马 旭，郭林杰，温志成，魏宇豪，肖荣浩，曾 红

（华南农业大学工程学院，广州 510642）

0 引 言

自走式喷杆喷雾机是目前植保防控的主流机型[1-2]。现有的自走式喷杆喷雾机仍停留在大容量、大雾滴喷雾水平上，作业时存在需水量大（水稻喷药量在750 L/hm2左右）、叶片背部沉积量不足和雾滴分布不均匀等问题。静电喷雾是是一种新型的低量施药技术，与非静电喷雾相比，静电喷雾可增加雾滴在植物叶片背面及隐蔽部位的沉积效率、节省农药稀释用水，有利于减轻喷雾机负荷、提高农药利用率，已成为国内外植保领域研究热点[3-7]。

Law 等[8-10]通过多年研究得出静电喷雾最佳雾滴粒径和电极安装距离等。Bowen 等[11]从理论与试验2 个方面阐明了静电喷雾有助于农药雾滴沉积，丰富了静电喷雾基础理论。闻建龙等[12]通过对带电粒子的受力分析，建立了荷电两相流的理论基本方程。姚江等[13]利用Maxwell 软件对单个喷头的静电场进行数值模拟，表明感应电场的场强沿轴向迅速衰减。陈汇龙等[14]利用Fluent软件对单个喷头的静电场进行分析，提出较高电压有利于感应充电。贾卫东等[15]用PDPA 分析了静电喷雾场的喷幅、雾滴粒径及分布，表明静电可以改善雾滴粒径分布的均匀性。周良富等[16]通过对静电喷雾附着率的影响因素分析，发现充电电压是影响雾滴在叶背面沉积的最主要因素。杨洲等[17]通过分析果园静电喷雾的雾滴分布均匀性，得出静电喷雾系统可提高雾滴吸附能力。顾万玉[18]对喷杆式静电喷雾系统进行了设计，其研究结果对提高静电喷雾作业效率，确定最佳工作参数具有参考意义。

目前对静电喷雾的研究主要集中在荷电基础理论研究、单个喷头电场仿真以及静电喷雾雾化效果的试验研究，对多喷头电极作用下的静电喷雾涉及较少。为节省大田喷雾作业的农药稀释用水，并解决叶片背面沉积量不足和雾滴分布不均匀等问题，本文将静电喷雾与喷杆喷雾技术相结合，利用Fluent 软件建立多喷头喷雾仿真模型，通过试验探究了不同参数组合对喷头雾化性能的影响，并将得到的最优参数组合应用于田间病虫害防治试验，以期为静电喷雾技术在大型喷杆喷雾机上的应用提供参考。

1 材料与方法

1.1 静电喷雾基本原理

静电喷雾是利用高压静电在喷头与靶标之间建立静电场，使喷头雾化后的雾滴携带电荷，在初始动力、重力和电场力的驱动下，向靶标做沉积运动[19]。静电雾化的过程就是静电力与液体的表面张力之间相互竞争的过程。雾滴受力模型如图1 所示，设雾滴表面张力为σ0，静电力为 f，表面张力使雾滴产生了一个内外压力差Pσ，电荷之间的相互作用使雾滴内产生膨胀力Pe，静电力 f 与 f*、表面张力σ0与σ*分别为两对作用力与反作用力。当Pe=Pσ时，雾滴处于临界破裂状态，根据罗惕乾等[20-21]研究结果，此时有：

式中qmax为雾滴的带电极限值，C；R 为感应电极半径，m；σ1为雾滴带电后表面张力，N/m；ε0为真空介电常数，ε0=8. 854×10-12F/ m。

当雾滴所携带的电荷量超过qmax时，电场力大于表面张力，雾滴发生破碎。当雾滴表面带电时，表面张力因受静电力的影响而减小，使雾滴破碎的实际电荷量小于qmax，导致雾滴在荷电量小于极限值时也能发生分裂，从而细化为粒径更小的雾滴。

