基于Design Expert的喷雾实验与分析

何光宇，缪 宏，李孟丽，李 爽，雷金海，张玉华

（1.扬州大学机械工程学院；2.扬州威特科技股份有限公司；3.扬州市三江农业科技发展有限公司，江苏 扬州225128）

0 引言

目前水生蔬菜是我国区域性特色明显的优势农产品，种类繁多。水生蔬菜的病虫害防治存在传统机载施药方式雾滴粒径大、覆盖率低的问题，本文基于超声气力雾化原理，设计喷雾实验，建立超声功率和气压值的变化对雾滴体积中径的影响规律模型，探究最佳雾化条件，为防治机器人的喷雾系统设计提供理论依据。

1 雾化装备施药基础性能

1.1 试验方法

针对气力雾化状态，研究超声气力雾化机器人机具在不同功率、喷雾压力下，对雾滴粒径的影响规律。本试验使用注射泵作为液泵，设定喷头流量为20 mL/min，测定该流量下气力雾化喷头在供气压力为0、0.02、0.05、0.08 MPa以及超声功率为100、200、300 W情况下雾滴粒径情况，并确定最佳喷雾试验参数，试验方案如表1所示。

表1 试验方案

2 结果与分析

对12组不同超声功率和喷雾压力的情况下雾滴体积中径的大小各做了3次测试并求得其平均值。试验结果如表2所示。

利用Design Expert软件对数据进行分析拟合。拟合模型采用quadratic二次函数，得到的回归模型为：

Y=7.28-1.24A-0.58B-0.18AB-0.034A2+0.16B2

式中：Y—雾滴体积中径，μm；

A—超声功率，W；

B—气压值，MPa。

该模型能够很好的预测超声功率和气压值的变化对雾滴体积中径的影响规律。此外，利用Design Expert中的3D Surface模块对试验结果做了响应面分析，结果如图1所示。

结合试验结果表和响应面曲线图可知，超声气力喷头产生的雾滴粒径在28.63～83.08 μm，大致属于超低容量喷雾（15～75 μm）。通过对比同一气压值下的雾滴粒径情况，可以明显发现超声功率越高，雾滴粒径越小，雾化程度越好；同一超声功率，气压值越大，雾滴粒径越小，雾化程度越好。为了兼顾实际工作要求和雾滴雾化性能，要求超声功率不大于260 W、雾滴粒径不低于20 μm、喷雾压力越小越好。利用Optimization功能对喷雾工作参数做优化设计，结果如图2所示。结果显示：超声功率为188 W，气压值大约为0.03MPa时，雾滴体积中径大约为58μm，此时工作性能最优并能很好地满足雾化性能要求。

表2 不同工况下雾滴粒径

图1 响应面曲线图

图2 优化结果