蔣雪松 周 杰 許林云 林 歡 周宏平 侯秀梅

(南京林業(yè)大學(xué)機(jī)械電子工程學(xué)院， 南京 210037)

0 引言

脈沖式煙霧水霧多功能機(jī)是國(guó)內(nèi)近幾年在脈沖煙霧機(jī)基礎(chǔ)上發(fā)展起來的新型病蟲害防治機(jī)具[1]。它既能對(duì)農(nóng)藥稀釋于溶劑油中形成的熱霧劑進(jìn)行熱力煙化，施放細(xì)小的油性農(nóng)藥霧滴[2]，也能對(duì)農(nóng)藥稀釋于水中形成的水霧劑進(jìn)行熱力霧化，施放細(xì)小的農(nóng)藥水霧滴。

脈沖式煙霧水霧機(jī)能否可靠地實(shí)現(xiàn)脈動(dòng)燃燒工作，主要取決于脈沖發(fā)動(dòng)機(jī)的燃燒室-噴管構(gòu)成的聲學(xué)結(jié)構(gòu)條件和燃油供給系統(tǒng)構(gòu)成的加熱條件的共同耦合作用[3-5]。藥液從噴管上的藥噴嘴進(jìn)入噴管內(nèi)，需吸收熱氣流熱能和動(dòng)能，將藥液進(jìn)行熱力煙化或霧化。藥液熱力煙化或霧化時(shí)不僅從脈動(dòng)燃燒振蕩氣流中吸收熱量，同時(shí)煙化或霧化后的霧滴加入到振蕩系統(tǒng)中，會(huì)反過來影響原有的脈動(dòng)燃燒振蕩系統(tǒng)。如果能產(chǎn)生新的耦合關(guān)系，則形成新的振蕩平衡系統(tǒng)。脈沖式煙霧水霧機(jī)的工作頻率就是脈沖發(fā)動(dòng)機(jī)脈動(dòng)燃燒系統(tǒng)的振蕩頻率，它是確保脈沖發(fā)動(dòng)機(jī)在聲學(xué)結(jié)構(gòu)、加熱條件、藥液熱力煙化或霧化吸熱共同耦合作用下整機(jī)可靠工作的關(guān)鍵參數(shù)。

國(guó)內(nèi)對(duì)脈沖式煙霧水霧機(jī)工作頻率的研究主要集中在脈沖發(fā)動(dòng)機(jī)聲學(xué)結(jié)構(gòu)對(duì)工作頻率及動(dòng)力性能的影響[6-8]、工作頻率的計(jì)算方法[9-10]、聲學(xué)結(jié)構(gòu)特性及噪聲[11-12]、脈動(dòng)氣流霧化[13]、Rijke型脈動(dòng)燃燒機(jī)理[14]等相關(guān)方面。針對(duì)藥液的熱力煙化或霧化過程對(duì)脈沖發(fā)動(dòng)機(jī)工作頻率的反饋影響的研究尚處于空白。國(guó)內(nèi)外主要對(duì)涉及航空用脈沖發(fā)動(dòng)機(jī)或熱水取暖用脈動(dòng)燃燒器進(jìn)行了相關(guān)研究，如熱釋放或熱交換的特性[15-17]、噴管內(nèi)的熱傳遞數(shù)值模型[18-19]、無閥式脈沖發(fā)動(dòng)機(jī)的高頻工作特性[20]等。而針對(duì)應(yīng)用于脈沖煙霧機(jī)或脈沖式煙霧水霧機(jī)及其脈沖發(fā)動(dòng)機(jī)的相關(guān)研究則鮮有報(bào)道。

本文選用6HYW-60S型脈沖式煙霧水霧機(jī)，研究在不同的油門開度、不同的藥液類型(用0#柴油和清水代替熱霧劑農(nóng)藥和水霧劑農(nóng)藥)以及進(jìn)入噴管內(nèi)不同藥液流量等工作狀況下對(duì)工作頻率的影響。

