近日，机械与电子工程学院刘雪美教授团队在《Frontiers in Plant Science》在线发表了题为“Dynamic Stratified Porosity Computation from Canopy Interaction Simulation Between Airflow and Leaves”的研究论文。崔慧媛博士为该论文的第一作者，刘雪美教授为该论文的通讯作者。
针对郁闭作物施药过程中农药雾滴难以到达冠层中、下层的问题，通常采用风送喷雾方式进行施药。风送喷雾可以利用辅助气流打开郁闭作物冠层枝叶结构，拓宽雾滴输送通道，从而实现雾滴在冠层中、下部的均匀沉积。由于冠层内部枝叶结构复杂，目前还没有有效的方法量化辅助气流作用时冠层孔隙度的动态变化。本研究基于双向流-固耦合数值模拟方法，分析了辅助气流与棉花冠层结构参数之间的关系，提出了预测和模拟冠层动态孔隙度的新方法。
在风送施药过程中，叶片会因气流扰动而发生弯曲变形，冠层内的孔隙度也会发生相应的变化。为了量化冠层内部动态孔隙度，将冠层内部结构分为上、中、下层，计算每层的动态孔隙度。最终获得冠层内部不同时刻不同初始速度下分层动态孔隙度的数值。以往的研究主要计算静态孔隙度，很难计算动态孔隙度，特别是针对于冠层内部。
图1. 冠层内分层动态孔隙度
利用图像处理算法对CFD后处理结果进行分析，并计算了不同速度和不同时刻下冠层内部动态孔隙率。该研究为进一步研究冠层内部雾滴沉积的机理提供了思路。
该研究得到了国家自然科学基金、“十四五”国家重点研发计划和山东省棉花产业技术体系创新团队机械岗位专家项目的资助。
论文链接：https://doi.org/10.3389/fpls.2023.1238360
编 辑：万 千
审 核：贾 波
