Целенаправленное осаждение

ТЕГИ:

О. И. Мележик, О. В. Жевжик, канд.тех.наук, А. С. Кобец, канд.тех.наук

 

В условиях роста цен на пестициды и объемов их использования необходимо снизить нормы расхода пестицидов до минимума, что обеспечит уменьшение себестоимости сельскохозяйственной продукции, повышение производительности опрыскивателей и улучшение экологических показателей. Закономерности осаждения капель факела центробежного распылителя на поверхность орошения объясняют возможность перехода на новый уровень экономии

Осаждение капель имеет решающее значение для распределения рабочей жидкости по поверхности орошения, потерь от испарения и скатывания капель, норм расхода пестицида. Методы расчета норм в зависимости от дисперсности капель и параметров факела отсутствуют, расходы пестицида определены для щелевых распылителей, при этом минимальное и максимальное значения отличаются в 1,5-2 раза. Например, норма гербицида Компас 970 для борьбы с одно- и многолетними двудольными сорняками на посевах озимой пшеницы составляет 0,07-0,25 кг/га.

У центробежного распылителя «Роса» размер распыленных капель не превышает 350 мкм (детальнее в ж. «Зерно», №3, 2009 г.) и их применение перспективно для снижения расхода пестицида в 2-3 раза. О закономерностях осаждения капель этого распылителя далее.

Физическое представление об осаждении капель

Воздух из окружающей среды всасывается в корень факела вследствие сниженного давления по оси и присоединения воздуха к каплям. Сопутствующее движение капель и воздух являются определяющими для осаждения капель на поверхность орошения. Движение опрыскивателя предопределяет появление горизонтальной составляющей скорости капель.

Капли испаряются и передвигаются вместе с паром, а повышение влажности сопровождается уменьшением скорости испарения. Ветер выдувает пар из факела в окружающую среду и эта часть рабочей жидкости теряется.

На поверхность орошения капли попадают под воздействием инерционной, аэродинамической и гравитационной сил, а также броуновского движения. При столкновении с объектом опрыскивания, в зависимости от скорости движения капель и воздуха, положения и смачиваемости поверхности орошения, капли прилипают, отскакивают, сплющиваются или скатываются.

Что показывает модель

Математическая модель движения капель в факеле строится на таких допущениях: капли вылетают из точечного источника на оси факела, имеют форму шара и не взаимодействуют между собой, спектр диаметров капель распылителя известен, а температура и влажность воздуха в факеле отвечают атмосферным (детально модель описана в «Вестнике Днепропетровского государственного аграрного университета», 2007, № 1).

Схема к расчету показана на рис. 1. Распылитель движется со скоростью опрыскивателя  Uопр. На факел действует ветер со скоростью UB, а скорость воздуха, который всасывается в факел, U.

Рисунок 1. Схема к расчету движения и испарения капель

Фото факела распылителя «Роса» и траектории капель диаметром до 200 мкм, которые определяют его форму, представлены на рис. 2. Расчетный диаметр поперечного сечения на расстоянии 0,6 м отвечает фактическому.

Рисунок 2. Вид факела

 

Рисунок 3. Скорости капель в факеле

 

На рис. 3 показаны скорости капель и число Вебера при их столкновении с поверхностью We=dpU2/(z)σ. Из графиков видно, что скорости капель, определенные с помощью лазерной диагностики, сопоставимы с расчетными, что подтверждает адекватность математической модели осаждения капель в факеле распылителя. Капли осаждаются принудительно струей воздуха в факеле, а их скорости на порядок больше, чем скорость гравитационного осаждения. Состояние капель при столкновении зависит от соотношения кинетической Ek=mU2/(z)/2 и поверхностной EП энергий, где S - площадь поверхности капель. При Ek>EП капля расплющивается и измельчается.

