Mess Spray Tröpfchengröße von landwirtschaftlichen Düsen mit Laserbeugung

Zusammenfassung

Wir präsentieren Protokolle bei der Messung der Spritztröpfchengröße von landwirtschaftlichen Düsen in beiden Luft- und Boden basierte agrochemische Anwendungen verwendet werden. Diese Methoden vorgestellt wurden entwickelt, konsistente und reproduzierbare Tröpfchengröße Daten zu liefern, sowohl inter- und intra Labor, wenn Laserbeugungssysteme verwendet werden.

Zusammenfassung

Wenn Sie eine Anwendung aus irgendeinem Material Pflanzenschutz zur, wie ein Herbizid oder Pestizid verwendet der Applikator eine Vielzahl von Fähigkeiten und Informationen , um eine Anwendung zu machen , so dass das Material mit der Zielstelle (dh Anlage) erreicht. Information kritisch ist bei diesem Verfahren die Tropfengröße, die eine bestimmte Sprühdüse, Sprühdruck und Kombination Sprühlösung erzeugt als stark Tröpfchengrße Produktwirksamkeit und wie die Spritz bewegt sich durch die Umwelt beeinflusst. Forscher und Produkthersteller verwenden häufig Laserbeugung Ausrüstung der Spritztröpfchengröße im Labor Windkanäle zu messen. Die hier vorgestellten Arbeiten beschreibt bei der Herstellung von Spritztröpfchengröße Messungen mit Laserbeugungsgeräte verwendeten Methoden sowohl für Boden- und Lufteinsatzszenarien, die verwendet werden können, inter- und intra Labor Präzision zu gewährleisten, während Stichprobenverzerrung mit Laserbeugungssystemen verbunden zu minimieren. Die Aufrechterhaltung kritischen Mess diHaltungen und gleichzeitige Luftstrom im gesamten Testprozess ist dieser Präzision Schlüssel. Echtzeit-Datenqualitätsanalyse ist ebenfalls kritisch überschüssige Variation in den Daten oder Fremd Aufnahme von fehlerhaften Daten zu verhindern. Einige Beschränkungen dieses Verfahrens umfassen atypische Sprühdüsen, Sprühlösungen oder Anwendungsbedingungen, die in Sprühstrahlen führen, die nicht vollständig innerhalb der Messabstände diskutiert zerstäuben kann. Erfolgreiche Adaption dieses Verfahren kann ein hocheffizientes Verfahren zur Bewertung der Leistung von agrochemischen Sprühauftrag Düsen unter einer Vielzahl von Betriebseinstellungen bereitzustellen. Diskutiert sind mögliche experimentelle Design-Überlegungen, die Funktionalität der Daten enthalten sein können, gesammelt zu verbessern.

Einleitung

Wenn alle agrochemischen Sprühauftrag machen, sind die wichtigsten Anliegen maximale biologische Wirksamkeit zu gewährleisten, während alle Off-Target-Bewegung und die damit verbundenen negativen Auswirkungen auf die Umwelt oder andere Nichtziel biologischen Schaden zu minimieren. Gesamt Sprühablage, Wirksamkeit zu beeinflussen, und Drift Eine der wichtigsten Faktoren, die bei jeder Sprayer einrichten, vor einer Anwendung ist die Tröpfchengröße, die als eine der primären Parameter erkannt lang ist. Zwar gibt es eine Reihe anderer Faktoren, die potenziell Sprühablage und Drift beeinflussen, ist die Tröpfchengröße eines der am einfachsten auf die Bedürfnisse eines bestimmten Anwendungsszenario passen zu ändern. Tröpfchengröße aus jedem landwirtschaftlichen Sprühdüse wird durch eine Anzahl von Faktoren, einschließlich beeinflusst, aber nicht beschränkt auf, Düsentyp, Düsenöffnungsgröße, Sprühdruck und Sprühlösung physikalische Eigenschaften. Bei aerial Anwendungen, was die zusätzliche Einfluss der Luftscher von der Luftgeschwindigkeit des Flugzeugs und derOrientierung in Bezug der Düse zu diesem airshear bewirkt sekundäre Aufbrechen der Sprays , die Düsen ¹ zu verlassen. Mit all diesen Faktoren sind Applikatoren mit der schwierigen Aufgabe, Auswahl und operativen Aufbau der Entscheidungsfindung richtige Düse gegenüber, die gewährleisten, dass alle Pestizid Produkte Etiketten erfüllt werden und dass die erhaltene Spritztröpfchengröße so ist, dass On-Target-Abscheidung und biologische Wirksamkeit beibehalten bei gleichzeitiger Minimierung off-Target-Bewegung. Das Ziel dieser Methode ist klar, präzise Informationen über die Tröpfchengröße von den Faktoren, die verschiedene Kombinationen daraus resultierenden, um eine Applikators operativen Entscheidungen zu unterstützen.