1 結(jié)構(gòu)及工作原理

圖1 常規(guī)脈沖煙霧水霧機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖Fig.1 Structure diagram of pulsed smoker/fogger1.打氣筒 2.三通閥 3.起動(dòng)單向閥 4.進(jìn)氣管 5.單向膜片 6.引壓管口 7.化油器 8.喉管 9.油針 10.火花塞 11.油箱 12、20.引壓管 13.藥箱 14.藥開關(guān) 15.藥噴嘴 16.噴管17.燃燒室 18.燃燒室前室 19.藥箱加壓?jiǎn)蜗蜷y

常規(guī)脈沖式煙霧水霧機(jī)結(jié)構(gòu)如圖1所示，主要由脈沖發(fā)動(dòng)機(jī)和供藥系統(tǒng)兩大部分組成。脈沖發(fā)動(dòng)機(jī)的主體結(jié)構(gòu)是燃燒室和噴管(簡(jiǎn)稱燃燒室-噴管[2])，另外還包括點(diǎn)火、供油、起動(dòng)等裝置。供藥系統(tǒng)則由藥箱、藥開關(guān)、藥噴嘴、加壓?jiǎn)雾?xiàng)閥等組成。脈沖發(fā)動(dòng)機(jī)工作原理如下：起動(dòng)時(shí)利用打氣筒手動(dòng)打氣，分別給化油器供氣及對(duì)油箱加壓。由化油器形成的可燃混合氣通過位于燃燒室前室處的火花塞點(diǎn)火燃燒(火花塞只在起動(dòng)時(shí)發(fā)揮點(diǎn)火作用，正常工作后進(jìn)入燃燒室的可燃混合氣由上一循環(huán)的余火或高溫壁面點(diǎn)火燃燒而無須火花塞點(diǎn)火)。燃燒室壓力突增，關(guān)閉進(jìn)氣單向膜片，燃燒后的熱氣流經(jīng)過噴管從噴口排出。燃燒室內(nèi)壓力下降，單向膜片打開開始進(jìn)氣，隨燃燒室內(nèi)壓力進(jìn)一步下降，噴管內(nèi)氣流由向外排出轉(zhuǎn)向噴管內(nèi)進(jìn)氣，燃燒室內(nèi)剛進(jìn)入的可燃混合氣獲得進(jìn)一步壓縮，再次點(diǎn)燃，形成周期性進(jìn)氣-燃燒-排放的循環(huán)往復(fù)過程。發(fā)動(dòng)機(jī)的供油是由化油器進(jìn)氣時(shí)在喉管處形成的負(fù)壓完成吸油。脈沖式煙霧水霧機(jī)的工作則是依靠脈沖發(fā)動(dòng)機(jī)自激自吸的脈動(dòng)燃燒振蕩。發(fā)動(dòng)機(jī)工作時(shí)在噴管內(nèi)形成沿噴管軸向的周期往復(fù)的高溫紊流排放氣流，藥液(無論是熱霧劑還是水霧劑)由位于噴管上的藥噴嘴進(jìn)入噴管內(nèi)，利用噴管內(nèi)高溫脈動(dòng)熱氣流的熱能和紊流動(dòng)能將藥液破碎、裂化、蒸發(fā)，從噴管出口排出后冷凝，形成非常微小的煙霧或水霧霧滴。整機(jī)除化油器上進(jìn)氣單向膜片以及藥箱加壓?jiǎn)蜗蜷y產(chǎn)生小位移運(yùn)動(dòng)外，沒有其他任何運(yùn)動(dòng)部件。脈沖發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒階段產(chǎn)生的較高壓力通過位于化油器上的引壓管口及藥箱加壓?jiǎn)蜗蜷y引入至藥箱內(nèi)給藥液加壓，使藥液以一定流量在藥箱內(nèi)微壓作用下自動(dòng)流入噴管內(nèi)，形成藥液供給系統(tǒng)。整機(jī)無需供油泵、供氣泵及供藥泵等耗能裝置。