图1 雾滴受力示意图 Fig.1 Schematic diagram of droplet force

雾滴充电方法主要有电晕充电、接触充电和感应充电。感应充电法具有充电方式简单、电极电压低和安全可靠等优点[22]，因此本文选择感应法为雾滴充电。目前研发的感应式静电喷头主要靠电极感应静电场使雾化区液滴带电，感应电极容易打湿（见图2a），造成漏电或雾滴无法荷电。为避免试验过程中电极被淋湿，本文在原感应式静电喷头[23]上添加气流辅助部件来保持感应电极干燥，如图2b 和图2d 所示，气流辅助部件内部采用阶梯结构，底部为圆环结构，圆环内径与喷嘴外径大小一致，圆环外径与感应电极内径大小一致，将气流辅助部件嵌套在感应式静电喷头中（见图2c），药液通过静电喷头的喷孔后雾化散开，气管与气流辅助部件的宝塔状连接口连接，由气泵提供气流，气流通过气流辅助部件均匀分布的出气孔高速流出，高速气流将吸附在感应电极表面的细小雾滴携带走，从而提升感应充电稳定性。

图2 静电喷头与气流辅助部件 Fig.2 Electrostatic nozzle and air assisted components

1.2 多喷头感应荷电喷雾试验平台

多喷头感应荷电喷雾试验平台主要包括3 部分，一是静电雾化系统，主要包括水箱、水泵（腾飞双泵喷雾器，0～1.2 MPa）、水管、液压阀、感应式静电喷头（额定充电电压4～8 kV，喷雾水压0.3～0.5MPa，雾化角60°，流量6 mL/s）、气泵（冀虎无油空压机）、气管、气流辅助部件、气压阀、220 V 移动电源（数瑞220 V 电源，300 W 纯正弦波）和高压直流电源（东文高压电源，0～30 kV）；二是荷电特性（荷质比、粒径）检测仪器，主要包括法拉第筒（青岛众邦仪器，内筒直径350 mm、外筒直径450 mm、高1 100 mm），电荷量表（青岛众邦仪器，0～40 μC）和激光粒度分析仪（欧美克仪器有限公司，DP-02）；三是沉积特性（均匀性、沉积量）测试材料，包括集雾槽（槽宽50 mm，长2 000 mm），量杯（50 mL）、水敏纸和靶标（孕穗期水稻，高90 cm）等。试验装置如图3 所示。

图3 多喷头静电喷雾试验装置 Fig.3 Multi-nozzle electrostatic spray test device

1.3 多喷头感应电场

本文所用的静电喷头感应电极为圆柱面，因感应电极厚度小于1 mm，且主要是电极材料表层电子参与静电感应，故忽略感应电极厚度影响，设圆柱面均匀带电，半径为a（m），高L（m），相邻电极间距H（m），施加高电压U（kV）时，单个电极所带电荷为q（C），其电荷面密度为 σ=q/(2πaL)（C/m2）。图4 为多喷头感应电场模型。O1为电极①的上端面圆心，过O1在电极①径向建立x1轴、y1轴，在轴向建立z1轴，x1´O1´y1´为积分单元所在平面，到电极上端面距离为z。设空间任意一点P1的球坐标为（r1，φ1，θ1），r1为O1P1长度，φ1为O1P1与z1轴夹角，θ1为O1S1与x1轴夹角，O1S1为O1P1在积分单元面投影向量，圆柱面上取积分单元dq=σadθ1dz，由对称性可知，P1的电场强度E 与θ 无关，为了计算简便，取θ=0°。

图4 多喷头感应电极空间电场 Fig.4 Space electric field of multi-nozzle induction electrode

当电极①单独作用时，根据文献[24-28]，在P1点产生的感应电场强度E、E1x、E1y和E1z分别为

式中K(d1) 表示模为d1的第I 类椭圆积分；E(d1) 表示模为d1的第II 类椭圆积分；S、l 和d1分别由式（7）～（9）计算：

电极①和②同时作用时，由于圆柱面电极产生的电场具有对称性，电极②在P1点的电场强度与P2点相等，根据各点之间位置关系，可得电极②在P1的电场强度E2x和E2z，同理可得电极③在P1的电场强度E3x和E3z，当喷头多于3 个时，由于电极间距增加，其余电极在P1点的感应电场强度较小，故只考虑电极①、②和③的影响。利用场强叠加原理，可得P1点的感应电场强镀度为