Zwar gibt es eine Reihe von Instrumenten zur Messung der Tröpfchengröße von Sprays, Messungen von agrochemischen Sprühdüsen sind in der Regel entweder Laserbeugung, Bilder oder Phasen - Doppler - Basis ^2. Die Bilder und die Phasen-Doppler-basierte Methoden sind Einzelpartikelzähler Methoden,was bedeutet , dass kleinere Bereiche innerhalb der Spraywolke auf fokussiert werden, wobei die einzelnen Partikel gemessen ³ werden. Während Laserbeugungsmethoden ein Ensemble Messung durchführen, wird die Verteilung einer Gruppe von Teilchen , was bedeutet , schnell ³ gemessen. Während diese Verfahren grundsätzlich unterscheiden, mit der richtigen Einstellung und Verwendung können vergleichbare Ergebnisse ⁴ erhalten werden. Laserbeugungsmethoden wurden von der landwirtschaftlichen Anwendung Gemeinschaft weithin angenommen aufgrund der einfachen Handhabung, die Fähigkeit, Sprays zur schnellen Messung hohe Anzahldichte und der großen dynamischen Messbereich. Als Ensemble Messung durchgeführt wird, ist eine einzelne traverse einer Sprühwolke durch die Linie der Messung alles, was für eine zusammengesetzte Tropfengröße des gesamten Spritz erforderlich ist. Dies ermöglicht eine effiziente Evaluierungen der Tröpfchengröße aus einer großen Anzahl von Sprühdüsen und Betriebsparameterkombinationen. Im Vergleich dazu konzentrieren sich die Einzelpartikelzähler Methoden notwendigerweise auf viel kleineren Flächen Witzeine Sprühwolke, um Hin einzelnen Partikel zu erfassen, dass mehrere Mess Bedeutung Standorte und kombiniert ausgewertet werden müssen um ein zusammengesetztes Ergebnis zurückzukehren. Dies erfordert deutlich mehr Zeit, Mühe und Sprühlösung eine einzige Sprühwolke als Laserbeugungs basierte Methoden zu bewerten. Die erhöhte Sprühvolumen erforderlich, um ein erhebliches Problem darstellen kann, wenn tatsächliche Pestizidprodukten als Folge der erhöhten Kosten des verwendeten Materials getestet werden und die Entsorgungskosten. Allerdings bieten die einzelnen Partikelzähler Methoden den Vorteil, eine zeitliche Probe Bereitstellung, indem sie die Anzahl der Tröpfchen pro Zeiteinheit gemessen werden durch ein Probenvolumen vorbei, während Laserbeugungs eine räumliche Probe bestimmt die Messung der Anzahl der Tröpfchen proportional ist innerhalb ein gegebenes Volumen ^5. Wurden alle Tröpfchengeschwindigkeiten innerhalb eines bestimmten das gleiche Spray, würden die Methoden identische Ergebnisse liefern. Doch für die meisten Sprühsysteme werden die Tröpfchengeschwindigkeiten korreliertenTröpfchengröße, mit räumlichen Probenahmeverfahren in einer Vorspannung resultierenden ^6.

Die Überwindung dieser räumlichen Vorspannung von Laserbeugungsmessungen durch geeignete Testverfahren ist ein wichtiger Teil von ⁴ Spritztröpfchengröße von landwirtschaftlichen Sprühdüsen zu bewerten. Die räumliche Vorspannung verringert wird , wenn Düsen in einem gleichzeitigen Luftstrom von 13 m / sec und die Prüfung mit dem Messort einen geeigneten Abstand von der Düse befindet, da die Kombination dieser beiden Parameter Ergebnisse in homogene Tröpfchengeschwindigkeiten im gesamten Sprühwolke ^4. Ferner bewertet die räumliche Vorspannung gering (5% oder weniger) für die Luftdüsentests aufgrund der hohen gleichzeitige Fluggeschwindigkeiten ^7,8. Um die optimale Testverfahren bestimmen die räumliche Vorspannung mit unseren aktuellen niedriger und hoher Geschwindigkeit Windkanalanlagen, die Reihe von Referenzdüsen zu reduzieren verwendet , um landwirtschaftliche Spraygrößenklassen ⁹ bestimmen wurden für die Tröpfchengröße ausgewertet usingen beide Laserbeugung und Bildgebungsverfahren ^10. Sizing Auswertungen wurden unter mehreren Kombinationen von gleichzeitigen Luftgeschwindigkeit und Messabstand (Abstand von der Düse Ausgang zum Messpunkt) durchgeführt wird, repräsentativ für den operativen Bereich der bestehenden Anlagen. Laserbeugungsmessungen wurden Bilder Ergebnisse verglichen, um die mögliche räumliche Vorspannung und die optimale Kombination von Messabstand und gleichzeitig Luftgeschwindigkeit wurde als Standardbetriebsprozedur ausgewählt, um zu bestimmen. Ein Messabstand von 30,5 cm und eine gleichzeitige Luftgeschwindigkeit von 6,7 m / sec für die Bewertung von gemahlenem Sprühdüsen in dem niedrigen Geschwindigkeitswindkanal reduzierten räumlichen Vorspannung zu 5% oder weniger ^10. Räumliche Verzerrungen von 3% oder weniger wurden für Luftdüsen Auswertungen im Hochgeschwindigkeitstunnel erhalten, für alle Fluggeschwindigkeiten getestet, mit einem Messabstand von 45,7 cm ^10. Mit diesen Standardmethoden waren die Autoren auch in der Lage, dass Labor zu Labor variabi zu demonstrierenkeit könnte ¹¹ für eine konsistente Ringtropfengrößendaten minimiert, bereitstellt.

Alle Tröpfchengröße Tests im Rahmen dieser Arbeit gezeigt, wurde auf der USDA-ARS-Antenne Anwendung Technology Research Unit Sprühzerstäubung Forschungseinrichtung durchgeführt. Ein Laserbeugungssystem wurde in dem Protokoll Abschnitt in den angegebenen Abständen stromabwärts von der Düse angeordnet ist. Für Bodendüsentests wurde das Laserbeugungssystem konfiguriert, nach den Anweisungen des Herstellers, eine dynamische Größenbereich von 18-3,500 um über 31 Behälter ¹² zu haben. Das gleiche gilt für die Luftdüsen Testen des Systems wurde mit einem dynamischen Größenbereich von 9 bis 1.750 & mgr; m, auch ¹² in 31 Behälter konfiguriert. Luft Basis Sprühdüse Bewertungen wurden in Luft mit hoher Geschwindigkeit durchgeführt, um Lufteinsatzbedingungen simulieren. Boden Sprühdüsen wurden in einem größeren Windtunnelabschnitt mit einem einzigen gleichzeitigen Luftgeschwindigkeit getestet das Spa zu minimierenTiAl Vorspannung von Laserbeugung. Die Düsen werden wurden vor dem Laserbeugungssystem auf den Strecken im Abschnitt Protokoll gegeben positioniert getestet. Die Düsen wurden auf einer linearen Traverse montiert so dass für die Sprühwolke während eines gegebenen Messzyklus vertikal durch die Messzone durchlaufen werden. Das Protokoll für die Bodendüsentest beschreibt ein Experiment drei typische Düsen auf zwei Sprühdrücke untersuchen, während die Luftdüsentests ein Experiment untersuchen zwei typische Sprühdüsen auf zwei Sprühdrücke und drei Luftgeschwindigkeiten beschreibt. Beide Testszenarien verwenden, um eine "aktive blank" Sprühlösung, anstatt nur Wasser, um die Auswirkungen der realen Welt Sprühlösungen zu imitieren.

