CSBE-SCGAB

An investigation of airflow patterns created by high-clearance sprayers during field operations

Authors: Landry, H., and T.M. Wolf
Description: Field experiments and computational fluid dynamics (CFD) simulations were carried out to investigate the levels of turbulence that developed in the wake of high-clearance agricultural sprayers. Ultrasonic anemometers were mounted behind the booms of two sprayers to measure local airflow for various treatments of travel speed, lateral location along the booms, longitudinal location behind the booms, and ambient wind conditions. The primary metric used in this investigation was the turbulence kinetic energy (TKE). Significant differences were found in the TKE values for all the factors investigated. CFD modeling was performed to gain an understanding of the incremental contribution of various components of the sprayer to the TKE levels. Simulating the rotation of large agricultural tires indicated some level of turbulence in their wake suggesting they should not be ignored when assessing the wake of the sprayer. Simulation results also suggest that both the geometry of the sprayer and its travel speed influenced the airflow patterns. The investigation of the sprayer tractor with rotating tires revealed a large increase in TKE levels in the wake of the implement when increasing the travel speed from 2 to 8 m/s. The boom created an additional obstruction to the airflow and its own contribution to the levels of TKE, with localized impact where multiple members of the truss structure meet. This research established necessary baseline information and methodologies to support future efforts to better understand the impact of large sprayers operated at high speed.
Keywords: Anemometers, CFD, Field measurements, High-clearance sprayers, Turbulence, Turbulence kinetic energy, Wake characterization.
Résumé: Le sillage aérodynamique de pulvérisateurs enjambeurs auto tractés a été étudié via la réalisation d’essais au champ et de simulations en dynamique des fluides (CFD). Des anémomètres ultrasoniques ont été installés en aval de la rampe de deux pulvérisateurs afin de caractériser les courants d’air locaux en fonction de la vitesse du pulvérisateur, de la position latérale le long de la rampe, de la position longitudinale en aval de la rampe et des conditions de vent. L’indicateur principal utilisé est l’énergie cinétique turbulente (TKE). Tous les paramètres étudiés ont eu un effet significatif sur la TKE. Des modèles CFD ont été développés afin de mieux comprendre la contribution incrémentielle de diverses composantes du pulvérisateur sur la TKE. Simuler la rotation de pneus de grand diamètre indique un certain niveau de turbulence dans leur sillage suggérant qu’ils ne doivent pas être ignorés lors de l’évaluation du sillage du pulvérisateur. Les simulations suggèrent également que la vitesse d’avancement et la géométrie de l’équipement influencent toutes deux les écoulements d’air Une augmentation significative des niveaux de TKE a été observée lorsque la vitesse d’avancement passe de 2 à 8 m/s. La rampe de pulvérisation créer une obstruction additionnelle et contribue à la TKE avec des impacts locaux plus marqués aux endroits où plusieurs membres de la structure se rencontrent. Cette recherche a permis d’établir des informations préliminaires et des méthodologies qui serviront à de futures investigations plus détaillées visant à comprendre les effets de pulvérisateurs de grandes dimensions opérés à vitesses élevées
Mots-clés: Anémomètres, CFD, Essais au champ, Énergie cinétique turbulente, Pulvérisateurs enjambeurs auto tractés, Sillage aérodynamique, Turbulence.
Technical field: Machinery Systems Engineering
Citation: Landry, H., and T.M. Wolf. 2019. An investigation of airflow patterns created by high-clearance sprayers during field operations. Canadian Biosystems Engineering 61: 2.01-2.12.
https://doi.org/10.7451/CBE.2019.61.2.01
Volume: 61
Issue: 1
Start page number: 2.01
End page number: 2.12
Publisher: Canadian Society for Bioengineering / Société Canadienne de Génie Agroalimentaire et de Bioingénierie
Contributor: R. Sri Ranjan
Date: July 2, 2019
Publication type:
  • Journal
Type: Text.Article
Format: PDF
Identifier: C19394
Language 1: en
Language 2: fr
Rights: Canadian Society for Bioengineering / Société Canadienne de Génie Agroalimentaire et de Bioingénierie
Located in: Volume 61 (2019)

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