2 試驗(yàn)方法

2.1 測(cè)試系統(tǒng)

藥液流量由藥液增壓系統(tǒng)與噴嘴結(jié)構(gòu)決定，一般由生產(chǎn)廠家設(shè)定。為了研究藥液流量對(duì)脈沖發(fā)動(dòng)機(jī)工作的反饋影響，將圖1中的藥液供給系統(tǒng)改為齒輪泵主動(dòng)供藥且流量可以調(diào)節(jié)，工作特性參數(shù)測(cè)試系統(tǒng)如圖2所示。

圖2 脈沖式煙霧水霧機(jī)工作特性參數(shù)測(cè)試系統(tǒng)Fig.2 Testing system of characteristic parameters for pulsed smoker/fogger1.藥噴嘴 2.藥開關(guān) 3.轉(zhuǎn)子流量計(jì) 4.齒輪泵 5.藥箱 6.傳聲器 7.A/D轉(zhuǎn)換器 8.前置放大器 9.計(jì)算機(jī) 10.二位三通閥 11.計(jì)量管 12.油箱

2.1.1頻率測(cè)試裝置

脈沖發(fā)動(dòng)機(jī)工作時(shí)，可燃混合氣在燃燒室內(nèi)經(jīng)過“進(jìn)氣-燃燒-排氣-再進(jìn)氣”的循環(huán)往復(fù)式自激振蕩脈動(dòng)燃燒，燃燒室內(nèi)的氣體壓力基本符合正弦波的特征。燃燒室內(nèi)的壓力信號(hào)及脈沖發(fā)動(dòng)機(jī)的噪聲信號(hào)前期已進(jìn)行測(cè)量[4,11]，并分別進(jìn)行頻譜分析，兩種方法所測(cè)得的基頻完全一致。采用噪聲測(cè)量方法確定脈沖發(fā)動(dòng)機(jī)的工作頻率。該測(cè)試裝置由傳聲器、A/D轉(zhuǎn)換器、前置放大器及計(jì)算機(jī)組成，見圖2。傳聲器距噴管出口中心300 mm，與噴管軸線呈45°夾角。應(yīng)用CRAS7.1隨機(jī)信號(hào)與振動(dòng)分析軟件對(duì)排氣口的噪聲進(jìn)行頻譜分析。

2.1.2溫度測(cè)試裝置

為測(cè)定脈沖發(fā)動(dòng)機(jī)工作時(shí)燃燒室的氣流溫度，本文采用1根鎢錸熱電偶從噴管口處插入，測(cè)量燃燒室內(nèi)溫度，由溫度顯示儀顯示并記錄。

2.1.3藥液流量調(diào)節(jié)裝置

藥液流量調(diào)節(jié)裝置由藥噴嘴、藥開關(guān)、轉(zhuǎn)子流量計(jì)、齒輪泵和藥箱組成(圖2)。

2.1.4燃油實(shí)時(shí)計(jì)量裝置

燃油實(shí)時(shí)計(jì)量裝置主要由油耗計(jì)量管和二位三通閥組成(圖2)，用以測(cè)量進(jìn)入燃燒室燃燒的燃油消耗量，同時(shí)記錄對(duì)應(yīng)的時(shí)間，即計(jì)算可得脈沖發(fā)動(dòng)機(jī)燃油消耗率。試驗(yàn)中的油耗計(jì)量管采用50 mL滴定管，在脈沖發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)階段及進(jìn)入穩(wěn)態(tài)燃燒前的過渡階段均由油箱供油，只有進(jìn)入穩(wěn)態(tài)階段進(jìn)行測(cè)量時(shí)才將三通閥轉(zhuǎn)至計(jì)量管供油。

