng)作物增產(chǎn)增收有著至關(guān)重要的作用,由此也帶來了農(nóng)藥殘留、環(huán)境污染、人畜安全等問題。如何降低施藥量、提高農(nóng)藥使用效率成為擺在面前的又一熱點話題。目前,我國的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程中,農(nóng)藥配制主要靠人工,農(nóng)民大多靠經(jīng)驗配制,藥液濃度和劑量都不精確,施藥過后剩余的農(nóng)藥無法回收利用,造成大量浪費,不僅給經(jīng)濟帶來損失,對環(huán)境也危害極大。隨著國際農(nóng)業(yè)發(fā)展,我國對農(nóng)業(yè)和環(huán)保方面的投入不斷加強,研發(fā)出精確的施藥技術(shù)與配套機具研究是精準農(nóng)業(yè)中的一個重點內(nèi)容,采用藥水分離、在線配置和裝備自動化的施藥機具是實現(xiàn)精準施藥的前提。因此,在線混藥裝置被廣泛應(yīng)用于植保機械,在噴霧設(shè)備上設(shè)置藥箱、水箱,利用噴霧管道系統(tǒng),按照一定的比例完成農(nóng)藥的在線混合,按需配藥,不僅節(jié)省了人力,提高了工作效率,還避免了農(nóng)藥浪費,對環(huán)境也有保護作用。1混藥器類型1.1噴射裝置的設(shè)計射流裝置就是根據(jù)流體經(jīng)過噴嘴或孔板時以一定的速度射出并引射(卷吸)周圍流體的流動這一原理設(shè)計制成的,噴射裝置由噴嘴、喉管、擴散管及吸入室組成。該裝置利用管道系統(tǒng)的內(nèi)部壓力實現(xiàn)藥水的在線混合,由于其結(jié)構(gòu)簡單,可靠性高,成本較低等優(yōu)點被廣泛用于植保機械。1.2混合單元組成不同流體靜態(tài)混藥器始于20世紀70年代初,由一系列安裝在空心管道中的不規(guī)則混合單元組成,利用流體運動和混合單元的特殊結(jié)構(gòu)對不同流體進行分割、合并、旋轉(zhuǎn)等運動,使流體混合均勻。其混合效果良好,并且適用于較寬雷諾數(shù)的范圍,代替了傳統(tǒng)攪拌混合方式。2國內(nèi)外變量混藥機的研究和應(yīng)用2.1高效、穩(wěn)定的混合方法1970年,農(nóng)藥在線混合技術(shù)被Amsden首次提出,引起了各國學(xué)者的關(guān)注和重視。經(jīng)過多年研究,在線混藥技術(shù)取得了明顯的進步。目前,發(fā)達國家大多采用大型機動噴桿式噴霧機,將重點放在外加能源的在線混藥技術(shù)。當(dāng)水量恒定,利用外加能源,根據(jù)機器運行速度調(diào)節(jié)農(nóng)藥注入量,實現(xiàn)精量噴藥。Hloben最先采用了體積平均信號處理的方法,研制了在線混藥過程中平均濃度變化的光纖光度傳感器在Hloben的研究基礎(chǔ)上,Vondricka對傳感器的結(jié)構(gòu)進行了改進,使傳感器嵌入在混藥器結(jié)構(gòu)的內(nèi)部。由于測量方法的本質(zhì)并沒有改變,因此Vondricka等給出的仍然是體積平均濃度。英國AgriFuturaDose2000型機具配備了一個30L的農(nóng)藥容器,計量泵從該容器中吸取農(nóng)藥。根據(jù)作業(yè)參數(shù)來確定計量泵的具體活塞行程,使農(nóng)藥藥量增加或減少。農(nóng)藥在混合室與來自水箱的水混合稀釋后再流向噴桿。這種方法保護環(huán)境,對人身安全沒有威脅,在經(jīng)濟效益上有著突出的優(yōu)點;消除了配藥時操作人員與農(nóng)藥的接觸,同時農(nóng)藥用量可以隨時調(diào)節(jié),有效防止過量施藥。