式（10）的计算过程较复杂，根据茹煜等[29]的研究结果，电极附近的感应电场对雾滴充电起决定性作用，越靠近电极感应电场越大，因此对多喷头感应电场进一步简化。设多喷头感应电极分别由点电荷Ⅰ、点电荷Ⅱ和点电荷Ⅲ组成，均为负电荷，各电荷在P1点的电场强度分别为E1´，E2´，E3´，如图5 所示。设3 个电极同时作用时的电场强度为E´，根据场强叠加原理，E´= E1´+ E2´+ E3´，显然| E´ |＞| E1´ |，说明在感应电极附近，多个圆柱面电极的电场强度值经过电场叠加后大于单个圆柱面电极的电场强度，但电场叠加是非线性的。

图5 多喷头感应电场简化模型 Fig.5 Simplified model of multi-nozzle induced electric field

2 电场强度和雾滴粒径空间分布的仿真分析

电场和粒径是决定雾化效果的重要参数[30-31]，生物最佳粒径理论[32-33]认为，不同生物靶标捕获的雾滴粒径范围不同，只有在最佳粒径范围内，靶标捕获的雾滴数量才最多，防治效果也最佳。雾滴粒径常用体积中径D50作为评价指标，其值越小说明雾滴粒径越小、雾滴数量越多、渗透性越好，药效最佳。为进一步探究多喷头感应电场和雾滴粒径分布，利用Fluent 16.0 软件对雾化区的电场和雾滴粒径进行仿真分析，采用SIMPLE 算法，定义最大运算步数1 500，其控制方程如下：

混合相连续性方程：

式中ρf是流体密度，kg/m3；→是速度矢量，m/s；t 是时间，s。

荷电相动量方程：

式中ρl是液体密度，kg/m3；p 是静压，Pa；是重力作用项，N/m3；为液相力，N/m3；为电场力，N/m3；

气相动量方程：

式中ρg是气体密度，kg/m3；是重力作用项，N/m3；为气相力，N/m3；

组分传输方程：

式中Yi为i 组分的体积分数，%；Ji是组分i 的扩散通量，kg/(m2·s)；Si代表出口的回流流量，kg/s。

2.1 仿真模型

仿真模型如图6a，长、宽、高分别为1 300 、700 和500 mm，感应电极为直径20 mm、高10 mm 的圆柱面，喷孔直径为1 mm，中间喷头上端面中心位于坐标原点，其余喷头与中间喷头间距200 mm 或300 mm。利用ICEM CFD16.0 软件进行网格划分，主体采用六面体单元，以提高计算速度，对电极和喷孔附近区域采用O 型网格进行局部细化，网格数量为624 514，如图6b。

图6 仿真模型及网格划分 Fig.6 Simulation model and mesh generation

2.2 边界条件

根据室内试验结果，以充电电压6 kV 和喷雾水压0.5 MPa 时的实测值作为边界条件，此条件下，喷头流量为 6 mL/s，出口流速为 8 m/s。采用 k-ε 中的Realizable 模型，入口设置为液体速度入口，速度为8 m/s，出口选择 outflow。采用 Fluent 中的 DPM（ Discrete Phase Model ） 模 块， 喷 射 源 选 择pressure-swirl-atomizer，采用泰勒破碎模型，材料为water，喷射源入口压力为0.5 MPa，出口压力为1 个标准大气压，每个喷射源的流量为 6 mL/s，采用Eulerian-Lagrangian 耦合算法。采用Fluent 拓展模块MHD（Magneto Hydro Dynamical），选择Electrical Potential，环形电极材料设置为steel，充电电压设置为6 kV。

