该研究的主要作者为燕明德、毛罕平、贾卫东、董祥、李成、赵丽伟，研究分别来自江苏大学现代农业装备与技术教育部重点实验室以及中国农业机械化科学研究院土壤植物机器系统技术国家重点实验室。文章发表在《农业机械学报》第44卷第10期（2013年10月），doi: 10.6041/j.issn.1000-1298.2013.10.012。
研究背景： 随着农业机械化的不断发展，喷杆式喷雾由于具备喷雾量大、覆盖范围广等优点，广泛用于农药施喷。然而，这种喷雾方式也因农药飘移问题对环境和作物安全性造成威胁。因此，风幕式喷杆喷雾应运而生，该技术通过引入高速气流拦截飘移雾滴，有效解决传统喷雾飘移的问题。国外在这一领域已经开展了大量模拟和试验研究，探索风幕气流对雾滴行为的影响及运行参数的优化。
研究目的： 尽管国内在风幕式喷杆喷雾的整机集成和气流辅助功能实现方面取得一定进展，仍欠缺对气液两相流场特性及防飘移效果的深入研究。为了填补技术理论的空白，本文基于3W系列风幕式喷杆喷雾构建数值计算模型，通过Fluent软件进行气液两相流场的模拟计算，分析风幕运行参数对喷雾特性及防飘移性能的影响，为风幕设计和运行优化提供理论依据。
数值建模及几何建立：
研究构建了风幕式喷杆喷雾系统的几何模型，包括轴流风机、风幕气囊、喷杆及喷头。喷雾流场模拟时选取了长为2800mm、宽为1600mm、高为1150mm的矩形区域作为计算区域，并以喷口和风幕出风口位置为观测点，分析气液两相流的行为。为保证实验精确性，研究采用Lagrangian离散相模型用于模拟稀薄雾滴与空气相互作用。
实验参数设置：
依据田间实际条件进行了一系列关键实验设置。风速参数按田间作业的自然风速（4m/s）及风机不同频率（0、20、35、50Hz）调整。喷施角度、风幕出风口与喷口的水平垂直相对位置亦设为变量。所有实验中，通过Fluent对连续相和离散相进行耦合计算并收敛解出气液两相流场。
分实验步骤： 1. 风幕气流对喷雾流场的影响： 在不同风机频率与工作压力下（0.3MPa和0.5MPa），研究风幕气流增强过程对喷雾流场及雾滴防飘移性能的贡献。 2. 水平相对位置的效果： 改变风幕出风口与喷口之间的水平距离，探讨距离对雾滴沉积特性及减少飘移效果的优化作用。 3. 垂直相对位置的效果： 调整风幕与喷口之间的垂直位置，研究其气流对气相流场优化及雾滴防飘移性能的影响。 4. 喷施角度的影响： 测试喷施角度改变如何影响雾滴下行动能及采样平面的沉积分布。
结果分析流程：
研究采用多种观测方法，包括观测气相流场各方向分速度的变化、雾滴总个数分布，以及基于采样雾滴的数据拟合，全面解析风幕式喷杆喷雾在各实验条件下的流场特性。
风幕气流对喷雾流场的影响：
研究发现，随着风幕风速的逐步增强（风机频率从0到50Hz），气相流场的垂直方向分速度显著增加，气流能优化气相流场分布，提升防飘移性能。在风口与喷口保持垂直距离20mm的条件下，高速下行风幕显著抑制了飘移雾滴数量，并优化了雾滴沉积区域，采样平面上的沉积总雾滴个数随风速增加而增加，证实了强风幕气流的正面功效。
水平相对位置的优化影响：
风幕出风口至喷口的水平距离直接关系到流场的控制效果。当两者距离增大（如至120mm），风幕气流一方面增强了前方区域的雾滴沉积，另一方面有效拦截了顺流方向后移的飘移动力雾滴。然而，当距离过大（超过160mm），风幕流场对雾滴的控制效果显著衰弱。
垂直相对位置的影响：
风幕出风口离喷口越远，风幕气流的有效作用随之减弱，等效于风幕风速的降低，导致沉积雾滴总数逐步减少。由此确定，风幕与喷口的垂直距离保持在较短范围内有助于增强防飘移功能。
喷施角度的影响：
喷施角度增大（如接近40°）将导致雾滴垂直运动的平均速度减小，由于空气阻力作用，雾滴更难以到达采样面，总沉积数逐步减少，同时整个平台上的雾滴分布更加分散。这表明，喷施角度增大对雾滴防飘移性能有明显的负面影响。
本研究基于风幕式喷杆喷雾系统，首次使用数值模拟全面解析了气液两相流场特性，提出了影响防飘移性能的多种关键参数与优化建议。研究成果为喷杆喷雾技术的改良设计及参数优化提供了新的理论依据，尤其强调了风幕与喷口间合理相对位置的重要性。同时，该研究创新性地结合Fluent仿真技术和田间工作压力参数，使结果更具实际推广意义。
本文不仅详细解析了风幕式喷杆喷雾的流场特性，还提出了切实可行的优化措施，具有重要的学术参考价值与广阔的推广应用前景。