20世紀60年代,美國Kencis公司研發(fā)了靜態(tài)混藥器,基于其性能良好、應(yīng)用范圍廣泛的優(yōu)點受到人們更多關(guān)注,同時,新型混合元件應(yīng)運而生。目前,技術(shù)比較成熟而且應(yīng)用比較廣泛的混合器主要有6種:美國的Kenics型、Ross型,瑞士的SulzerSMV型、SMX型和SMXL型,日本的Hi型。Rui.Ruivo對Kenics靜態(tài)混合器在高壓下時內(nèi)部流體特性進行了研究,在不同溫度、壓力、主次相流量比、入流方式下測量混合器內(nèi)部質(zhì)量的傳遞速率,得到質(zhì)量的傳遞速率和無量綱參數(shù)的函數(shù)關(guān)系式,側(cè)面證明靜態(tài)混合器能夠強化傳質(zhì)。S.Hirschberg等改進了SMX型靜態(tài)混合器,與改進前相比,壓降減少50%,利用CFD方法最后得到了改進后混合器的壓力場、停留時間分布以及混合效果,通過試驗驗證,兩者一致性較好。AlbertRenken等研究了混合單元擺放位置周期性變化引起混合器內(nèi)部流體流動周期性變化,能夠促進無序混合的發(fā)生。ChristianLindenberg研究得出主次相不同粘性比下的混合時間,低雷諾數(shù)時,混合所需要的時間隨粘性比的增大而減小,在高雷諾數(shù)下時情況相反,最后得到混合耗時是速度、流體進口尺度、粘性的函數(shù)。2.2中國研究與應(yīng)用現(xiàn)狀2.2.1射流混藥器網(wǎng)絡(luò)陳長林等用2個單級射流泵串聯(lián)組合成兩級射流泵,提高了傳能效率、壓強比增加、混合比降低,對噴槍末端正常噴霧壓力的形成有利。對比試驗驗證兩級射流泵優(yōu)勢所在,通過改變其參數(shù),總結(jié)變化規(guī)律,為新型自動混藥器的開發(fā)提供依據(jù)。何培杰等對射流混藥裝置的混合管進行了數(shù)值模擬,得出徑向速度和軸向速度在混合管內(nèi)的分布規(guī)律。邱白晶等通過建立射流混藥裝置的數(shù)學(xué)模型,確定了射流混藥裝置數(shù)值模擬方案,根據(jù)所得試驗參數(shù)設(shè)計出射流混藥器,對其進行射流混藥的測試研究。在線射流混藥技術(shù)存在混藥比可調(diào)范圍較窄和控制混藥精度較低的問題,為了實現(xiàn)其智能精確控制,陳志剛等以LabVIEW為開發(fā)環(huán)境,設(shè)計出上位機人機交互界面,下位機系統(tǒng)是以TMS320F2812芯片為核心而設(shè)計出來的,利用串口通信實現(xiàn)上下機位之間的數(shù)據(jù)共享。上機位用于數(shù)據(jù)輸入、顯示和存儲,下機位用于獨立控制水流量和藥流量。通過標定試驗來擬合電動機轉(zhuǎn)速和水流量的函數(shù)關(guān)系以及電控閥電壓和藥流量的函數(shù)關(guān)系。通過藥原液控制跟蹤性能等一系列試驗,控制水流量的相對誤差在2%以內(nèi),控制藥流量的相對誤差在3%以內(nèi)。通過設(shè)置該混藥器的控制系統(tǒng),能夠得到合適的混藥比值,混藥比的調(diào)節(jié)寬度增加了數(shù)10倍。目前,單噴嘴射流和撞擊流應(yīng)用的基礎(chǔ)研究有了一定的成果,孫志剛等對2個不對稱噴嘴形成的對置撞擊流在大噴嘴間距下的軸線速度分布和駐點偏移規(guī)律、徑向射流的湍流脈動特征、速度分布和擴展率等進行了一系列試驗研究。2.2.2靜態(tài)混合器內(nèi)高粘度流體的流動模擬研究靜態(tài)混合器在混合、萃取、乳化、強化反應(yīng)和強化傳熱等方面廣泛應(yīng)用。很多學(xué)者從實際需要和生產(chǎn)需要角度出發(fā),研發(fā)出多種類型靜態(tài)混合器,取得了良好的效果。