2.3 仿真结果与分析

2.3.1 电场强度空间分布

图7 为x 轴方向-100 mm 到100 mm 区间的不同高度截面上的平均电场强度变化曲线，可以看出，在喷头附近电场强度衰减迅速，随着远离喷头，衰减速度逐渐变慢，从20 mm 到200 mm 截面处，相邻喷头间距200、300 mm 和单喷头的电场强度分别衰减了79.4%、86.2%和94.8%，说明雾滴的充电过程主要集中在电极附近，3个喷头的电场分布均匀性优于单喷头，间距小的均匀性好于间距大的，这是因为单个喷头作用时，感应电场强度中间高四周低，分布均匀差，而3 个喷头同时作用时，相邻喷头的感应电场存在重叠区域，重叠区域的感应电场强度用高于单个喷头，而且喷头间距越小电场强度叠加值越大，电场强度的空间分布越均匀。图8 为单喷头和不同间距的多喷头在不同高度截面上的电场强度云图。由图8 可知，距离喷头电极越近电场强度越大，3 个喷头的电场强度要高于单个喷头，喷头间距减小，电场强度增加明显。

图7 不同高度截面上的平均电场强度曲线 Fig.7 Curve of average electric field intensity on cross sections at different heights

2.3.2 雾滴粒径分布

图9 为喷雾水压0.5 MPa、喷头间距200 mm 时的雾滴粒径分布仿真结果，将非静电与静电喷雾条件下仿真得到的雾滴粒径导出到CFD-post 中进行统计分析，统计结果如图10 所示。仿真结果表明，雾滴粒径分布基本符合正态分布，在喷雾水压0.5 MPa、喷头间距200 mm 时，非静电和静电喷雾的雾滴粒径尺寸的最大范围分别为150～170 μm 和 130～150 μm，D50分别为 159.8 和139.5 μm，静电喷雾的雾滴体积中径比非静电喷雾减小12.7%。

图8 电场强度空间分布 Fig.8 Spatial distribution of electric field strength

图9 静电喷雾的雾滴粒径分布仿真结果 Fig.9 Simulation results of droplet size distribution of electrostatic spray

图10 非静电和静电喷雾的雾滴粒径分布 Fig.10 Droplet size distribution of non electrostatic and electrostatic spray

3 雾化特性试验

3.1 雾滴荷质比

采用法拉第筒法对单个喷头进行不同充电电压、喷雾水压的荷质比测试。静电发生器正高压输出端与静电喷头电极相连，喷头距法拉第筒300 mm，待喷雾稳定后开始计时，用电荷量表测出10 s 内法拉第筒内筒雾滴的总电荷量Q（mC），用量杯收集内筒内的雾滴并用电子称测其质量M（kg），计算出荷质比C（C=Q/M），结果如图11 所示。

图11 不同喷雾水压下单喷头喷雾的雾滴荷质比随充电电压的变化曲线 Fig.11 Change curve of droplet charge-mass ratios with charging voltage for single nozzle spraying with under different spray water pressures

由图11 可知，对于同一喷雾水压，充电电压低于7 kV 时，充电电压对单喷头喷雾的雾滴荷质比的影响趋于正线性相关；充电电压高于7 kV 时，雾滴荷质比随充电电压增加而减小，这是由于随着充电电压的增加，空气介质被击穿，导致圆柱面电极变为电晕放电，使得雾滴的荷电能力减弱。当电压相同时，雾滴荷质比随喷雾水压的增大而减小，试验条件下的最大荷质比为0.21 mC/kg。