2.2 試驗(yàn)參數(shù)設(shè)定

2.2.1油門開度

6HYW-60S型脈沖式煙霧水霧機(jī)配備的化油器通過旋轉(zhuǎn)油針調(diào)節(jié)進(jìn)油量，油針可旋轉(zhuǎn)角為90°，試驗(yàn)過程中將油針旋轉(zhuǎn)角進(jìn)行4等分，即油門開度分別為：0°、22.5°、45.0°、67.5°、90.0°，共5個(gè)位置。

2.2.2藥液類型及流量

林業(yè)上應(yīng)用脈沖煙霧機(jī)進(jìn)行病蟲害防治時(shí)所配的熱霧劑大多采用菊酯類農(nóng)藥，溶劑油為柴油。本文以0#柴油作為熱霧劑試驗(yàn)用液體，同時(shí)以清水代表水霧劑農(nóng)藥試驗(yàn)用液體。0#柴油和清水流量均設(shè)定為20、30、40、50、60、70、80 L/h。所有試驗(yàn)重復(fù)測(cè)量3次，每一次將所有參數(shù)測(cè)定完后，再進(jìn)行下一次重復(fù)測(cè)試，測(cè)試結(jié)果取算術(shù)平均值。

3 試驗(yàn)結(jié)果與分析

3.1 不噴藥狀態(tài)

脈沖式煙霧水霧機(jī)在不噴煙霧或水霧條件下，無任何藥液從藥噴嘴(圖2)進(jìn)入噴管內(nèi)，對(duì)應(yīng)的燃油消耗率及工作頻率見表1。

表1 脈沖式煙霧水霧機(jī)不噴藥時(shí)各參數(shù)數(shù)值Tab.1 Parameter values of pulsed smoker/fogger without spraying

由表1可知，油門開度在0°～90°范圍內(nèi)調(diào)節(jié)時(shí)，燃油消耗率變化范圍為1.46～1.65 kg/h。當(dāng)油門開度為0°時(shí)，此時(shí)油針并沒有完全堵住油嘴，仍保持一定的開度，一般為發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)開度。油門開度90.0°時(shí)的燃油消耗率只比油門開度67.5°時(shí)高0.01 kg/h，兩者非常接近，說明油門開度在67.5°時(shí)已接近全開狀態(tài)。脈沖發(fā)動(dòng)機(jī)能否正常脈動(dòng)燃燒工作，不僅與燃燒室-噴管結(jié)構(gòu)參數(shù)所構(gòu)成的聲學(xué)條件有關(guān)，也與供給脈沖發(fā)動(dòng)機(jī)的可燃混合氣進(jìn)行燃燒所構(gòu)成的加熱條件有關(guān)，兩者只有形成耦合才能激發(fā)起自激自吸的脈動(dòng)燃燒。當(dāng)油門開度加大即供油量加大，燃燒室內(nèi)燃燒強(qiáng)度相應(yīng)增強(qiáng)，在燃燒室-噴管內(nèi)形成新的脈動(dòng)燃燒動(dòng)態(tài)平衡[21-22]。當(dāng)然，如果兩者不匹配即無法耦合作用則脈沖發(fā)動(dòng)機(jī)無法起動(dòng)，或起動(dòng)后工作不穩(wěn)定，容易熄火。

將試驗(yàn)測(cè)量的排氣噪聲聲壓信號(hào)應(yīng)用CRAS7.1隨機(jī)信號(hào)與振動(dòng)分析系統(tǒng)進(jìn)行頻譜分析，取第1階頻率作為脈沖發(fā)動(dòng)機(jī)的實(shí)際工作頻率，見表1。由表1可知，實(shí)際工作頻率隨油門開度加大(即供油量加大)呈緩慢增加趨勢(shì)。當(dāng)油門開度0°時(shí)，實(shí)際工作頻率為111.4 Hz，到最大開度90.0°時(shí)，頻率增加了9.7 Hz。