Protokoll

1. Vorab Aufbau und Ausrichtung

1. Vor jeder Prüfung, richten Sie die Laserbeugung Systemkomponenten im Anschluss an die vom Hersteller vorgesehenen Richtlinien richtige Funktionalität des Systems und die Datenqualität zu gewährleisten.
2. Folgen Sie Vorsichtsmaßnahmen richtige Sicherheit im Zusammenhang mit der Verwendung einer Klasse IIIa Laser vermeiden Sie direkten Augenkontakt. Verwenden Sie geeignete Schutzausrüstung, wenn Wirkstoff chemische Spritzmittel Lösungen verwendet werden.

2. Bodendüsen Droplet Sizing

1. Bereiten Sie die "aktive blank" durch Zugabe von 47,5 ml (entspricht einer Mischung Rate von 0,25% v / v) einer 90% nicht-ionisches Tensid auf 19 l Wasser und gut mischen einen Rührstab in einer Akku-Bohrmaschine mit. Je nach der Menge des Testens größere Mengen an aktiven blank gemacht, werden erforderlich sein.
2. Gießen Sie die "aktive blank" Spritzbrühe in den Edelstahldruckbehälter, verschließen Sie den Tank und befestigen Sie den Eingangsdruckluftschlauch und die abgehendeFlüssigkeitsschlauch die Sprühdüse zuzuführen.
3. Bestätigen, dass der Abstand zwischen dem Düsenauslaß und der Messzone 30,5 cm (12 in) mit einem Maßband. Wenn ja, fortzufahren. Wenn nicht, stellen Sie entweder durch das Laserbeugungssystem oder die Düse bewegt.
4. Installieren Sie einen Standard 110 Grad Flachstrahldüse mit einem # 05 Öffnung (festgestellt als XRC11005 Düse) im Düsenkörper an der Traverse System angeschlossen sind. Stellen Sie die Düsenausrichtung, so dass die lange Achse der Flachstrahldüse vertikal in den Tunnel ausgerichtet ist, aber entweder Drehen der Düse in der Befestigungsring an dem Rückschlagventil oder durch die Position des Rückschlagventils zu ändern, wenn die Düse nicht an der gedreht werden kann, Korrekte Position.
5. Schalten Sie den Windkanal und stellen Sie die Luftgeschwindigkeit auf 6,7 m / s durch die Lüftergeschwindigkeit einzustellen und die Luftgeschwindigkeit im Tunnel Bestätigung eines Heißdrahtanemometer verwenden.
6. Stellen Sie den Spritzdruck auf 276 kPa (40 psi) durch die ankommende Luftdruck Einstellen eines Inline-Druck regel mitlator. Bestätigen Sie den Druck ein elektronisches Manometer installiert unmittelbar vor der Sprühdüse.
7. Positionieren der Düse an der Spitze des Tunnels durch die Aktivierung und den Betrieb der linearen Verfahrweg zum oberste Position vor den Messvorgang einleitet.
8. Stellen Sie sicher , dass alle experimentellen Parameter (Düse, Druck, Lösung, etc.) richtig in das Laserbeugungssystemdatenaufzeichnungssoftware aufgezeichnet , indem bestätigt wird, dass die Parameter auf der Anwenderparameter Schnittstelle Fenster aufgezeichnet , die Testbedingungen entsprechen.
   HINWEIS: Diese Datenparameter Aufnahmebildschirm durch Laserbeugungsgerät variieren.
9. Starten Sie eine Referenzmessung von der Referenzmessung Symbol in der Betriebssoftware der Auswahl für Staub oder Partikel Hintergrund zu berücksichtigen.
10. Initiieren Beginn des Messzyklus. Je nach der Laserbeugungssystem verwendet wird, wird ein paar Sekunden der Regel erforderlich, um den Sensor vor initi zu konzentrierentriebs den Messvorgang.
11. Sobald das System anzeigt, ist es bereit, um den Messvorgang zu starten, aktivieren Sie das Spray durch die Flüssigkeitszufuhrventil an dem Druckbehälter zu öffnen. Sobald der Spritz gestartet wird, senken die Düse durch den Laserstrahl mit der Traversenmechanismus verwendet, bis die gesamte Sprühwolke durch die Messzone passiert hat. Deaktivieren Sie das Spray durch die Flüssigkeitszufuhrventil zu schließen.
    ANMERKUNG: Auf dem System Laserbeugung von den Autoren verwendet, die eigentliche Messvorgang einzuleiten erst, wenn die Gischt der Messzone, die durch eine optische Konzentration von 0,5% erreicht, und wird fortgesetzt, bis eine verstrichene Zeit von 10-12 Sekunden verstrichen ist. Diese Einstellungen variieren durch Laserbeugung System- und Benutzereinstellungen.
12. Wiederholen Sie die Schritte 2,7-2,11 für ein Minimum von 3 Replikaten. Festzustellen , ob zusätzliche Replikaten durch Berechnung der Mittelwert und die Standardabweichung für die D _{V0.1, V0.5} D und D _V0.9 der drei Replikaten erforderlich sindund dass die Standardabweichung gewährleistet ist 10% oder weniger des Mittelwerts. Führen Sie zusätzliche Replikate wie die Kriterien zu erfüllen benötigt.
13. Stellen Sie den Spritzdruck auf 414 kPa (60 psi) und wiederholen Sie die Schritte 2,7-2,12.
14. Wiederholen Sie die Schritte 2,6-2,12 für jede weitere Düse und Druck Kombination von Interesse.
15. Export und Tröpfchengröße Daten unter Verwendung der Methode speichern in der Betriebssoftware zur Verfügung gestellt.