采用同样方法进行多喷头喷雾的荷质比测试，选取影响较大的充电电压、喷雾水压和喷头间距作为试验因素，根据静电喷头的额定工作电压，将充电电压设为5、6 和7 kV 三个水平，由于选用的静电喷头在喷雾水压0.3 MPa 时就能达到良好的雾化效果，从节水省药角度，将喷雾水压设为0.3、0.4 和0.5 MPa 三个水平，根据喷头雾化角60°和喷雾机作业高度300～500 mm，将喷头间距设为200、250 和300mm 三个水平。按三因素三水平进行正交试验，每个测试重复3 次取平均值，试验因素及其水平如表1 所示，试验结果如表2 所示，方差分析结果如表3 所示。

表1 试验因素与水平 Table 1 Factors and levels of experiments

表2 试验结果表明，各因素对雾滴荷质比影响大小的顺序为充电电压＞喷头间距＞喷雾水压。由表3 可知，充电电压对荷质比的影响极其显著，喷头间距对荷质比的影响显著，喷雾水压对荷质比的影响不显著。这是因为在最佳充电电压附近，充电电压继续增加，空气将被击穿，会使充电方式由感应充电变为电晕充电，降低了充电效果。而喷雾水压增加，雾滴初始速度变大，雾滴粒径略有减小，但雾滴带电量逐渐接近饱和，因而喷雾水压的变化对雾滴荷质比的变化影响不大。

表2 试验方案与结果 Table 2 Test scheme and results

试验测得雾滴荷质比的最佳参数组合为喷头间距200 mm、充电电压6 kV、喷雾水压0.4 MPa，此时雾滴荷质比是0.26 mC/kg，比同一条件下单喷头喷雾的荷质比提高了52.9%。而喷头间距200 mm 的平均荷质比与间距250 和300 mm 时相比分别提高了15.8%和22.2%。

表3 荷质比方差分析 Table 3 Variance analysis of charge-mass ratio

3.2 雾滴粒径分布

采用DP-02 激光粒度仪进行雾滴粒径信息采集。试验时，激光光束位于雾化测试区正中间，距喷头300 mm 处。分别对非静电和静电（6 kV）喷雾下，喷头间距200、250和300 mm，喷雾水压0.3、0.4 和0.5 MPa 条件下的雾滴粒径（体积中径D50）进行测试，试验结果如表4 所示。

表4 表明，雾滴体积中径随喷雾水压的增加而减小，与非静电喷雾相比，静电喷雾能够减小雾滴粒径，在试验条件下，喷头间距越小，雾滴粒径减小越明显。这是因为静电喷雾使雾滴的表面张力减小，而喷头间距越小，电场强度越大，雾滴表层同性电荷间的排斥力也越大，使得液滴更容易破裂成较小的液滴。喷雾水压0.5 MPa，喷头间距200 mm 时，非静电与静电喷雾的雾滴体积中径D50分别为147.3 和121.6 μm，静电喷雾的D50比非静电喷雾减小了17.4%，与相同条件D50的仿真结果误差分别为8.5%和14.7%，试验与仿真结果基本吻合。

表4 不同喷雾方式下不同水压和喷头间距的D50 测量结果 Table 4 D50 measurement results of with different spray water pressure and nozzle spacing under different spray modes

3.3 雾滴分布均匀性

试验依据GBT 24677.2—2009《喷杆喷雾机试验方法》[34]进行，喷头距集雾槽的高度为500 mm，集雾槽倾角10°，每个槽口正对一个量杯，设定中间喷头对准集雾槽正中位置，并记该位置为0，用量杯收集集雾槽每个槽口的雾滴沉积体积。分别对非静电和静电（6 kV）喷雾时，喷头间距200 、250 和300 mm，喷雾水压0.3 、0.4 和0.5 MPa 条件下的雾滴分布均匀性进行试验，试验系统见图12。用每个槽口雾滴沉积体积的变异系数[35-36]（CV，Coefficient of Variation）来评判价喷雾均匀性，试验结果如表5 所示。

