基于CFD-DPM耦合模拟的雪茄烟中下部叶片喷雾沉积特性分析与优化研究

为解决雪茄烟中下部叶片农药沉积效率低的问题，研究人员采用CFD-DPM耦合技术与3D逆向建模，系统分析了喷雾压力与喷孔直径对雾滴沉积的影响。结果表明：R2达0.7613，模型可精准预测田间沉积分布（MAE=0.1855 μL/cm2），为优化植保作业参数提供理论支撑。

　　

在雪茄烟种植领域，中下部叶片因病虫害高发需精准施药，但传统喷雾技术存在雾滴穿透性差、沉积不均匀等问题，导致农药利用率不足30%。现有CFD模拟多采用简化植物模型或仅分析气流场，难以真实反映雾滴-叶片相互作用机制。

为突破这一瓶颈，华中农业大学（Huazhong Agricultural University）的研究团队创新性地将高精度3D扫描技术与CFD-DPM（Discrete Phase Model，离散相模型）耦合，构建了雪茄烟植株的实体化数字模型。通过Two-way coupling（双向耦合）技术模拟9种工况（3喷雾压力×3喷孔直径）下的雾滴运动轨迹，首次实现了田间复杂环境下雾滴沉积分布的可视化预测。相关成果发表于《Computers and Electronics in Agriculture》，为智能植保装备研发提供了新范式。

关键技术包括：1）基于3D扫描的雪茄烟植株逆向建模；2）CFD-DPM耦合框架下的Lagrangian粒子追踪；3）湖北丹江口基地田间验证试验（17片叶位沉积量检测）。

植物保护装置设计
研发的履带式背包喷雾器（780×420×600 mm）配备专用药箱（320×310×310 mm），采用RANS（雷诺平均Navier-Stokes）方程与k-ε湍流模型重构气流场，喷杆振荡幅度优化至±15°。

模拟与实验结果
沉积密度模拟显示：喷孔直径0.5 mm与0.3 MPa压力组合时，叶片正反面R²分别达0.7613/0.7608，MAE（平均绝对误差）低至0.1855/0.0582 μL/cm²。田间试验证实：第6-12片叶沉积量最大（2.34±0.47 μL/cm²），与模拟趋势高度一致。

讨论与结论
该研究首次证实：1）喷孔直径对沉积均匀性的影响权重达42.7%，高于压力因素（31.5%）；2）叶片倾角45°时背面膜沉积效率提升18.6%。相比传统多孔介质模型，本研究的实体化建模使预测精度提高23.8%，为无人机变量喷雾等智能装备开发提供了关键参数库。中国烟草总公司重点项目的资助进一步推动了成果转化，目前已在湖北烟区推广应用面积达1.2万亩。