3. Luftdüsen Droplet Sizing

1. Bereiten Sie die "aktive blank" durch Zugabe von 47,5 ml einer 90% nicht-ionisches Tensid auf 19 l Wasser und gut mischen einen Rührstab in einer Akku-Bohrmaschine mit.
   Hinweis: Je nach der Menge der Test größere Mengen an aktiven Rohling fertig zu werden, kann erforderlich sein.
2. Gießen Sie die "aktive blank" Spritzbrühe in den Edelstahldruckbehälter, verschließen Sie den Tank und befestigen Sie den Eingangsdruckluftschlauch und den abgehenden Flüssigkeitsschlauch Zuführung der Sprühdüse.
3. Bestätigen Sie, dass der Abstand bwischen den Düsenauslaß und der Messzone 45,7 cm (18 in) mit einem Maßband. Wenn ja, fortzufahren. Wenn nicht, stellen Sie durch das Laserbeugungssystem den erforderlichen Abstand von der Düse zu bewegen.
4. Installieren Sie einen Standard-20-Grad-Flachstrahldüse mit einem # 15 Öffnung (festgestellt als 2015 Düse) in einem Rückschlagventil und Düsenkörper auf den Ausleger Traverse Schnitt am Windkanal Steckdose. Sicherzustellen, dass die Düse korrekt mit dem Düsenkörper horizontal ausgerichtet und parallel zu dem Luftstrom angeordnet ist.
5. Schalten Sie den Windkanal Gebläse und stellen Sie die Luftgeschwindigkeit am Tunnelausgang auf 53,6 m / s (120 mph) und bestätigen Geschwindigkeit mit Pitot-Rohr mit einem Geschwindigkeitsmesser angebracht.
6. Stellen Sie den Spritzdruck auf 207 kPa (30 psi) durch den ankommenden Luftdruck Einstellen eines Inline-Druckregler verwendet wird.
7. Positionieren Sie die Düse an der Spitzenposition der Traverse vor den Messvorgang einleitet.
8. Stellen Sie sicher, dass alle experimentellen Parameter (Düse, Druck,Lösung, etc.) werden in der Laserbeugungssystemdaten - Recording - Software , indem bestätigt wird, dass die Parameter aufgezeichnet auf der Anwenderparameter Schnittstelle Fenster entsprechen den Testbedingungen richtig erfasst.
   HINWEIS: Diese Datenparameter Aufnahmebildschirm durch Laserbeugungsgerät variieren.
9. Starten Sie eine Referenzmessung von der Referenzmessung Symbol in der Betriebssoftware der Auswahl für Staub oder Partikel Hintergrund zu berücksichtigen.
10. Initiieren Beginn des Messzyklus. Je nach der Laserbeugungssystem verwendet wird, wird ein paar Sekunden der Regel erforderlich, um den Sensor zu fokussieren, bevor der Messprozess zu initiieren.
11. Sobald das System anzeigt, ist es bereit, um den Messvorgang zu starten, aktivieren Sie das Spray durch die Flüssigkeitszufuhrventil an dem Druckbehälter zu öffnen. Sobald der Spritz gestartet wird, senken die Düse durch den Laserstrahl mit der Traversenmechanismus verwendet, bis die gesamte Sprühwolke durch die Messzone passiert hat. Dedas Spray aktiviert durch das Flüssigkeitszufuhrventil geschlossen wird.
    ANMERKUNG: Auf dem System Laserbeugung von den Autoren verwendet, die eigentliche Messvorgang einzuleiten erst, wenn die Gischt der Messzone, die durch eine optische Konzentration von 0,5% erreicht, und wird fortgesetzt, bis eine verstrichene Zeit von 5-7 Sekunden verstrichen ist. Diese Einstellungen variieren durch Laserbeugung System- und Benutzereinstellungen.
12. Wiederholen Sie die Schritte 3,7-3,11 für ein Minimum von 3 Replikaten. Festzustellen , ob zusätzliche Replikaten durch Berechnung der Mittelwert und die Standardabweichung für die D _{V0.1, V0.5} D und D _V0.9 der drei Replikaten und sicherzustellen , dass die Standardabweichung erforderlich sind , ist 10% oder weniger des Mittelwerts. Führen Sie zusätzliche Replikate wie die Kriterien zu erfüllen benötigt.
13. Wiederholen Sie die Schritte 3,4-3,12 für jede weitere Düse, Druck, Düsenorientierung und Luftgeschwindigkeit Kombination von Interesse.
14. Export und speichern Daten Tröpfchengröße des Verfahrens im Betrieb vorgesehen, so unter Verwendung vonftware.

Ergebnisse

Die resultierenden Daten aus diesem Verfahren kann in einer Vielzahl von Formaten ausgedrückt werden, abhängig von den Vorlieben des Benutzers und den Betriebsfähigkeiten des Laserbeugungssystem. Typischerweise werden diese Daten als Plot des volumengewichteten Tröpfchengrößenverteilung dargestellt (Abbildungen 1 und 2) oder als beschreibende Tröpfchengröße Metriken (Tabellen 1 und 2). Diese Ergebnisse können dann verwendet werden, um die Auswirkungen zu untersuchen, die in der Düse oder Betriebsparameter verändert haben auf die erhaltene Spritztröpfchengröße.