式中σb为每个集雾槽槽口雾滴沉积体积的标准差，mL；μ 为槽口雾滴沉积体积平均值，mL；xi为每个槽口雾滴沉积体积，mL；n 为收集雾滴的集雾槽槽口数量。

图12 雾滴分布均匀性试验 Fig.12 Test of uniformity of droplet distribution

由表5 可知，荷电能够有效减小雾滴分布的变异系数，提高雾滴沉积均匀性。增大喷雾水压，雾滴分布变异系数整体上有减小的趋势，这是由于喷雾水压增大，雾滴初始速度变大，雾滴运动范围扩大，空间分布更均匀。当充电电压6 kV，喷头间距250 mm，喷雾水压0.4 MPa 时，雾滴分布变异系数最小，比相同条件下非静电喷雾减小了32.1%，继续增加喷雾水压至0.5 MPa，雾滴分布变异系数增大了12.0%，这是由于喷雾水压太大，雾化重叠区范围扩大，沉积量增大，雾滴分布均匀性变差。

表5 不同喷雾水压下雾滴沉积体积均值和变异系数 Table 5 Mean value and variation coefficient of droplet deposition volume under different spray water pressure

综上，雾滴荷质比最佳的喷雾参数组合为喷头间距200 mm、充电电压6 kV 和喷雾水压0.4 MPa；雾滴均匀性最佳的喷雾参数组合是充电电压6 kV、喷头间距250 mm和喷雾水压0.4 MPa。在充电电压6 kV，喷雾水压0.4 MPa时，雾滴荷质比随喷头间距改变的变化不大，且喷头间距越大，对于喷幅一定的喷雾机所需喷头数量越少，能达到省水省药目的，因此确定充电电压6 kV、喷头间距250 mm和喷雾水压0.4 MPa 为静电喷雾最佳参数组合。

4 雾滴沉积性能试验

对喷头间距250 mm，喷雾水压0.4 MPa，静电（6kV）与非静电喷雾下的雾滴沉积性能进行试验与分析。试验采用6 穴（10～15 株/穴）水稻作为试验对象，行距300 mm，株距150 mm，用水敏纸作为雾滴采集卡，按下、中、上3 个采样层设置于中间2 穴水稻上，采样层距水稻基部高度分别为10、45 和80 cm，每个采样层设置正反2个采样点，测点布置如图13a 所示。

试验时，喷头距离水稻冠层300 mm，待喷雾系统开启并稳定工作后，靶标以1m/s 的速度从喷头正下方驶过，试验重复3 次。每次试验完成后，将水敏纸（如图13c、13d）进行灰度扫描，扫描后的图像通过重庆六六山下植保科技有限公司研发的专业雾滴分析软件image py 进行分析，获得雾滴在单位面积（1 cm2）上的附着率和沉积量，试验结果如图14 示。

由图14a 可知，静电喷雾上、中、下3 个采样层的叶片正面附着率分别为122、92 和61 个/cm2，比非静电喷雾分别提高了27.1%、37.3%和45.2%，背面附着率由非静电喷雾时的8、0 和0 个/cm2提高到了26、17 和12 个/cm2；由图14b 可知，静电喷雾时，上、中、下3 个采样层的叶片正面沉积量分别为0.26、0.18 和0.14 μg/cm2，比非静电喷雾分别减少25.7%、25.0%和12.5%。试验结果表明，静电在提高雾滴正面附着率的同时还能够减少其沉积量，增加了雾滴空间分布的均匀性。这是因为静电力使雾滴粒径减小、数量增加、空间分布趋向均匀，随着雾滴数量的增加，其沉积在靶标的概率显著增加，但由于雾滴粒径较小，所以雾滴的沉积质量反而减小。

图13 雾滴沉积性能试验 Fig.13 Droplet deposition performance test

图14 上、中、下层叶片正反面的单位面积雾滴沉积量 Fig.14 Droplet deposition per unit area on the front and back of upper, middle and lower layer leaves

