vimjourСельскохозяйственные машины и технологииAgricultural Machinery and Technologies2073-7599Federal State Budgetary Scientific Institution «Federal Scientific Agroengineering Center VIM»10.22314/2073-7599-2023-17-3-27-33vimjour-524Research ArticleТЕХНИКА И ТЕХНОЛОГИИ ДЛЯ САДОВОДСТВАMACHINERY AND TECHNOLOGIES FOR GARDENINGОбоснование конструктивно-технологических параметров модуля мультивентиляторного опрыскивателяSubstantiation of the design and technological parameters of a multi-fan sprayer moduleМарченкоЛ. А.MarchenkoL. A.

Леонид Анатольевич Марченко, кандидат технических наук, ведущий научный сотрудник

Москва

Leonid A. Marchenko, Ph.D.(Eng.), leading researcher

Moscow

marchenko1312@mail.ruСмирновИ. Г.SmirnovI. G.

Игорь Геннадьевич Смирнов, доктор технических наук, заведующий отделом

Москва

Igor’ G. Smirnov, Dr.Sc.(Eng.), head of department

Moscow

rashn-smirnov@yandex.ruСпиридоновА. Ю.SpiridonovA. Yu.

Артем Юрьевич Спиридонов, младший научный сотрудник

Москва

Artem Yu. Spiridonov, junior researcher

Moscow

artyom-spiridonov@yandex.ruФедеральный научный агроинженерный центр ВИМРоссияFederal Scientific Agroengineering Center VIMRussian Federation2023200920231732733Copyright © Марченко Л.А., Смирнов И.Г., Спиридонов А.Ю., 20232023Марченко Л.А., Смирнов И.Г., Спиридонов А.Ю.Marchenko L.A., Smirnov I.G., Spiridonov A.Y.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://www.vimsmit.com/jour/article/view/524

В настоящее время для точного садоводства перспективны роботизированные универсальные платформы, оснащаемые модульными мультивентиляторными опрыскивателями, включающими 4-6 вентиляторов и работающими в точном садоводстве. С появлением новых технологий меняются и требования к вентиляционным системам опрыскивания. (Цель исследования) Обосновать конструктивно-технологические параметры модуля мультивентиляторного опрыскивателя. (Материалы и методы) Провели исследования, опираясь на основные уравнения сохранении энергии и массы в прикладной газовой динамике: уравнение Бернулли, уравнение неразрывности потока. Использовали методику оценки распределения давлений в воздуховоде вентиляторов и аналитические выражения расчета газовой струи, а также стандарты для установления универсальных параметров и размеров вентиляторов и распылителей жидкости. (Результаты и обсуждение) Теоретически рассчитали основные параметры: расход воздуха для покрытия заданного объема кроны – 11,28 метра кубического в секунду; расход воздуха одним вентилятором – 1,88 метра кубического в секунду; скорость потока воздуха при выходе из вентилятора – 17,9 метра в секунду; полное давление, развиваемое вентилятором – 192,25 паскаля; мощность, необходимая для привода одного вентилятора – 0,170 киловатта; установочная мощность двигателя вентилятора – 0,204 киловатта; длину начального участка струи – 1,53 метров; осевую скорость струи – 13,6 метра в секунду, расход воздуха – 12,84 метра кубического в секунду, диаметр круглой струи 1,58 метра. (Выводы) Обосновали технологическую схему мультивентиляторного опрыскивателя. Предложили расчетные уравнения, устанавливающие характер распределения статического, динамического и полного давления в различных сечениях вентилятора опрыскивателя. Представили алгоритм расчета параметров модуля опрыскивателя. Установили для конкретных условий численные значения параметров модуля мультивентиляторного опрыскивателя.

Currently, precision gardening necessitates the use of robotic universal platforms featuring modular multi-fan sprayers, typically equipped with 4-6 fans. As new technologies emerge, the demands placed on spraying ventilation systems are also evolving. (Research purpose) The objective of this research is to establish the design and technological specifications of the multi-fan sprayer module. (Materials and methods) The research is grounded on fundamental equations of energy and mass conservation in the field of applied gas dynamics, specifically the Bernoulli equation and the flow continuity equation. To analyze the pressure distribution within the fan duct and calculate the gas jet, a specific methodology was employed in this research. Additionally, the research utilizes analytical expressions and industry standards to determine universal parameters and dimensions of fans and liquid atomizers. (Results and discussion) Theoretical calculations were performed to determine the main parameters. The results are as follows: the air consumption required to cover a given crown volume is 11.28 cubic meters per second; the air consumption by one fan is 1.88 cubic meters per second; the air flow rate at the fan outlet reaches 17.9 meters per second; pressure generated by the fan is 192.25 pascals; power required to drive one fan is 0.170 kilowatts; the installed power of the fan motor is 0.204 kilowatts; the jet initial section length is 1.53 meters; the axial jet velocity is 13.6 meters per second; the air consumption is 12.84 cubic meters per second; the round jet diameter is 1.58 meters. (Conclusions) The technological scheme of a multi-fan sprayer has been developed and justified. Calculation equations have been proposed to determine the distribution of static, dynamic, and total pressure in different sections of the sprayer fan.  An algorithm for calculating the parameters of the sprayer module has been presented. The numerical values of the parameters for the multi-fan sprayer module have been determined for specific operating conditions.