圖3為油門開度45.0°時(shí)的壓力信號(hào)頻譜圖，其基頻為117.2 Hz，圖中標(biāo)出了脈沖發(fā)動(dòng)機(jī)的第2、3、4階高次諧頻分別為238.3、359.4、470.7 Hz，基本為基頻的整數(shù)倍。

圖3 壓力信號(hào)功率頻譜圖(油門開度45°)Fig.3 Pressure signal spectrum of pressure signal under throttle opening of 45°

當(dāng)燃燒室內(nèi)無燃燒發(fā)生時(shí)，脈沖發(fā)動(dòng)機(jī)的主體結(jié)構(gòu)為燃燒室-噴管，類似于Helmholtz型聲學(xué)共振器，其理論工作頻率為[20]

(1)

cv——定容比熱容，J/(kg·K)

cp——定壓比熱容，J/(kg·K)

R——?dú)怏w常數(shù)，取287 J/(mol·K)

T——燃燒室溫度， K

S——噴管橫截面積，m2

V——燃燒室體積，m3

L——噴管長(zhǎng)度，m

根據(jù)所測(cè)的燃燒室內(nèi)氣流溫度，利用式(1)可計(jì)算得到脈沖發(fā)動(dòng)機(jī)的理論工作頻率，如表1所示。采用式(1)計(jì)算的理論工作頻率比實(shí)際工作頻率平均高31.1 Hz。最大差值為32.8 Hz(油門開度22.5°)，最小差值時(shí)29.6 Hz(油門開度0°)，不同油門開度下的兩種頻率的變化均不顯著。

利用式(1)計(jì)算脈沖發(fā)動(dòng)機(jī)理論工作頻率的前提條件是將脈沖發(fā)動(dòng)機(jī)的燃燒室-噴管看作為Helmholtz聲學(xué)共振器。實(shí)際用作消聲的聲學(xué)共振器由具有較大的空腔與較短小的頸管構(gòu)成。本文脈沖發(fā)動(dòng)機(jī)與一般聲學(xué)共振器相比，將燃燒室柱部和錐部合起來作為聲學(xué)空腔，將較長(zhǎng)的噴管作為聲學(xué)頸管。雖然式(1)中已考慮到噴管長(zhǎng)度L的影響，噴管越長(zhǎng)，頻率越低，但整個(gè)質(zhì)量氣流在較長(zhǎng)的噴管內(nèi)沿噴管軸向來回振蕩時(shí)，噴管也相當(dāng)于一個(gè)阻尼器，會(huì)進(jìn)一步降低其振蕩頻率。這正是實(shí)際工作頻率比式(1)計(jì)算的理論工作頻率小的原因之一。

當(dāng)脈沖發(fā)動(dòng)機(jī)工作(即燃燒室內(nèi)存在燃燒)時(shí)，聲學(xué)系統(tǒng)內(nèi)有熱量加入，調(diào)節(jié)油門開度即改變供油供氣量，則在燃燒室-噴管內(nèi)會(huì)形成新的燃燒振蕩耦合過程，引起實(shí)際工作頻率發(fā)生相應(yīng)變化。一旦兩者不匹配則無法耦合工作，導(dǎo)致脈沖發(fā)動(dòng)機(jī)無法起動(dòng)或可靠工作。脈沖發(fā)動(dòng)機(jī)至今許多機(jī)理仍不夠清晰，導(dǎo)致一些以脈沖發(fā)動(dòng)機(jī)為動(dòng)力的新型脈動(dòng)燃燒器難以得到很好的開發(fā)應(yīng)用。

3.2 噴藥狀態(tài)

