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《江苏大学》 2010年
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喷雾药液在靶标植株上的沉积与润湿研究

陆军  
【摘要】:喷雾药液在靶标植株上的沉积分布与润湿状况是决定药液向生物体传递的重要环节,其中靶标叶片的润湿性能将直接影响药液雾滴在及表面上的沉积、附着、持留、展布和渗透等。喷雾是一个动态过程,药液雾滴在靶标植株上的沉积持留和润湿行为是影响施药效果的重要因素。本文以炮塔式压力雾化轴流风送高压静电喷雾系统为试验平台,采用清水、烷基聚葡糖苷(APG 08-10)和草甘膦助剂(EF 8108-B)作为喷雾试剂,以温室栽种的生菜、黄瓜为靶标对象,开展了药雾靶标沉积试验研究、黄瓜叶片润湿特性和黄瓜叶片药液流失点的试验研究,并在此基础上建立黄瓜叶面的动态润湿模型和流失点响应面模型。从而为喷雾药液在靶标植株上沉积规律与润湿行为的分析和预测提供理论依据和技术基础。主要工作包括以下方面: 1、试验在温室靶区内以盆栽生菜为植株靶标,以轴流风送高压静电喷雾系统为施药装置,在相同的风机频率、喷雾压力和喷雾流量条件下,通过改变喷头高度和充电电压对风送的药雾进行靶标沉积试验,分析药雾在靶区和靶标上的分布量及沉积规律。结果表明:沿风送轴线上距喷头150-200 cm靶区内的药雾沉积量都出现一个沉积高峰区;随着充电电压的增大,植株靶标上的药雾沉积量明显增加,荷电后的药液雾滴在风送射程和喷幅内的靶标沉积率显著提高;喷头高度对靶区及靶标的沉积影响十分明显,65 cm喷头高度的沉积分布质量明显优于50 cm和30 cm喷头高度的。为了获得较好的雾滴沉积分布,喷头高度离目标的垂直距离不应低于50 cm;此外,‘轴流风送式喷雾具有较强的方向性,在200-500 cm的喷幅距离内具有良好的对靶适应性,而大于200 mL沉积量的药液主要密集分布在距离喷头150 cm处。 2、实验采用悬滴法测量不同质量百分数烷基聚葡糖苷(APG)水溶液在气—液界面上的平衡表面张力,同时运用CCD数字摄像技术可视化观察其在黄瓜叶面上的动态润湿过程。根据Tanner法则,拟合出APG水溶液在黄瓜叶面(叶片正面和背面)铺展直径与时间以及浓度的关系曲线。结果显示:质量百分数为14.35%-85.78%的APG水溶液在黄瓜叶面的动态接触角在均在前2 s内急剧下降,之后逐渐趋于稳定。此外,APG水溶液各浓度体系铺展直径与时间的关系均很好的符合幂次法则,且幂值α均小于0.1。 3、实验采用CCD数字摄像技术,测定草甘膦助剂(EF8108-B)水溶液在不同浓度体系(质量百分数为16.08%-82.14%)下,液滴在黄瓜叶面上的动态润湿参数值。结果显示:EF8108-B液滴在黄瓜叶面的接触角没有随着浓度的增大呈现接触角降幅增加的趋势;22.33%浓度的EF8108-B水溶液在黄瓜叶面显示了较好的铺展性能;无论在黄瓜叶片正面还是背面,各浓度体系的EF8108-B水溶液在黄瓜叶面的液滴高度均在前2 s内急速下降,之后液滴高度下降平缓并逐渐趋于稳定;随着时间的增加,各浓度体系EF8108-B水溶液在叶面上的液滴面积整体呈减小趋势,但部分浓度液滴面积会出现略微增加的现象。 4、基于时间序列的预测分析方法,建立了EF8108-B水溶液在黄瓜叶面动态润湿的各类模型。根据自相关和自回归法、滑动平均法和指数平滑法,分别建立了动态接触角模型、动态液滴尺寸模型和动态液滴形状模型。并且对动态润湿过程中液滴尺寸、液滴形状和接触角的三维关系曲线进行了模拟。根据趋势面分析原理与方法,构建了黄瓜叶面动态接触角的三维趋势面模型。并对相关参数进行了分析和确定,根据实验观测数据对所构建的模型进行了验证,结果表明模型达到一定的可靠性和准确性。 5、试验在温室靶区内以黄瓜叶片为靶标对象,采用微称量法测量喷雾药液在黄瓜叶片上的流失点与最大稳定持留量。引用润湿方程的基本理论,对影响持药液留量的因素,包括喷雾距离、充电电压及雾滴叶面接触角等分别进行了分析。根据Zisman提出的测定植物临界表面张力方法,绘制了黄瓜叶片临界表面张力的Zisman图。结果表明:随着喷雾距离的增加,药液在黄瓜叶片上的流失点和最大稳定持留量先上升后下降,最大值均出现在距离喷头125 cm处;药液雾滴在黄瓜叶片上的接触角θ、粘附张力β、粘附功Wα和临界表面张力γ0。的稳定值分别为85.07°、6.17 mN/m、77.97 mJ/m2、61.23 mN/m;小于黄瓜叶片临界表面张力的药液才利于在黄瓜叶片上润湿展布和沉积持留。 6、试验基于响应面方法,在正交试验和单因子试验的基础上,采用2因子5水平中心组合设计方案,分析与评价充电电压U、喷雾压力p、喷头高度H以及喷雾流量Q这4项因子对黄瓜叶片药液流失点的影响,建立温室内高压静电喷雾条件下黄瓜叶面药液流失点的二次响应面模型,并对模型进行了分析和验证。结果显示:充电电压U、和喷雾压力p是黄瓜叶片药液流失点的显著影响因子,其中充电电压U对流失点的影响最大。此外,不同充电电压U和喷雾压力p的组合对黄瓜叶片药液流失点的影响差别较大,流失点范围从6.942-11.452μL·cm-2。雾滴荷电后,在较大的喷雾压力下能获得较高的叶片药液流失点。试验优化得出的取值范围为喷雾压力p在0.25-0.55 MPa之间,充电电压U在20-40 kV之间。
【学位授予单位】:江苏大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2010
【分类号】:S491

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