5 田间病虫害防治效果试验

2019 年10 月15 日，在广东省肇庆市沙浦基地水稻田进行不同施药方式的田间病虫害防治对比试验（图 15），试验当天为晴天，无持续风向，风力3 级，田间温度32°，相对湿度62%。试验样机分别采用东风井关3WP-500 喷杆式喷雾机（常规喷头）和改进的带静电喷头的喷杆式喷雾机，在原井关3WP-500 喷杆式喷雾机上更换静电喷头，增加高压静电发生器（东文高压电源）和220 V 移动电源（数瑞220 V 电源，300W 纯正弦波），工作参数为充电电压6 kV、喷雾水压0.4 MPa 和喷头间距250 mm。

图15 田间施药试验 Fig.15 Field spray test

试验农药为多种药剂综合防治[37-38]，按等面积农药使用量一致原则配制2 种不同浓度药液，第1 种为苯甲·丙环唑120 mL，呲蚜酮90 g，高效氯氰菊酯300 mL，先正达福龙48 g，毒死蜱300 mL，加水配制成300 L 药液，用于东风井关3WP-500 喷杆式喷雾机（常规喷头）进行非静电施药方式试验。第2 种为苯甲·丙环唑200 L，呲蚜酮150 g，高效氯氰菊酯500 mL，先正达福龙80 g，毒死蜱500 mL，加水配制成200 L 药液，用于改装的带静电喷头的喷杆式喷雾机进行静电施药方式试验。另外设置0.40 hm2未施药水稻田作为空白对照，每公顷的需水量和药箱满载作业面积如表6 所示。

表6 不同喷头施药的田间病虫害防效试验结果 Table 6 Test of field experiment on diseases and insect pests control effect with different spray nozzles

施药开始前按五点取样法在田间选取5 个采样区，将水敏纸分别布置在水稻叶片的下、中、上3 个采样层，采样层距离水稻田地面高度分别为10、45 和80 cm，每个采样层分布正反2 个采样点，统计不同施药方式下雾滴的沉积量。施药前先测定田间虫口数量，施药试验7 d 后，分别测定不同施药区和对照区的虫口数量，依据农药田间药效试验准则标准GB/T 17980.4—2000[38]计算田间病虫害（稻飞虱和二化螟）的虫口减退率和防治效果。试验结果见表6。

由表6 可知，常规喷头施药的需水量大，药液大部分沉积在水稻上层叶片的正面，在中下层和叶片背面的沉积量很少；改进的静电喷头施药的需水量比常规喷头施药减少了60%，但在水稻中下层和叶片背面的药液沉积量都有所增加，上、中和下3 个采样层背面的雾滴附着率由非静电喷雾的8、0 和0 个/cm2提高到了34、14 和6 个/cm2。改进的静电喷头施药的病虫害防治效果为92.1%，略低于常规喷头施药方式的95.0%，但差异不显著，满足防治效果要求。静电喷雾时喷雾机的满载（500 L）作业面积提高了1.5 倍，有利于减少田间作业时配药次数，提高作业效率。

6 结 论

1）本文基于电场强度理论与仿真分析，探讨了多喷头静电喷雾空间电场分布规律，表明雾滴的荷电过程主要集中在喷头电极附近，仿真得到的雾滴粒径在非静电与静电条件下的结果和试验测试结果的误差分别为8.5%、14.7%。

2）室内试验表明，静电喷雾的最佳作业参数组合为充电电压6 kV、喷雾水压0.4 MPa 和喷头间距250 mm，较非静电喷雾，雾化均匀性提高了32.1%，上、中、下3个采样层的叶片正面的雾滴附着率分别提高了27.1%、37.3%和45.2%，叶片背面的雾滴附着率分别提高到了26、17 和12 个/cm2，沉积质量分别减少了25.7%、25.0%和12.5%，表明静电喷雾在提高雾滴附着率的同时能够减少雾滴沉积质量，节约农药用量。

3）田间试验结果表明，静电喷雾能够提升雾滴在水稻中下层和叶片背部的沉积量，静电喷头与常规喷头施药的病虫害防治效果分别为92.1%和95.0%，防治效果基本一致，且静电喷头施药的需水量减少了60%，满载时的作业面积提高了1.5 倍，显著提高了田间工作效率。