將圖2中的藥箱裝入0#柴油或清水，調(diào)節(jié)齒輪泵，由轉(zhuǎn)子流量計(jì)記錄藥液流量，則藥液由藥噴嘴以液流形式進(jìn)入噴管內(nèi)。噴管內(nèi)以紊流脈動(dòng)的熱氣流不斷流過藥噴嘴，利用高溫、高速及紊態(tài)流動(dòng)的熱氣流所具有的動(dòng)能及熱能，將進(jìn)入噴管內(nèi)的藥液(柴油或清水)進(jìn)行破碎、裂化、蒸發(fā)成細(xì)小霧滴，從噴管出口處噴出。藥液從藥噴嘴進(jìn)入原有自激自吸振蕩燃燒系統(tǒng)中，不僅吸收系統(tǒng)內(nèi)的熱量，同時(shí)將霧化后的細(xì)小霧滴加入到振蕩氣流中形成新的振蕩質(zhì)量流，這必將會(huì)影響脈動(dòng)燃燒系統(tǒng)原有的振蕩平衡，并形成新的振蕩平衡，即會(huì)改變脈動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)的工作頻率。在噴煙霧和噴水霧不同工況條件下，結(jié)合不同油門開度和噴液流量情況，測(cè)得脈沖式煙霧水霧機(jī)的實(shí)際工作頻率如表2所示。

以0#柴油作為熱霧劑藥液流入到噴管內(nèi)，經(jīng)過熱力煙化后形成直徑小于10 μm的微小油霧滴[23]，進(jìn)入空氣中冷凝成濃密的白色可見煙霧。無論在何種油門開度下，脈沖發(fā)動(dòng)機(jī)的實(shí)際工作頻率均隨著柴油流量的增加呈下降趨勢(shì)。當(dāng)油門開度處于最小值0°時(shí)，由不噴藥時(shí)的111.4 Hz，下降為噴藥流量為20 L/h時(shí)的109.4 Hz，下降了2.0 Hz，直至下降到噴藥流量80 L/h時(shí)的101.6 Hz，下降了9.8 Hz。脈沖發(fā)動(dòng)機(jī)的實(shí)際工作頻率與熱霧劑流量之間呈線性負(fù)相關(guān)，如圖4所示，圖中虛線為實(shí)測(cè)曲線，實(shí)線為擬合直線。無論在何種油門開度下，實(shí)際工作頻率與柴油流量不僅均呈線性關(guān)系下降，且下降趨勢(shì)關(guān)系比較一致，即可采用共同的線性比例系數(shù)，即為-0.135 7 Hz·h/L。

表2 噴霧狀態(tài)下實(shí)際工作頻率

Tab.2 Actual working frequency with sprayingHz

液體油門開度/(°)噴液流量/(L·h-1)203040506070800109.4109.4107.4105.5105.5103.5101.622.5111.4111.4109.4109.4107.4105.5103.5柴油45.0115.2115.2111.4111.4109.4109.4107.267.5117.2117.2111.4111.4111.4109.4109.490.0117.2117.2115.2111.4111.4111.4109.40101.6101.699.699.697.797.795.722.5105.5102.5101.6101.699.699.697.7水 45.0107.4105.5103.5101.6101.699.699.667.5107.4107.4105.5103.5101.6101.6101.690.0109.4107.5105.5105.5103.5103.5101.6

圖4 噴煙霧工況下工作頻率與熱霧劑流量的線性關(guān)系Fig.4 Linear relationship curves between working frequency and flow rate of hot spray under smoke injection conditions

另外，實(shí)際工作頻率隨著油門開度的增大即供油量的增加呈上升趨勢(shì)。當(dāng)柴油流量為20 L/h時(shí)，工作頻率從油門開度0°時(shí)的109.4 Hz，增大到油門開度67.5°或90.0°時(shí)的117.2 Hz，增加了7.8 Hz。對(duì)應(yīng)柴油其他各流量下，其工作頻率的增加趨勢(shì)大體一致。

