近日，機械與電子工程學(xué)院劉雪美教授團隊在《Frontiers in Plant Science》在線發(fā)表了題為“Dynamic Stratified Porosity Computation from Canopy Interaction Simulation Between Airflow and Leaves”的研究論文。崔慧媛博士為該論文的第一作者，劉雪美教授為該論文的通訊作者。

針對郁閉作物施藥過程中農(nóng)藥霧滴難以到達冠層中、下層的問題，通常采用風(fēng)送噴霧方式進行施藥。風(fēng)送噴霧可以利用輔助氣流打開郁閉作物冠層枝葉結(jié)構(gòu)，拓寬霧滴輸送通道，從而實現(xiàn)霧滴在冠層中、下部的均勻沉積。由于冠層內(nèi)部枝葉結(jié)構(gòu)復(fù)雜，目前還沒有有效的方法量化輔助氣流作用時冠層孔隙度的動態(tài)變化。本研究基于雙向流-固耦合數(shù)值模擬方法，分析了輔助氣流與棉花冠層結(jié)構(gòu)參數(shù)之間的關(guān)系，提出了預(yù)測和模擬冠層動態(tài)孔隙度的新方法。

在風(fēng)送施藥過程中，葉片會因氣流擾動而發(fā)生彎曲變形，冠層內(nèi)的孔隙度也會發(fā)生相應(yīng)的變化。為了量化冠層內(nèi)部動態(tài)孔隙度，將冠層內(nèi)部結(jié)構(gòu)分為上、中、下層，計算每層的動態(tài)孔隙度。最終獲得冠層內(nèi)部不同時刻不同初始速度下分層動態(tài)孔隙度的數(shù)值。以往的研究主要計算靜態(tài)孔隙度，很難計算動態(tài)孔隙度，特別是針對于冠層內(nèi)部。

圖1. 冠層內(nèi)分層動態(tài)孔隙度

利用圖像處理算法對CFD后處理結(jié)果進行分析，并計算了不同速度和不同時刻下冠層內(nèi)部動態(tài)孔隙率。該研究為進一步研究冠層內(nèi)部霧滴沉積的機理提供了思路。

該研究得到了國家自然科學(xué)基金、“十四五”國家重點研發(fā)計劃和山東省棉花產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系創(chuàng)新團隊機械崗位專家項目的資助。

論文鏈接：https://doi.org/10.3389/fpls.2023.1238360

編      輯：萬    千 

審      核：賈    波