мультивентиляторный опрыскивательаэродинамические характеристикирасчетные уравненияобоснованиепараметрыmulti-fan sprayeraerodynamic characteristicscalculation equationssubstantiationparametersReferencesКуликов И.М., Утков Ю.А., Бычков В.В. Техническое оснащение современного промышленного садоводства и перспективы его совершенствования // Сельскохозяйственные машины и технологии. 2010. Т. 4. N5. С. 3-8.Kulikov I.M., Utkov Yu.A., Bychkov V.V. Tekhnicheskoe osnashchenie sovremennogo promyshlennogo sadovodstva i perspektivy ego sovershenstvovaniya [Technical equipment of modern industrial horticulture and prospects for its improvement]. Sel'skokhozyaystvennye mashiny i tekhnologii. 2010. Vol. 4. N5. 3-8 (In Russian).Полухин А.А. Импортозамещение на рынке сельскохозяйственной техники России // Современная конкуренция. 2015. Т. 9. N6(54). С.129-141.Polukhin A.A. Importozameshchenie na rynke sel'skokhozyaystvennoy tekhniki Rossii [Import substitution in the agricultural machinery market of Russia]. Sovremennaya konkurentsiya. 2015. Vol. 9. N6(54). 129-141 (In Russian).Li S., Chen C., Wang Y., Kang F., Li W. Study on the atomization characteristics of flat fan nozzles for pesticide application at low pressures. Agriculture. 2021. Vol. 11. 309.Li S., Chen C., Wang Y., Kang F., Li W. Study on the atomization characteristics of flat fan nozzles for pesticide application at low pressures. Agriculture. 2021. Vol. 11. 309 (In English).Hu Y., Chen Y., Wei W., Hu Z., Li P. Optimization design of spray cooling fan based on cfd simulation and field experiment for horticultural crops. Agriculture. 2021. Vol. 11. 566.Hu Y., Chen Y., Wei W., Hu Z., Li P. Optimization design of spray cooling fan based on cfd simulation and field experiment for horticultural crops. Agriculture. 2021. Vol. 11. 566 (In English).Gullberg P., Löfdahl L. Fan modelling in CFD using RANS with MRF, limitations and consistency, a comparison between fans of different design. In Vehicle Thermal Management Systems Conference and Exhibition (VTMS10). Wood-head Publishing: Cambridge, UK. 2011.423-433.Gullberg P., Löfdahl L. Fan modelling in CFD using RANS with MRF, limitations and consistency, a comparison between fans of different design. In Vehicle Thermal Management Systems Conference and Exhibition (VTMS10). Wood-head Publishing: Cambridge, UK. 2011.423-433 (In English).Negi P., Subhash M. Method to control flow separation over wind turbine blade: A CFD study. Mater. Today Proc. 2021.Negi P., Subhash M. Method to control flow separation over wind turbine blade: A CFD study. Mater. Today Proc. 2021 (In English).Sureshkumar R., Kale S.R.. Dhar P.L. Heat and mass transfer processes between a water spray and ambient air–II. Simulations. Appl. Therm. Eng. 2008. Vol. 28. 361-371.Sureshkumar R., Kale S.R.. Dhar P.L. Heat and mass transfer processes between a water spray and ambient air–II. Simulations.Appl. Therm. Eng. 2008. Vol. 28. 361-371 (In English).Sureshkumar R., Kale S.R., Dhar P.L. Heat and mass transfer processes between a water spray and ambient air–I. Experimental data. Appl. Therm. Eng. 2008. Vol. 28. 349-360.Sureshkumar R., Kale S.R., Dhar P.L. Heat and mass transfer processes between a water spray and ambient air–I. Experimental data. Appl. Therm. Eng. 2008. Vol. 28. 349-360 (In English).Zhang W.,Yuan J., Zhou B., Li H., Yuan Y. The influence of axial-flow fan trailing edge structure on internal flow. Adv. Mech. Eng. 2018. Vol. 10(11). 168781401881174.Zhang W.,Yuan J., Zhou B., Li H., Yuan Y. The influence of axial-flow fan trailing edge structure on internal flow. Adv. Mech. Eng. 2018. Vol. 10(11). 168781401881174 (In English).Sethi V.P., Sharma S.K. Survey of cooling technologies for worldwide agricultural greenhouse applications. Sol. Energy. 2007. Vol. 81. 1447-1459.Sethi V.P., Sharma S.K. Survey of cooling technologies for worldwide agricultural greenhouse applications. Sol. Energy. 2007. Vol. 81. 1447-1459 (In English).Saberian A., Sajadiye S.M. Assessing the variable performance of fan-and-pad cooling in a subtropical desert greenhouse. Appl. Therm. Eng. 2020. Vol. 179. 115672.Saberian A., Sajadiye S.M. Assessing the variable performance of fan-and-pad cooling in a subtropical desert greenhouse. Appl. Therm. Eng. 2020. Vol. 179. 115672 (In English).Брусиловский И.В. Аэродинамические схемы и характеристики осевых вентиляторов ЦАГИ. М.: Недра. 1978. 198 с.Brusilovskiy I.V. Aerodinamicheskie skhemy i kharakteristiki osevykh ventilyatorov TSAGI [Aerodynamic configurations and performance characteristics of TsAGI axial fans]. M.: Nedra. 1978. 198 (In Russian).Вахвахов Г.Г. Работа вентилятора в сети. М.: Стройиздат. 1975. 101 с.Vakhvakhov G.G. Rabota ventilyatora v seti [Fan operation in the network]. Moscow: Stroyizdat. 1975. 101 (In Russian).Абрамович Г.Н. Теория турбулентных струй. М.: Наука. 1976. 623 с.Abramovich G.N. Teoriya turbulentnykh struy [Theory of turbulent jets]. Moscow: Nauka. 1976. 623 (In Russian).Абрамович Г.Н. Прикладная газовая динамика. Изд. 4-е. М.: Наука. 1976. 888 с.Abramovich G.N. Prikladnaya gazovaya dinamika [Applied gas dynamics]. Izd. 4-e. Moscow: Nauka. 1976. 888 (In Russian).

The authors declare that there are no conflicts of interest present.