脈沖發(fā)動(dòng)機(jī)工作頻率與耗油率之間，無論在何種噴藥流量工況下，均存在共同的線性比例系數(shù)，即為38.58 Hz·h/L。以工作頻率與熱霧劑流量及脈沖發(fā)動(dòng)機(jī)耗油率的組合函數(shù)關(guān)系，進(jìn)行平面擬合，如圖5所示。圖中圓球點(diǎn)為實(shí)測(cè)值對(duì)應(yīng)的點(diǎn)。

圖5 工作頻率與流量及耗油率的平面線性關(guān)系Fig.5 Planar linear relationship between working frequency and spray flow rate and fuel consumption rate

當(dāng)脈沖發(fā)動(dòng)機(jī)應(yīng)用于熱力霧化水霧劑藥液(即清水)時(shí)，油門開度處于最小開度0°，水流量20 L/h時(shí)實(shí)際工作頻率由不噴藥時(shí)111.4 Hz降至101.6 Hz，下降了9.8 Hz，其下降幅度遠(yuǎn)大于噴煙霧時(shí)的2.0 Hz。這是因?yàn)樗谋葻崛轂?2 000 J/(kg·K)，約為柴油的2倍。噴煙霧時(shí)藥噴嘴處的溫度由噴藥前900℃，降至噴藥后700℃左右，而噴水霧時(shí)則驟降至80℃左右，即溫度急驟下降是使原有脈動(dòng)燃燒系統(tǒng)吸收消耗相當(dāng)大熱量，從而較大改變了原有振蕩系統(tǒng)并達(dá)到新的振蕩平衡，且噴管內(nèi)熱力霧化的水霧滴平均粒徑50 μm也遠(yuǎn)高于煙霧滴最大直徑10 μm[23]，因此水霧慣性質(zhì)量流比煙霧大。根據(jù)瑞利準(zhǔn)則[24]，雖然文中的熱量沒有從系統(tǒng)取走，但從噴藥嘴附近至噴管出口段(稱為熱力煙化段或熱力霧化段)熱氣流的介質(zhì)、質(zhì)量、狀態(tài)均發(fā)生了較大的改變，致使頻率產(chǎn)生較大下降[25]。隨著水流量由20 L/h增至80 L/h，實(shí)際工作頻率不斷下降，一直降到95.7 Hz，流量增加了3倍，頻率只下降了5.9 Hz，說明水霧劑藥液加入空載時(shí)的脈動(dòng)振蕩氣流中對(duì)脈動(dòng)振蕩系統(tǒng)的影響遠(yuǎn)高于加入后流量的變化量對(duì)其產(chǎn)生的影響。對(duì)應(yīng)其余油門開度22.5°、45.0°、67.5°、90.0°，水霧劑流量由20 L/h增加至80 L/h，實(shí)際工作頻率分別下降了7.8、7.8、5.8、7.8 Hz。

4 數(shù)學(xué)模型

根據(jù)前述綜合分析脈沖發(fā)動(dòng)機(jī)的實(shí)際工作頻率與熱霧劑流量及脈沖發(fā)動(dòng)機(jī)耗油率之間的關(guān)系，可得

f=-0.135 7Q1+38.58q+56.13
(R2=0.925)

(2)

式中Q1——熱霧劑流量， L/h

q——脈沖發(fā)動(dòng)機(jī)耗油率， L/h

利用式(2)計(jì)算對(duì)應(yīng)耗油率及熱霧劑流量或噴藥量的工作頻率，計(jì)算結(jié)果見表3。計(jì)算值與實(shí)際工作頻率最大絕對(duì)誤差僅為2.5 Hz(對(duì)應(yīng)油門開度67.5°，噴藥量40 L/h)，相對(duì)誤差只有2.2%。應(yīng)用式(2)計(jì)算不噴藥時(shí)的工作頻率，其最大相對(duì)誤差只有1.2%。說明在噴煙霧工況下，噴藥量從0直至最大噴藥量80 L/h，均可應(yīng)用式(2)簡(jiǎn)化計(jì)算脈沖發(fā)動(dòng)機(jī)的工作頻率。