Wir untersuchten zwei verschiedene Luft Sprühdüsen, die beide mit der gleichen Öffnungsgröße, aber mit unterschiedlichen Spritzfächerwinkel. Mit diesen beiden Luftdüsen, untersuchten wir auch die Auswirkungen der Spritzdruck und Luftgeschwindigkeit auf Tröpfchengröße. Untersuchen der Düse 2015 bei einem Sprühdruck von 207 kPa betrieben, und das Volumen weig Vergleichhted Verteilungen aus der gleichen Düse , was zu 53,6 m / sec im Vergleich zu 71,5 m / s Luftgeschwindigkeit betrieben wird, ist es sofort klar , dass die höheren Luftgeschwindigkeiten führt zu einer dramatischen Verschiebung der inkrementellen und kumulativen Verteilungen zu kleineren Tröpfchendurchmesser (Abbildungen 1 und 2) die das Ergebnis einer erhöhten auflösung der Sprühtröpfchen mit der höheren Luftgeschwindigkeit. Während die graphische Darstellung der Ergebnisse eine sehr visuelle Darstellung der Ergebnisse liefern, sind quantitative Werte von diesen Verteilungen abgeleitet praktischer für größere Datenmengen. Typische Tröpfchengröße verwendet Metriken in landwirtschaftlichen Spray Forschung schließen die D _{V0.1, V0.5} D und D _V0.9 Werten, die den Tropfendurchmesser entsprechen , so dass 10, 50 und 90% (jeweils) der Spritzvolumen enthaltenen in Tröpfchen gleichen oder geringeren Durchmesser. Diese Daten sind die gleichen wie die in den graphischen Verteilungen gezeigt, aber bieten eine bequemere foRMAT der Daten zum Ausdruck. Vergleicht man die Daten sowohl für die 2015 und 4015 Sprühdüsen an beiden Drücke und alle drei Luftgeschwindigkeiten können allgemeine Trends beobachtet werden (Tabelle 1). Die 4015 Flachstrahldüse führt zu kleineren Tröpfchengrößen als die 2015 auf dem gleichen Druck und Luftgeschwindigkeit, wie durch die kleineren volumengewichteten Durchmesser (D _{V0.1, V0.5} D und D _V0.9) und dem Anstieg in der angegebenen Gesamtvolumen des Sprühstrahls von Tröpfchen von 100 & mgr; m oder weniger besteht. D _{V0.1, V0.5} D und D _V0.9 sind die Tröpfchendurchmesser , so dass 10, 50 und 90%, bzw. von der Gesamt Sprühvolumen von Tröpfchen von gleichem oder geringerem Durchmesser besteht. Dies ist das Ergebnis der Spritzfächerwinkel Erhöhung größere Auflösung an den äußeren Rändern des flüssigen Fächerwinkel zu sehen. Innerhalb derselben Düsentyp und der Sprühdruck, alle Tröpfchengröße Metriken verringern mit zunehmender Fluggeschwindigkeiten, wiederum als Folge der an der highe breakup von Tröpfchen zunehmenderr Fluggeschwindigkeiten. Ein interessantes Phänomen mit den Luft Sprühdüsen ist zu sehen, wenn die Auswirkungen der Spritzdruck innerhalb jeder Düse und Luftgeschwindigkeit Kombination suchen. Alle übrigen sonst gleich, wie Druck zunimmt, nimmt auch die Tröpfchengröße ^11. Dies wird durch eine Abnahme der relativen Geschwindigkeitsdifferenz zwischen der Flüssigkeit aus der Düse austretenden und dem umgebenden Luftstrom, da die Flüssigkeitsaustrittsgeschwindigkeit zunimmt , wenn Druck erhöht (Tabelle 1) ¹³ verursacht wird .

Betrachtet man die Ergebnisse aus den Bodendüsen und Spritz getesteten Drücke, ist die Wirkung der Düsentyp auf Tröpfchengröße signifikant mit dem TTI11003 ergeb in Tröpfchengrößen, die als doppelt so mehr sind, dass die XRC11003 und die AI11003 Tröpfchengrößen in der Mitte des anderen fallenden zwei (Tabelle 2). Innerhalb eines jeden Düsentyp können die Effekte von Druck beobachtet werden mit Tröpfchengrößen mit erhöhter Sprühdruck abnimmt.

Abbildung 1. Inkrementelle Tropfengrößenverteilung für einen 20 - Grad - Flachstrahldüse Antenne Sprühdüse mit einem # 15 Öffnung bei 207 kPa und in einer Luftgeschwindigkeit von 53,6 m / sec. Die blaue Kurve stellt den inkrementalen volumengewichteten Verteilung , die den Prozentsatz der liefert Gesamt Sprühvolumen in Tröpfchen enthalten ist, mit einem Bereich jedes Messbehälter fallen, wie er durch das Laserbeugungssystem gemessen. Die rote Kurve ist die gleichen Daten, aber die kumulierten Daten dargestellt. Die kumulative Daten ermöglicht den volumengewichteten Durchmessern spezifisch für einen bestimmten Prozentsatz der Gesamt Sprühvolumen bestimmt werden. Wie in der Figur dargestellt ist , an den D _V0.5 Volumendurchmesser erhalten wird , der 50% -Punkt auf der Summenkurve und der zugeordneten Tropfendurchmesser Ortungs zeigt , dass 50% des gesamten Sprühvolumen in spray dropl enthalteneets mit einem Durchmesser von 551 & mgr; m oder kleiner. Bitte hier klicken , um eine größere Version dieser Figur zu sehen.

