The article describes a computational study, using CFD models, of droplet spray dispersal in the wake of a ‘Turbo Kruk’ airplane up to 500 m downstream. The CFD Reynolds-averaged Navier-Stokes (RANS) models use a Lagrangian (droplet phase) and Eulerian (fluid phase) procedure to predict the droplet trajectories trough the turbulent aircraft wake. The methods described in the work have the potential to improve current models for aerial spraying and will help in the development of new spraying procedures. In this study, the CFD models are used to describe the phenomenon of sprays released from atomizers mounted on the plane. A parametric study of the aircraft model examines the effects of crosswind on the aircraft’s vortex structures and the resulting droplet trajectories. The study shows, that such influence is underestimated in the current models. A comparison of the present results to AGDISP predictions is provided.
PL
W artykule opisano analizy numeryczne, wykorzystujące współczesne metody CFD, do badania przestrzennego rozkładu kropel cieczy, rozpylonych w polu prędkości samolotu ‘Turbo Kruk’ w odległości do 500 m za statkiem powietrznym. Wykorzystano równania RANS, celem rozwiązania zagadnienia Lagrangea trajektorii kropel (dyskretnych cząstek) w powietrzu (płyn), rozumianym jako sturbulizowany ślad aerodynamiczny samolotu. Wybrana i opisana metoda w pracy posiada ogromny potencjał, możliwy do wykorzystania w celu ulepszenia obecnych, obowiązujących modeli opryskiwania z samolotu i ustalenia lepszych procedur technologicznych. W pracy wykorzystano metody CFD do opisania i analizy zjawiska rozpylania kropel przez atomizery, zamocowane na płatowcu. Podjęto problem wpływu wiatru bocznego na struktury wirowe, generowane lecącym statkiem powietrznym, a przez to na trajektorie kropel i rozkład przestrzenny masy oprysku. Pokazano, że taki wpływ jest niedoszacowany według obecnych, standardowych modeli, przede wszystkim poprzez porównanie do wyników uzyskanych w oparciu o model AGDISP.
This work is a preliminary part of project concerning the water droplets simulation in agricultural aircraft wake. The CFD results of flow calculation resulting in the aerodynamic characteristics of typical agricultural aircraft, on the example of PZL-106 “Kruk”, are presented in an operational range of the angle of attack and the sideslip angle. To obtain those characteristics a commercial RANS code was used. The two commonly utilized turbulence models: K-w SST and Spalart-Allmaras are compared in terms of quantitative and qualitative results, especially in range of parameters when a flow separation occurs. The conclusions about range of use for both models are withdrawn. In order to obtain the flight configuration and conditions for final crop dusting simulation, the complete steady aerodynamic properties of the aircraft have been calculated, described and are available for other studies. Where available, the characteristics are compared with the experimental results. The results are also provided in form of distribution on the predefined aircraft parts, which is hard to obtain with the use of wind tunnel tests.
PL
Praca stanowi część prac przygotowawczych do analiz ruchu kropel wody w zaburzeniu za samolotem rolniczym w trakcie oprysku. Zamieszczono tu rezultaty symulacji numerycznych opływu wokół typowego samolotu rolniczego. Używając jako przykładu samolotu PZL-106 „Kruk" otrzymano charakterystyki aerodynamiczne w funkcji kąta natarcia i kąta ślizgu dla użytkowych zakresów tych parametrów. Do obliczeń użyto komercyjnego kodu z zakresu obliczeniowej mechaniki płynów, który rozwiązywał równania Naviera - Stokesa metodą uśrednień Reynoldsa (RANS), wykorzystując przy tym dwa modele turbulencji: K-w SST oraz Spalart- Allmaras. W pracy porównano oba te modele i przedstawiono wnioski co do zakresu ich zastosowania. W celu uzyskania prawidłowej konfiguracji przelotowej w trakcie oprysku otrzymano drogą obliczeniową kompletne statyczne charakterystyki aerodynamiczne badanego samolotu. Gdzie było to możliwe, porównano je z posiadanymi wynikami eksperymentalnymi. Wyniki te są przedstawione również w postaci udziałów poszczególnych elementów płatowca, które trudno byłoby uzyskać na drodze eksperymentu tunelowego.
The paper presents the so-called 'free' mathematical models describing the phenomenon of spreading and a distribution of liquid droplets using aviation technology. The term 'free' means here no implementation of equations describing the velocity field generated by flying aircraft. Instead, the relationships were developed in which the Gaussian distribution is applied to describe the concentration of a cloud of sprayed droplets.
With widespread use of pesticides in modern agriculture, the impacts of spray drift have become a topic of considerable interest. The drifting of sprays is a highly complex process influenced by many factors. The paper presents results of experimental research on a drifting cloud of droplets dispersing from aircraft. Experiments were conducted to quantify spray drift from aerial applications of pesticide. Parallel to the blowing wind, the measurement line 800 m long was disposed. The relationships between the relative dose and the distance of drift as well as spray density and its structure on the measuring length have been established.
PL
Wraz z rozwojem współczesnego rolnictwa i stosowaniem na coraz szerszą skalę pestycydów, problem znoszenia oprysków podczas ich aplikacji i po, stał sie ogromnym wyzwaniem. Od strony samego zjawiska fizycznego problem znoszenia oprysków jest bardzo skomplikowany i trudny do badań. Jest to wynikiem wpływu na proces rozpylania wielu czynników zewnętrznych. Praca ta prezentuje wyniki badań polowych dotyczących zachowania się chmury kropel rozprzestrzenionych ze statku powietrznego. Eksperymenty były prowadzone w celu ilościowego opisu zachowania się oprysku i jego rozkładu na podłożu. Równolegle do kierunku wiatru usytuowana została linia pomiarowa o długości 800 m. W oparciu o nią ustalono zależności wielkości dawki względnej od odległości znoszenia, gęstość oprysku oraz jego strukturę na długości pomiarowej.