表3 利用頻率修正公式計(jì)算的工作頻率Tab.3 Working frequency calculated by frequency correction equation Hz

實(shí)際工作頻率與水霧劑流量及耗油率之間也存在著良好的線性關(guān)系，脈沖發(fā)動(dòng)機(jī)工作頻率與水霧劑農(nóng)藥流量及耗油率之間的關(guān)系為

f=-0.115 7Q2+30.73q+59.61 (R2=0.936)

(3)

式中Q2——水霧劑農(nóng)藥流量，L/h

因熱力霧化水霧劑時(shí)，水霧劑加入噴管內(nèi)對(duì)原有熱氣流產(chǎn)生大幅降溫，使實(shí)際工作頻率幅值產(chǎn)生較大下降，因此式(3)只適用于加入水霧劑農(nóng)藥后的實(shí)際工作頻率與水霧劑農(nóng)藥流量及耗油率之間的關(guān)系，而不適用于不加水霧劑農(nóng)藥即空載情況，空載時(shí)可用式(2)計(jì)算。

利用式 (3)計(jì)算對(duì)應(yīng)水霧劑農(nóng)藥流量和各油門開度下的工作頻率，見表3，計(jì)算值與實(shí)測(cè)值最大相對(duì)誤差僅為1.4%(對(duì)應(yīng)油門開度67.5°，流量60 L/h)?？梢姡槍?duì)6HYW-60S型脈沖式煙霧水霧機(jī)，噴煙霧時(shí)應(yīng)用式(2)、噴水霧時(shí)應(yīng)用式(3)計(jì)算其工作頻率可行。

脈沖式煙霧水霧機(jī)在一定的脈動(dòng)頻率下才能正常工作，其工作過程是一個(gè)反饋耦合系統(tǒng)[26]?？梢园咽欠駠娝幗瓶醋飨到y(tǒng)有無負(fù)載兩種狀態(tài)。水的比熱容大于柴油，相同流量下水霧的負(fù)載大于煙霧負(fù)載。

5 結(jié)論

(1)應(yīng)用聲學(xué)共振頻率計(jì)算公式計(jì)算脈沖發(fā)動(dòng)機(jī)頻率時(shí)，雖然指無加熱條件，但又必須考慮加熱時(shí)的本地溫度對(duì)應(yīng)的聲速。計(jì)算值比實(shí)測(cè)值平均高31.1 Hz，平均相對(duì)誤差為26.6%。

(2)從藥噴嘴向噴管內(nèi)注入熱霧劑或水霧劑農(nóng)藥并且熱力煙化或霧化后，均會(huì)使原有工作頻率下降，水霧劑農(nóng)藥霧化后工作頻率的下降值大于熱霧劑煙化后的下降值，即水霧劑農(nóng)藥熱力霧化比熱霧劑熱力煙化對(duì)原有脈動(dòng)燃燒振蕩系統(tǒng)的擾動(dòng)大。

(3)建立的工作頻率計(jì)算式(2)適用于噴煙霧同時(shí)也適用不噴藥液狀態(tài)，式(3)只適用于噴水霧狀態(tài)。噴煙霧或噴水霧狀態(tài)下，實(shí)際工作頻率與藥液流量之間均呈負(fù)比例關(guān)系，其比例系數(shù)分別為-0.135 7、-0.115 7 Hz·h/L；工作頻率與燃油消耗率之間均呈正比例關(guān)系，對(duì)應(yīng)比例系數(shù)分別為38.58、30.73 Hz·h/L，說明噴煙霧時(shí)藥液流量與燃油消耗率對(duì)工作頻率的影響均比噴水霧時(shí)略大。式(2)、(3)所引起的最大平均相對(duì)誤差只有2.2%和1.4%，表明應(yīng)用這兩個(gè)模型在常規(guī)噴藥量范圍內(nèi)計(jì)算相應(yīng)的工作頻率可行。