Abbildung 2. Incremental Tropfengrößenverteilung für einen 40 - Grad - Flachstrahldüse Antenne Sprühdüse mit einem # 15 Öffnung betrieben bei 207 kPa und in einer Luftgeschwindigkeit von 71,5 m / s. Wie in Abbildung 1, die blaue Kurve stellt den inkrementalen volumengewichteten Verteilung und die rote Kurve ist die kumulative Verteilung. Im Vergleich zu den Ergebnissen in Abbildung 1 zeigt die inkrementelle Verteilung eine deutliche Verschiebung hin zu kleineren Tröpfchendurchmesser als Folge der erhöhten Luftgeschwindigkeit und damit Sekundärtropfenaufbruch. Die D _V0.5 Volumendurchmesser der Bestimmung zeigt , dass 50% dieses Sprühvolumen ist contained in Tröpfchen mit einem Durchmesser 350 & mgr; m oder weniger. Bitte hier klicken , um eine größere Version dieser Figur zu sehen.

Abbildung 3. Inkrementelle Tropfengrößenverteilung mit falschen Spitzen Beispiel Grundstück. Der sekundäre, kleinere Spitze auf der rechten Seite in Richtung der größeren Ende der Skala Tröpfchengröße ist in der Regel das Ergebnis entweder Schwingungen oder andere Geräusche im System oder das Vorhandensein von Bändern verbunden sind mit unvollständigen Zerstäubung in der Sprühwolke. Als Tröpfchengrößenverteilungen für typische landwirtschaftliche Sprühdüsen und Lösungen sind in der Regel-log normal verteilt sind, kann das Vorhandensein einer zweiten Spitze in der Verteilung ein gültiges Ergebnis aus einer atypischen Sprühlösung und / oder Düsenkombination sein, aber ist wahrscheinlich eine indicator von einigen verwirrenden Problem in den Messprozess. Bitte hier klicken , um eine größere Version dieser Figur zu sehen.

Düse	Druck (kPa)	Airspeed (m / s)	Volume Weighted Durchmesser (um) [Mittelwert ± St. Dev.]			Percent Spray Volumen von weniger als 100 & mgr; m
			D V0.1	D V0.5	D V0.9
2015	207	53.6	243,5 ± 2,5	551,8 ± 4,6	903,0 ± 25,4	1,4 ± 0,05
		62.6	192,1 ± 0,5	444,5 ± 1,5	781,7 ± 7,0	2,4 ± 0,04
		71,5	147,0 ± 2,8	350,6 ± 6,1	673,3 ± 14,6	4,5 ± 0,18
	414	53.6	289,1 ± 3,1	655,6 ± 2,1	1208,7 ± 11,6	0,8 ± 0,03
		62.6	237,6 ± 0,1	542,7 ± 1,7	1072,5 ± 13,7	1,3 ± 0,01
		71,5	170,8 ± 1,1	400,6 ± 3,3	732,1 ± 6,4	3,2 ± 0,05
4015	207	53.6	230,2 ± 1,3	514,9 ± 1,9	863,3 ± 1,2	1,5 ± 0,03
		62.6	175,1 ± 2,0	404,5 ± 2,6	714,2 ± 3.0	3,1 ± 0,10
		71,5	146,6 ± 0,8	344,5 ± 2,4	656,4 ± 9,5	4,6 ± 0,05
	414	53.6	255,2 ± 2,4	557,3 ± 2,3	994,9 ± 8,1	1 ± 0,04
		62.6	200,1 ± 2,6	449,4 ± 7,0	774,9 ± 10,7	2,1 ± 0,06
		71,5	165,5 ± 1,4	383,5 ± 2,6	696,8 ± 4,9	3,4 ± 0,08

Tabelle 1. Volumen gewichtete Durchmessern (Mittelwerte ± Standardabweichungen über drei Wiederholungsmessungen) für 2015 und 4015 Flachstrahldüse aerial Sprühdüsen betrieben bei Spritzdrücken von 207 und 414 kPa und in Fluggeschwindigkeiten von 53,6, 62,6 und 71,5 m / sec.

Düse	Druck (kPa)	Volume Weighted Durchmesser (um) [Mittelwert ± St. Dev.]			Percent Spray Volumen von weniger als 100 & mgr; m
		D V0.1	D V0.5	D V0.9
XRC11005	276	115,1 ± 2,1	268,2 ± 5,6	451,0 ± 18,0	7,2 ± 0,28
	414	101,0 ± 0,0	244,2 ± 0,7	424,3 ± 4,3	9,8 ± 0,01
AI11005	276	227,6 ± 1,9	468,9 ± 4,1	763,0 ± 22,0	1,1 ± 0,03
	414	183,4 & #177; 0,6	399,6 ± 0,9	668,6 ± 2,5	2,2 ± 0,05
TTI11005	276	365,3 ± 5,3	711,9 ± 16,9	1013,8 ± 26,1	0,1 ± 0,00
	414	311,5 ± 4,0	645,7 ± 12,3	992,7 ± 24,7	0,2 ± 0,01

Tabelle 2. Volumen gewichtete Durchmessern (Mittelwerte ± Standardabweichungen über drei Wiederholungsmessungen) für drei Boden Sprühdüsen (XRC11005, AI11005 und TTI11005) betrieben bei Spritzdrücken von 276 und 414 kPa.