Поскольку, то критическим для капли будет We *=12. Для распылителя «Роса» при Uz=2,02 м/с такое число Вебера имеют капли диаметром 219,4 мкм. Количество капель, которые могут расплющиваться при столкновении, меньше 1,5%. Капли с числами Wе<12 деформируются в эллипсоидальные с площадью поверхности S=Ek/σ. После достижения такой площади капля сжимается и может отскочить от поверхности. Наблюдения свидетельствуют, что под воздействием сил поверхностного натяжения и струи воздуха в факеле капли с We<12 от смачиваемой поверхности не отскакивают.

Если поверхность, с которой сталкиваются капли, расположена под углом к направлению их движения, то возможно скатывание капель. Согласно расчетам, критическими являются углы 19-39°. При пространственном размещении смачиваемых поверхностей следует ожидать увеличения потери частиц пестицида. Скатывание капель с листьев растений возможно также вследствие изменения направления их движения под действием ветра.

Рисунок 4. Осаждение капель при ветре

Рисунок 5. Температура капель и потеря массы

На рис. 4 показано поперечное сечение факела недвижимого распылителя на расстоянии 0,6 м от распылителя, при движении опрыскивателя со скоростью 12,5 км/ч и под действием ветра 3 м/с. Движение опрыскивателя практически не влияет на распределение рабочей жидкости по поверхности орошения. При ветре наблюдается изменение формы факела и перераспределение капель в нем. Влияние ветра на распределение рабочей жидкости по поверхности орошения целесообразно исследовать в полевых условиях. На рис. 5 представлена среднемассовая температура капель и часть рабочей жидкости, которая испаряется. Капли с начальным диаметром 17,1 мкм теряют при испарении до 50% своей массы. При температуре рабочей жидкости 20°С и воздуха 20°С (относительная влажность 60%) равновесная температура 13,2 °С. Капли диаметром более 171,8 мкм равновесной температуры не достигают. При этой температуре скорость испарения минимальна. Часть рабочей жидкости, которая испаряется в факеле, не превышает 2,2%. Следует отметить, что пар находится возле капли и попадает на поверхность орошения, а ее выдувание из факела возможно лишь ветром со скоростью более 0,9 м/с.

Принудительное осаждение без принуждения

Разработанная математическая модель выявляет закономерности осаждения капель факела центробежного распылителя на поверхность орошения. Капли распыленной жидкости осаждаются принудительно под действием сопутствующего движения воздуха, который всасывается в корне факела. Испарение распыленной жидкости составляет менее 2,2% и только незначительная часть пара выносится из факела и теряется. Под действием ветра происходит изменение формы факела и углов столкновения капель с поверхностью орошения с возможным измельчением капель, диаметр которых превышает 219,4 мкм.

Агротехніка України - журнал про технології техніки для сільського господарства

Сільське господарство як базис агропромислового комплексу кожної держави, розвивається з наданням максимуму уваги з боку уряду і приватних осіб. На сторінках нашого спеціалізованого журналу, представлена перевірена редакторами та корисна інформація для фермерів і інженерів, агрономів і керівників агропромислових комплексів, описується агротехніка й особливості застосування сільгосптехніки.

Для передплатників і відвідувачів: корисні дані на сторінках онлайн-журналу

Орієнтуючись на використання передових та інноваційних технологій і підвищення зручності пошуку інформації в інтернет-просторі, наш журнал створений для досвідчених і початківців фахівців

  • на сторінках онлайн-журналу публікується перевірена інформація про сільськогосподарських машинах і агротехніку, оновлення на ринку і новини від виробників;
  • інтернет-ресурс відкриває доступ до корисних і ретельно обробленим, відібраним даних, які необхідні для підвищення ефективності ведення сільського господарства;
  • тематичне розмаїття публікованих матеріалів і адаптований інтерфейс ресурсу допомагає швидко і в доступному форматі отримати доступ до необхідної інформації.

Опубліковані матеріали доповнюються фотографіями та містять перевірені, достовірні дані й зберігаються в архіві.

Користувачі та відвідувачі, рекламодавці й працюють в агропромисловому комплексі можуть оформити безкоштовну передплату і співпрацювати з нашим журналом. Ми працюємо для людей, зацікавлених в розвитку АПК, які прагнуть до підвищення ефективності й прибутковості власного бізнесу!