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

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

精準(zhǔn)施肥,采用配套農(nóng)藥在市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)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(wèn)題。在我國(guó),病蟲草害的防治主要依賴于化學(xué)防治,對(duì)農(nóng)作物增產(chǎn)增收有著至關(guān)重要的作用,由此也帶來(lái)了農(nóng)藥殘留、環(huán)境污染、人畜安全等問(wèn)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(diǎn)話題。目前,我國(guó)的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中,農(nóng)藥配制主要靠人工,農(nóng)民大多靠經(jīng)驗(yàn)配制,藥液濃度和劑量都不精確,施藥過(guò)后剩余的農(nóng)藥無(wú)法回收利用,造成大量浪費(fèi),不僅給經(jīng)濟(jì)帶來(lái)?yè)p失,對(duì)環(huán)境也危害極大。隨著國(guó)際農(nóng)業(yè)發(fā)展,我國(guó)對(duì)農(nóng)業(yè)和環(huán)保方面的投入不斷加強(qiáng),研發(fā)出精確的施藥技術(shù)與配套機(jī)具研究是精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)中的一個(gè)重點(diǎn)內(nèi)容,采用藥水分離、在線配置和裝備自動(dòng)化的施藥機(jī)具是實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)施藥的前提。因此,在線混藥裝置被廣泛應(yīng)用于植保機(jī)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(fèi),對(duì)環(huán)境也有保護(hù)作用。1混藥器類型1.1噴射裝置的設(shè)計(jì)射流裝置就是根據(jù)流體經(jīng)過(guò)噴嘴或孔板時(shí)以一定的速度射出并引射(卷吸)周圍流體的流動(dòng)這一原理設(shè)計(jì)制成的,噴射裝置由噴嘴、喉管、擴(kuò)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(shí)現(xiàn)藥水的在線混合,由于其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,可靠性高,成本較低等優(yōu)點(diǎn)被廣泛用于植保機(jī)械。1.2混合單元組成不同流體靜態(tài)混藥器始于20世紀(jì)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(yùn)動(dòng)和混合單元的特殊結(jié)構(gòu)對(duì)不同流體進(jìn)行分割、合并、旋轉(zhuǎn)等運(yùn)動(dòng),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(guó)內(nèi)外變量混藥機(jī)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(guó)學(xué)者的關(guān)注和重視。經(jīng)過(guò)多年研究,在線混藥技術(shù)取得了明顯的進(jìn)步。目前,發(fā)達(dá)國(guó)家大多采用大型機(jī)動(dòng)噴桿式噴霧機(jī),將重點(diǎn)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(jī)器運(yùn)行速度調(diào)節(jié)農(nóng)藥注入量,實(shí)現(xiàn)精量噴藥。Hloben最先采用了體積平均信號(hào)處理的方法,研制了在線混藥過(guò)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(duì)傳感器的結(jié)構(gòu)進(jìn)行了改進(jìn),使傳感器嵌入在混藥器結(jié)構(gòu)的內(nèi)部。由于測(cè)量方法的本質(zhì)并沒(méi)有改變,因此Vondricka等給出的仍然是體積平均濃度。英國(guó)AgriFuturaDose2000型機(jī)具配備了一個(gè)30L的農(nóng)藥容器,計(jì)量泵從該容器中吸取農(nóng)藥。根據(jù)作業(yè)參數(shù)來(lái)確定計(jì)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(lái)自水箱的水混合稀釋后再流向噴桿。