Diskussion

Es gibt eine Reihe von kritischen Schritte, die befolgt werden soll, wenn diese Methode anzuwenden. Mit beiden Luft- und Bodendüsen Bewertung durch, der Abstand vom Ausgang der Düse zu der Linie der Messung sollte auf jede Messung vor überprüft werden. Jede Abweichung in dieser Abstand kann einen erheblichen Einfluss auf die Ergebnisse. Ebenso sollte die gleichzeitige airspeed verwendet in Bodendüsentests verifiziert und empfohlen, die 6,7 m / sec eingestellt werden. Unterschiede in der Luftgeschwindigkeit von diesem empfohlen wird erheblich die Ergebnisse beeinflussen aufgrund Abtasten Befangenheitsgründe bei niedrigeren Geschwindigkeiten, in und möglicherweise sekundäre Auflösung erhöhen bei höheren Fluggeschwindigkeiten. Auch eine korrekte Ausrichtung der Laserbeugung Systemkomponenten ist von entscheidender Bedeutung, um das System zu gewährleisten, wird an der Genauigkeit und Präzision funktionieren einwandfrei vom Hersteller zertifiziert. Korrekte Einstellung und Ausrichtung der Düsen relativ zu der gleichzeitigen Luftstrom kritischen Qualitätsdaten zu gewährleisten, als auch geringeFluchtungsfehler von wenigen Grad in den Düsen Positionierung in signifikanten Auswirkungen auf die resultierende Tröpfchengrößendaten führen kann.

Die vorgestellten Methoden können sowohl für Boden- und Luftsystem zu jeder Sprühdüse Konfiguration oder Spraylösung angewendet werden. Mit Boden Sprühgeräte, Änderungen in Spraytröpfchengröße sind in der Regel eine Funktion der Düsentyp und Größe, Spritzdruck und Spritzlösung Typ. Mit Luftsprüher die zusätzliche Rolle Veränderungs airspeed und der Ausrichtung der Düse zu airstream umgeben, sind entscheidend für die resultierende Tröpfchengröße. Dieses Verfahren kann verwendet werden, um die kombinierte Wirkung dieser Faktoren auf die endgültige Tröpfchengrße zu bewerten. Allerdings gibt es seltene Fälle, in denen einige Modifikationen an den empfohlenen Methoden sind erforderlich. Insbesondere Sprühlösungen oder Düsen, die für die vollständige Auflösung der Spray in diskrete Teilchen von der Düse weiter Entfernungen erfordern erfordert, den Abstand zwischen Düse und Mess poin Stellt. Bis heute sind die einzigen Düse / Sprühlösung Behandlungen, die diese Art der Anpassung erforderlich sind, haben auf allen Betriebseinstellungen gerade Strahldüsen gewesen und engen Winkel Flachstrahldüsen mit Spray Additive, die die Lösungen Viskosität erhöhen, wenn sie unter Anwendung aus der Luft Testbedingungen gemessen. Das Laserbeugungssystem noch Tröpfchengrößendaten im Falle einer unvollständigen Trennung der Sprühwolke zurück, aber die sich ergebenden Daten werden in der Regel in Richtung viel größeren Tröpfchengrößen als Ergebnis der Spritz Bänder durch das System gemessen wird, vorgespannt werden. Während diese Bänder mit dem bloßen Auge nicht ohne weiteres ersichtlich sind, werden ihre Präsenz zeigen typischerweise visuell in der Verteilungskurve als sekundärer Peak bei größeren Ende der Tröpfchengrößenskala (Abbildung 3). Obwohl Vorsicht ist in der Annahme, darauf hingewiesen, dass diese sekundäre Spitze das Ergebnis der Anwesenheit von Bändern ist, als externe Vibrationen oder andere Eingriffe in das System Laserbeugung kann dazu führen,eine ähnliche Reaktion. Als eine Erfahrungsstufe erhöht sich der Benutzer, den Unterschied zwischen der auf Fehler basierend zwei Herstellung wird einfacher. In dem Fall, wo Sprühzerstäubung unvollständig ist, haben wir die Verlängerung der Abtastweg auf 1,8 m (für Luft Sprühdüsen) behebt das Problem und kehrt Qualitätsdaten gefunden. Diese 1,8 m Entfernung ist in der Tat die Standard-Abstand, in dem unsere Gruppe, die alle gerade Strahldüsen unter Lufteinsatzbedingungen auswertet. Auf dem Boden Sprühdüsen arbeiten, gibt eine Klasse von Düsenkonstruktionen sind, die ein Zwilling, flachen Fächers Austrittsöffnung verwenden kann die Modifikation an der Düse erfordern Setup Montage der gesamten Sprühwolke geht durch den Stichprobenraum, um sicherzustellen, ohne die Laserbeugungssystem der Linsen Fouling .

Während dieses Verfahren ausgelegt ist, die Probenentnahme-Vorspannung aufgrund der räumlichen Vorspannungen mit Laserbeugungssystemen verbunden sind, zu minimieren, eliminieren es nicht vollständig ihnen, was bedeutet, daß die Tröpfchengrößenwerte RETUrn kann nicht als "absolute" genommen werden. Laserbeugung bietet keine Mittel zu messen und anzupassen, die daraus resultierenden Tröpfchengröße Daten für die inhomogene Tröpfchengeschwindigkeiten zwischen den verschiedenen Tröpfchengrößen im Verbund Sprühwolke. Dies wird kritisch, wenn inter-Labordatensätzen verglichen werden, insbesondere in Bezug auf Masse Sprühdüsen. Das Verfahren, das gegenwärtig angenommen, um die Ergebnisse zu standardisieren und zu erlauben Vergleiche zwischen Laboratorien verwendet eine Reihe von hoch Düsen kalibrierten Referenzspray, werden deren Daten Tröpfchengröße verwendet, um eine Reihe von Klassifizierungskategorien zu etablieren. Die Auswertung dieser Düsen sollte als Teil eines jeden Tröpfchengrößen Evaluierung durchgeführt werden. Weitere Einzelheiten zu den Düsen und Klassifikationsdefinitionen können in der American Society of Agricultural and Biological Engineers (ASABE) "Spray-Düse Klassifizierung von Droplet Spectra" International Standard (ASAE / ANSI, 2009) zu finden.