董海宏采用數(shù)值模擬方法,對內(nèi)置長翼片式靜態(tài)混藥器進行模擬,分析了混藥器內(nèi)部流場,優(yōu)化其機構(gòu)設(shè)計?；跓o序混合理論,研制出變徑螺旋帶靜態(tài)混合器,混合單元分布于整個橫切面,對流體的擾動大大增加。趙建華等對SMV型靜態(tài)混合器的流場進行數(shù)值模擬和試驗研究,得到對稱面上速度分布情況,模擬結(jié)果和試驗所得速度場比較吻合。孟輝波等,建立了SK型靜態(tài)混合器內(nèi)高粘度流體的流動改進模型,用Poincare映射方法仿真模擬了混合器內(nèi)部流體的動力學(xué)行為,得出SK混合器內(nèi)高粘度流體徑向流動存在混沌特性。張鴻雁等對內(nèi)置翼片式混藥器混合效果進行了大渦模擬,當(dāng)縱向偏轉(zhuǎn)角度和翼片間距等參數(shù)相同時,長翼片類型的混合效果好,能量損失低。金文通過改變混合器內(nèi)翼片的排列方式,對比了順排和錯排2種情況下的流體混合效果,試驗結(jié)果證明錯排的混合效果更好。尹紅霞對混合器內(nèi)翼片錯排,角度從30°~60°逐漸變大,試驗結(jié)果顯示,改變后混合效果更好。3混藥器結(jié)構(gòu)性能方面存在的問題射流式混藥器存在混藥比較大且不穩(wěn)定,壓強比較低的缺點。設(shè)備利用流體質(zhì)點間的撞擊傳遞能量,混合過程產(chǎn)生的漩渦摩擦喉管內(nèi)壁,會產(chǎn)生能量損失。另外,流體流經(jīng)擴散管,也會產(chǎn)生擴散損失,導(dǎo)致成本提高,效率低。對于混藥器內(nèi)部流場的分析計算,由于其混藥過程的復(fù)雜,很難得到精確的理論研究結(jié)果。研究過程中使用的參數(shù)大多來自試驗結(jié)果,局限性很大。如今,許多學(xué)者通過數(shù)值模擬分析混藥器的內(nèi)部流動,有助于混藥器結(jié)構(gòu)進行改進,提高混藥器效率。大型數(shù)字計算機使數(shù)字模擬從一維發(fā)展到三維,在一定程度上取代了試驗研究,但是,混藥過程太過復(fù)雜,假設(shè)的理論條件比較苛刻,數(shù)字模擬在很大程度上還是要依賴于經(jīng)驗常數(shù)。目前,針對射流式混藥器影響其性能的研究不是很多,對其結(jié)構(gòu)的研究不夠全面,都是針對某一固定結(jié)構(gòu)的混藥器進行局部調(diào)節(jié),得到的結(jié)論不能夠用于指導(dǎo)設(shè)計。如果結(jié)構(gòu)改變,對混藥器性能的影響缺乏深入分析。與動態(tài)混藥器相比,靜態(tài)混藥器對流體分散效果好、能耗低、效率高、易于實現(xiàn)等優(yōu)點,但是雖然靜態(tài)混藥器有很多優(yōu)點,仍存在其局限性。使用靜態(tài)混藥器前,要對應(yīng)用對象性質(zhì)和基本混合過程進行簡要分析,初步判定該設(shè)備能否使用;該設(shè)備主要是對兩相接觸進行強化,但不能促進化學(xué)反應(yīng)速率,不適用于兩相間化學(xué)反應(yīng)時間長的混合過程;另外該設(shè)備主要用于液液混合,粉劑與液體混合,不具有粉碎固體顆粒的作用;對于在混合過程中會產(chǎn)生相變的反應(yīng)要特別注意,否則會影響預(yù)期效果。4安全用藥在線混合用藥化學(xué)防治對于我國農(nóng)業(yè)增收增產(chǎn)有著至關(guān)重要的作用,隨著科技發(fā)展,人們對施藥設(shè)備和施藥效果的要求越來越高,在能防治病蟲草害的前提下,又要節(jié)約資源,保護環(huán)境,降低農(nóng)藥殘留等等?；焖幏绞綇念A(yù)混式發(fā)展到在線混合是安全用藥的一項重大突