مدل‌سازی ریاضی و آزمون تزریق در یک سامانه آزمایشگاهی سمپاش تزریق مستقیم (DI)

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 عضو باشگاه پژوهشگران جوان و نخبگان دانشگاه آزاد اسلامی واحد تاکستان

2 دانشیار گروه مکانیک ماشین‌های کشاورزی دانشگاه تربیت مدرس

3 استاد گروه مکانیک ماشین‌های کشاورزی دانشکده بیوسیستم دانشگاه تهران

4 مربی گروه مکانیک دانشگاه آزاد اسلامی واحد تاکستان

5 عضو باشگاه پژوهشگران جوان و نخبگان دانشگاه آزاد اسلامی واحد بناب

چکیده

در سمپاش­های تزریق مستقیم1 (DI)، زمان تأخیر برای تغییر غلظت مواد شیمیایی در نوک افشانک­ها بر کارایی سمپاش تأثیر می­گذارد.  مهم­ترین متغیر برای بررسی عملکرد سامانۀ­ تزریق مستقیم در اِعمال علف­کش­ها به صورت زمان حقیقی، زمان تأخیر آن است.  در این تحقیق، ابتدا یک سامانه تزریق مستقیم روی یک سمپاش بوم­دار طراحی و نصب شد.  پس از آن، به منظور بررسی کمّی تأثیر حجم لوله­های محلول سم از نقطۀ­ تزریق تا خروجی افشانک­ها (V)، دبی مادۀ­ مؤثر علف­کش و دبی سیال حامل بر مشخصات دینامیکی سامانۀ­ تزریق مستقیم- از جمله زمان تأخیر، جریان محلول سم از نقطه­ تزریق تا نوک افشانک­ها- مدل­سازی ریاضی شد.  بدین­منظور از دو مدل حاکم بر جریان محلول سم در سامانه­های تزریق مستقیم استفاده شد: مدل "جریان تکه­ای2" و مدل "اختلاط مناسب3"؛ این دو در این تحقیق ارائه شده­اند.  به منظور بررسی و مقایسه­ نتایج حاصل از مدل­سازی ریاضی و نتایج حاصل از آزمون سامانه­ تزریق مستقیم، یک سامانه­ تزریق مستقیم طراحی و ساخته شد.  برای تجزیه، تحلیل و مقایسۀ­ نتایج کارگاهی نیز از روش تجزیه­ واریانس با آزمون دانکن با سطح اطمینان 5 درصد استفاده شد تا اثر تغییر پارامترهای مختلف بر زمان تأخیر سامانه تعیین شود.  برای بررسی بر­هم­­کنش عوامل مختلف، آزمایش فاکتوریل با طرح بلوک­های کاملاً تصادفی به کار برده شد.  نتایج آزمون­های کارگاهی با نتایج حاصل از مدل ریاضی ارائه شده مقایسه شد.  با توجه به نتایج مقایسۀ پاسخ زمانی بین مدل­ها و آزمون­ها، مشخص شد که مدل اختلاط مناسب در مقایسه با مدل جریان تکه­ای پاسخ بهتری ارائه می­دهد.  از این روش می­توان مدل اختلاط مناسب را برای پیش­بینی رفتار دینامیکی سامانۀ تزریق مستقیم به کار برد، گرچه در هر دو مدل، بین مقدار حالت پایا با مقادیر حالت پایای آزمون­ها اندکی تفاوت مشاهده می­شود.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Modeling and Testing of Herbicide Injection into Carriers on Direct Injection Sprayers

چکیده [English]

In a direct injection sprayer (DI), the delay time to change the concentration of chemicals in the spray tip can have a substantial effect on sprayer performance. Delay time is the most important variable in evaluating the performance of a DI system in real time herbicide application. The flow of solution from the injection point to the nozzles was mathematically modeled to quantitatively evaluate the effect of tube volume and carrier flow rate on dynamic specifications, such as delay time. Plug-Flow and Well-Mixed models were used to model solution flow in DI systems. A DI system was designed and built to allow comparison between the mathematical model and tests results. ANOVA (Duncan test) at a 5% confidence level was used to determine the effect of change of the parameters on the delay time. A factorial completely randomized block design and SPSS 15 software were used for statistical analysis of the data. Comparison of the mathematical model with the test results showed that, for time response, the Well-Mixed model had a more appropriate response time than did the Plug-Flow model. The Well-Mixed model is suggested for predicting the dynamic behavior of a DI system. Both models produced stable state values that were slightly different from test results.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Delay Time
  • Direct Injection Sprayer
  • Plug-Flow Model
  • Well-Mixed Model
Al–Gaadi, K. A. 1992. Monitoring the performance of a ground sprayer with and without control system. M.Sc Thesis. Department of Agricultural and Chemical Engineering. Colorado State University. USA.

Anon. 2002. Richtlinien für die Prüfung von Pflanzenschutzmitteln und Pflanzenschutzgeräten: Merkmale für die Prüfung in Gebrauch befindlicher Spritz- und Sprühgeräte für Flächen-und Raumkulturen. Teil VII. Biologische Bundesanstalt für Land- und Forstwirtschaft (BBA). Berlin. Germany.

Giles, D. K. and Comino, J. A. 1990. Droplet size and spray pattern characteristics of an electronic flow controller for spray nozzles. J. Agric. Eng. Res. 47, 249-267.

GopalaPillai, S., Tian, L. and Zheng, J. 1999. Evaluation of a flow control system for site-specific herbicide applications. T. ASAE. 42(4): 863-870.

Koo, Y. M. and Kuhlman, D. K. 1993. A variable flow nozzle with consistent spray performance. T. ASAE. 36(3): 685-690.

Lovich, M. A., Doles, J. and Peterfreund, R. A. 2005. The impact of carrier flow rate and infusion set dead-volume on the dynamics of intravenous drug delivery. Anesth. Analg. 100(4): 1048-1055.

Mohammadzamani, D., Minaei, S., Alimardani, R., Almassi, M. and Shafikhani. H. R. 2009. Generation a digital management map using gps for herbicide application by VRA spraying. J. Agric. Eng. Res. 10(3): 29-44. (in Farsi)

Paice, M. E. R., Miller, P. C. H. and Day, W. 1996. Control requirements for spatially selective herbicide sprayers. Comput. Electron. Agric. 14(2-3): 163-177.

Rockwell, A. D. and Ayers, P. D. 1996. A variable rate, direct nozzle injection field sprayer. Appl. Eng. Agric.  12(5): 531-538.

Stone, M. L., Giles, D. K. and Dieball, K. J. 1999. Distributed network system for control of spray droplet size and application rate for precision chemical application. American Society of Agricultural Engineers (ASAE). Paper No. 99-3112

Tian, L. and Zheng, J. 2000. Dynamic deposition pattern simulation of modulated spraying. T. ASAE. 43(1): 5-11.

 

Zhu, H., Ozkan, H. E., Fox, R. D., Brazee, R. D. and Derksen, R. C. 1998. Mixture uniformity in supply lines and spray patterns of a laboratory injection sprayer. Appl. Eng. Agric. 14(3): 223-230.