這種方法保護(hù)環(huán)境,對(duì)人身安全沒(méi)有威脅,在經(jīng)濟(jì)效益上有著突出的優(yōu)點(diǎn);消除了配藥時(shí)操作人員與農(nóng)藥的接觸,同時(shí)農(nóng)藥用量可以隨時(shí)調(diào)節(jié),有效防止過(guò)量施藥。20世紀(jì)60年代,美國(guó)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(diǎn)受到人們更多關(guān)注,同時(shí),新型混合元件應(yīng)運(yùn)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(guó)的Kenics型、Ross型,瑞士的SulzerSMV型、SMX型和SMXL型,日本的Hi型。Rui.Ruivo對(duì)Kenics靜態(tài)混合器在高壓下時(shí)內(nèi)部流體特性進(jìn)行了研究,在不同溫度、壓力、主次相流量比、入流方式下測(cè)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(wú)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(qiáng)化傳質(zhì)。S.Hirschberg等改進(jìn)了SMX型靜態(tài)混合器,與改進(jìn)前相比,壓降減少50%,利用CFD方法最后得到了改進(jìn)后混合器的壓力場(chǎng)、停留時(shí)間分布以及混合效果,通過(guò)試驗(yàn)驗(yàn)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(dòng)周期性變化,能夠促進(jìn)無(wú)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(shí)間,低雷諾數(shù)時(shí),混合所需要的時(shí)間隨粘性比的增大而減小,在高雷諾數(shù)下時(shí)情況相反,最后得到混合耗時(shí)是速度、流體進(jìn)口尺度、粘性的函數(shù)。2.2中國(guó)研究與應(yīng)用現(xiàn)狀2.2.1射流混藥器網(wǎng)絡(luò)陳長(zhǎng)林等用2個(gè)單級(jí)射流泵串聯(lián)組合成兩級(jí)射流泵,提高了傳能效率、壓強(qiáng)比增加、混合比降低,對(duì)噴槍末端正常噴霧壓力的形成有利。對(duì)比試驗(yàn)驗(yàn)證兩級(jí)射流泵優(yōu)勢(shì)所在,通過(guò)改變其參數(shù),總結(jié)變化規(guī)律,為新型自動(dòng)混藥器的開(kāi)發(fā)提供依據(jù)。何培杰等對(duì)射流混藥裝置的混合管進(jìn)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(guò)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(yàn)參數(shù)設(shè)計(jì)出射流混藥器,對(duì)其進(jìn)行射流混藥的測(cè)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(wèn)題,為了實(shí)現(xiàn)其智能精確控制,陳志剛等以LabVIEW為開(kāi)發(fā)環(huán)境,設(shè)計(jì)出上位機(jī)人機(jī)交互界面,下位機(jī)系統(tǒng)是以TMS320F2812芯片為核心而設(shè)計(jì)出來(lái)的,利用串口通信實(shí)現(xiàn)上下機(jī)位之間的數(shù)據(jù)共享。上機(jī)位用于數(shù)據(jù)輸入、顯示和存儲(chǔ),下機(jī)位用于獨(dú)立控制水流量和藥流量。通過(guò)標(biāo)定試驗(yàn)來(lái)擬合電動(dòng)機(jī)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(guò)藥原液控制跟蹤性能等一系列試驗(yàn),控制水流量的相對(duì)誤差在2%以內(nèi),控制藥流量的相對(duì)誤差在3%以內(nèi)。通過(guò)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(duì)2個(gè)不對(duì)稱噴嘴形成的對(duì)置撞擊流在大噴嘴間距下的軸線速度分布和駐點(diǎn)偏移規(guī)律、徑向射流的湍流脈動(dòng)特征、速度分布和擴(kuò)展率等進(jìn)行了一系列試驗(yàn)研究。2.2.2靜態(tài)混合器內(nèi)高粘度流體的流動(dòng)模擬研究靜態(tài)混合器在混合、萃取、乳化、強(qiáng)化反應(yīng)和強(qiáng)化傳熱等方面廣泛應(yīng)用。