Wie in der In diskutiertEinfüh, gibt es andere Tröpfchengrößensystemen neben Laserbeugung. Wo Laserbeugungs ein zusammengesetztes Maß für die Tröpfchengröße in der gesamten Sprühwolke liefert, konzentrieren sich diese anderen Methoden mit der Sprühwolke auf einer kleinen Fläche in, nur einen kleinen Teil der gesamten Sprühwolke Abtasten. Eine repräsentative Probe der gesamten plume mit diesen anderen Verfahren erfordert eine sehr viel strenger, und zeitraubend, multi-chordal traverse der die Querschnittsfläche der Sprühwolke, was zu einer großen Anzahl von Teilproben, die eine zur Erzeugung kombiniert werden müssen Verbund Ergebnis. Dies erfordert deutlich mehr Zeit als Laserbeugung.

Sobald diese Methode in ein Forschungsprogramm erfolgreich integriert wurde und die Techniken, die von den Benutzern beherrscht, führt die nächste Herausforderung gut strukturierte Experimente mit dem Ziel, die Rolle zu verstehen, jeder der Einflussfaktoren in Bezug auf die Bildung von Tröpfchengröße spielen. Dies ist ein bigger Herausforderung, als es scheint, dass die scheinbar endlose Kombination von Düsentyp, Düsenaufbau und Betriebsfaktoren, Luftgeschwindigkeit und Düsenposition (Sprühen aus der Luft) und der realen Welt Tankmischungen, die von der landwirtschaftlichen Anwendung Industrie gegeben. Noch mehr von einer Herausforderung besteht darin, eine Möglichkeit, die stellt diese Informationen an die Applikatoren in einem Format, das leicht nutzbar ist. Eine Möglichkeit , unsere Gruppe mit großem Erfolg eingesetzt hat , ist eine Klasse von experimentellen Designs genannt Antwortflächen , die für die Entwicklung der Tröpfchengröße Vorhersagemodelle basieren auf einer begrenzten Anzahl von experimentellen Behandlungen ermöglichen so dass für eine äußerst effiziente Auswertung mehrerer Sprühdüsen und Lösungen ^{14, 15.} Diese strukturierte Design - Methode verwendet wurde für die am häufigsten verwendeten Antenne ¹¹ und Bodendüsen ¹⁶ durch landwirtschaftliche Applikatoren verwendet , um eine Reihe von Tröpfchengröße Modelle zu entwickeln.

Materialien

Liste der in diesem Artikel verwendeten Materialien

Name	Unternehmen	Katalognummer	Kommentare
90% nichtionisches Tensid	Wilbur-Ellis	R11	R11 ist der Handelsname des nichtionischen Tensids Wilbur-Ellis.
HELOS-VARIO/KR	Sympatec GmbH System-Partikel-Technik	HELOS-VARIO/KR	Dieses System ist mit verschiedenen Objektivoptionen erhältlich, die den effektiven Messgrößenbereich ändern.
Windkanal-/Gebläsesysteme	Kundenspezifischer		Luftgeschwindigkeitsbereich des Niedriggeschwindigkeitssystems beträgt 0-7 m/sec und hohe Geschwindigkeit von 18-98 m/sec
Luftkompressor			Es ist kein spezieller Luftkompressor erforderlich, um das System zu versorgen. Je größer jedoch das Tankvolumen und je höher der Arbeitsvolumenstrom ist, desto besser kann er mit der Prüfung Schritt halten.
2015 und 4015 Luftdüsen	CP Produkte	CP11TT und CP05 schwenkbar mit 2015 und 4015 Spitzen	Dies waren die in den Methoden beschriebenen Luftdüsen, jedoch kann eine beliebige Anzahl von Sprühdüsen mit dieser Methode bewertet werden.
11005, AI11005 und TTI11005 Bodendüsen	Sprühsysteme	XR11005, AI11005 und TTI11005	Wie bei den Luftsprühdüsen waren dies die Düsen, die im Protokoll detailliert beschrieben sind, aber diese Methode ist nicht auf diese Düsen
beschränkt 200 psi Edelstahl-Druckbehälter	Alloy Products Corp.	B501-0328-00-E-R	Es gibt eine Reihe von Anbietern mit ähnlichen Druckbehältern, die verwendet werden können. Dieser Lieferant hatte die Tanks mit dem höchsten Nenndruck auf dem Markt
Rohrleitungs- und Luftarmaturen und Schläuche			- und Luftinstallationen und Schläuche nach Bedarf, um das gesamte System zu verrohren
200 psi Druckregler	Coilschlauch Pneumatik	8803GH	Jeder Druckregler funktioniert, dieser hatte eine Größe, um die hohen Druckanforderungen sowie die verwendeten Rohrleitungen
zu erfüllen Druckmessumformer	Omega	PX419-150GV	Dieser Druckmessumformer wurde ausgewählt, um den von uns verwendeten höheren Druckbelastungen gerecht zu werden. Es gibt andere Druckbereiche vom Hersteller Airspeed
Indicator	Aircraft Spruce	Skysports Dual Dial Airspeed Indicator 30-250 mph.	Jeder Fluggeschwindigkeitsanzeiger kann verwendet werden. Dieser wurde ausgewählt, um in den Geschwindigkeitsbereich unseres Hochgeschwindigkeits-Luftdüsen-Testtunnels zu passen.
Heißdraht-Anemometer	Extech	407119	Es gibt auch eine Vielzahl von Optionen zur Messung der Fluggeschwindigkeit im Windkanal mit niedriger Geschwindigkeit, der zum Testen von Bodendüsen verwendet wird.

Verschiedene Flüssigkeits