很多學(xué)者從實(shí)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(duì)內(nèi)置長(zhǎng)翼片式靜態(tài)混藥器進(jìn)行模擬,分析了混藥器內(nèi)部流場(chǎng),優(yōu)化其機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)?；跓o(wú)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(gè)橫切面,對(duì)流體的擾動(dòng)大大增加。趙建華等對(duì)SMV型靜態(tài)混合器的流場(chǎng)進(jìn)行數(shù)值模擬和試驗(yàn)研究,得到對(duì)稱面上速度分布情況,模擬結(jié)果和試驗(yàn)所得速度場(chǎng)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(dòng)改進(jìn)模型,用Poincare映射方法仿真模擬了混合器內(nèi)部流體的動(dòng)力學(xué)行為,得出SK混合器內(nèi)高粘度流體徑向流動(dòng)存在混沌特性。張鴻雁等對(duì)內(nèi)置翼片式混藥器混合效果進(jìn)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(shí),長(zhǎng)翼片類型的混合效果好,能量損失低。金文通過(guò)改變混合器內(nèi)翼片的排列方式,對(duì)比了順排和錯(cuò)排2種情況下的流體混合效果,試驗(yàn)結(jié)果證明錯(cuò)排的混合效果更好。尹紅霞對(duì)混合器內(nèi)翼片錯(cuò)排,角度從30°~60°逐漸變大,試驗(yàn)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(wèn)題射流式混藥器存在混藥比較大且不穩(wěn)定,壓強(qiáng)比較低的缺點(diǎn)。設(shè)備利用流體質(zhì)點(diǎn)間的撞擊傳遞能量,混合過(guò)程產(chǎn)生的漩渦摩擦喉管內(nèi)壁,會(huì)產(chǎn)生能量損失。另外,流體流經(jīng)擴(kuò)散管,也會(huì)產(chǎn)生擴(kuò)散損失,導(dǎo)致成本提高,效率低。對(duì)于混藥器內(nèi)部流場(chǎng)的分析計(jì)算,由于其混藥過(guò)程的復(fù)雜,很難得到精確的理論研究結(jié)果。研究過(guò)程中使用的參數(shù)大多來(lái)自試驗(yàn)結(jié)果,局限性很大。如今,許多學(xué)者通過(guò)數(shù)值模擬分析混藥器的內(nèi)部流動(dòng),有助于混藥器結(jié)構(gòu)進(jìn)行改進(jìn),提高混藥器效率。大型數(shù)字計(jì)算機(jī)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(yàn)研究,但是,混藥過(guò)程太過(guò)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(yàn)常數(shù)。目前,針對(duì)射流式混藥器影響其性能的研究不是很多,對(duì)其結(jié)構(gòu)的研究不夠全面,都是針對(duì)某一固定結(jié)構(gòu)的混藥器進(jìn)行局部調(diào)節(jié),得到的結(jié)論不能夠用于指導(dǎo)設(shè)計(jì)。如果結(jié)構(gòu)改變,對(duì)混藥器性能的影響缺乏深入分析。與動(dòng)態(tài)混藥器相比,靜態(tài)混藥器對(duì)流體分散效果好、能耗低、效率高、易于實(shí)現(xiàn)等優(yōu)點(diǎn),但是雖然靜態(tài)混藥器有很多優(yōu)點(diǎn),仍存在其局限性。使用靜態(tài)混藥器前,要對(duì)應(yīng)用對(duì)象性質(zhì)和基本混合過(guò)程進(jìn)行簡(jiǎn)要分析,初步判定該設(shè)備能否使用;該設(shè)備主要是對(duì)兩相接觸進(jìn)行強(qiáng)化,但不能促進(jìn)化學(xué)反應(yīng)速率,不適用于兩相間化學(xué)反應(yīng)時(shí)間長(zhǎng)的混合過(guò)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(duì)于在混合過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生相變的反應(yīng)要特別注意,否則會(huì)影響預(yù)期效果。4安全用藥在線混合用藥化學(xué)防治對(duì)于我國(guó)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(duì)施藥設(shè)備和施藥效果的要求越來(lái)越高,在能防治病蟲草害的前提下,又要節(jié)約資源,保護(hù)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(xiàng)重大突