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磁場(chǎng)強(qiáng)度和磁化時(shí)長(zhǎng)對(duì)除草劑溶液表面張力、噴霧霧滴粒徑的影響(二)

來(lái)源:華南農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào) 瀏覽 28 次 發(fā)布時(shí)間:2024-12-12

1.3磁化除草劑溶液霧滴粒徑試驗(yàn)設(shè)計(jì)


噴施壓力是影響噴霧霧滴粒徑的關(guān)鍵因素,試驗(yàn)中通過(guò)手動(dòng)調(diào)整隔膜泵調(diào)壓螺絲,設(shè)定噴施壓力為0.3 MPa,使用穩(wěn)壓電源供給隔膜泵穩(wěn)定的12 V額定工作電壓,確保所有試驗(yàn)組噴施壓力一致;扇形噴面不同位置的霧滴粒徑也有較大差別,所有試驗(yàn)組霧滴粒徑測(cè)試點(diǎn)設(shè)定為扇形噴面對(duì)稱(chēng)中心線上距離噴頭40 cm處。試驗(yàn)環(huán)境溫度保持為26℃,噴施系統(tǒng)管長(zhǎng)(磁極至霧化噴頭水管長(zhǎng)度)設(shè)為1 m,按照除草劑與自來(lái)水1∶300的體積比配置試驗(yàn)溶液。


由于靜態(tài)磁化單次最多磁化50 mL溶液,而單次噴霧霧滴粒徑測(cè)試過(guò)程使用溶液量為1 L左右,因此,所有試驗(yàn)組使用的溶液均參照常規(guī)方式以一定流速通過(guò)磁場(chǎng)進(jìn)行磁化。為增加磁化效果,使用多排管和循環(huán)磁化方式對(duì)溶液進(jìn)行增效磁化,為避免霧滴粒徑測(cè)試過(guò)程中出現(xiàn)溶液量不足的現(xiàn)象,設(shè)定單次循環(huán)磁化溶液量為3 L,增效磁化裝置如圖3所示。磁化除草劑霧滴粒徑試驗(yàn)設(shè)計(jì)同表1,循環(huán)磁化時(shí)長(zhǎng)與靜態(tài)磁化時(shí)長(zhǎng)對(duì)應(yīng)一致,對(duì)照組與試驗(yàn)組共48組試驗(yàn)。處理1不進(jìn)行磁化處理,用霧滴粒徑儀重復(fù)測(cè)3次取平均值,為122.47μm,當(dāng)作對(duì)照值,試驗(yàn)中以體積中值直徑(Volume median diameter,VMD)表示霧滴直徑。處理2設(shè)置磁場(chǎng)強(qiáng)度為50 mT,循環(huán)磁化完畢后立即用激光粒度儀測(cè)磁化后溶液噴霧霧滴粒徑并記錄數(shù)據(jù)。之后每個(gè)處理磁場(chǎng)強(qiáng)度遞增50 mT,操作步驟參照處理2進(jìn)行。磁化溶液霧滴粒徑測(cè)試系統(tǒng)如圖4所示。

圖3增效磁化裝置

圖4磁化溶液霧滴粒徑測(cè)試系統(tǒng)


2結(jié)果與分析


2.1磁化除草劑溶液表面張力


為了直觀地分析磁場(chǎng)強(qiáng)度和磁化時(shí)長(zhǎng)2個(gè)因素共同作用對(duì)除草劑溶液表面張力的影響規(guī)律,建立以磁場(chǎng)強(qiáng)度和磁化時(shí)長(zhǎng)為自變量、以溶液表面張力為因變量的二元函數(shù),使用OriginPro 2018繪制磁場(chǎng)強(qiáng)度和磁化時(shí)長(zhǎng)對(duì)表面張力影響規(guī)律的空間曲面分布圖(圖5)。由圖5可以看出,磁場(chǎng)強(qiáng)度和磁化時(shí)長(zhǎng)對(duì)溶液表面張力影響規(guī)律的空間曲面分布圖呈峰值為負(fù)值的高斯空間分布規(guī)律,即空心圓錐面分布,這說(shuō)明并不是磁場(chǎng)強(qiáng)度越大或者磁化時(shí)間越長(zhǎng),除草劑溶液的表面張力就越小,而是存在處理效果最佳的磁場(chǎng)強(qiáng)度和磁化時(shí)長(zhǎng)。磁化除草劑溶液表面張力試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表2。當(dāng)磁場(chǎng)強(qiáng)度為350 mT、磁化時(shí)長(zhǎng)為15.0 min時(shí),除草劑溶液表面張力值最小,為54.0 mN/m,下降14.96%,磁化效果最佳。

表2磁化除草劑溶液表面張力試驗(yàn)結(jié)果

圖5磁化除草劑溶液表面張力圖


2.2磁化除草劑溶液表面張力擬合


為了進(jìn)一步分析并預(yù)測(cè)試驗(yàn)中未涉及到的磁場(chǎng)強(qiáng)度和磁化時(shí)長(zhǎng)對(duì)除草劑溶液表面張力的影響,以及給出符合描述表面張力隨磁場(chǎng)強(qiáng)度和磁化時(shí)長(zhǎng)變化的函數(shù)關(guān)系,使用OriginPro 2018非線性曲面擬合功能分別對(duì)磁化除草劑溶液表面張力數(shù)據(jù)進(jìn)行最小二乘法多項(xiàng)式擬合、高斯擬合和洛倫茲擬合,函數(shù)關(guān)系式分別為公式(1)(2)(3)。

式中,z表示溶液表面張力,z0表示零點(diǎn)偏移量,x表示磁場(chǎng)強(qiáng)度,y表示磁化時(shí)長(zhǎng),A1~A5分別為x~x5的系數(shù),B1~B5分別為y~y5的系數(shù)。


式中,A表示模型峰值高度,xc與yc表示模型峰中心位置,w1與w2表示模型峰寬度。


多項(xiàng)式擬合模型的參數(shù)(平均值±標(biāo)準(zhǔn)誤)如下所示:z0=116.16±43.94,A1=?0.23±0.10,A2=0.002±0.001,A3=(?1.19±0.45)×10?5,A4=(2.25±0.88)×10?8,A5=(?1.91±0.64)×10?11,B1=?19.950 0±19.724 9,B2=3.22±3.21,B3=?0.24±0.24,B4=0.009±0.008,B5=(?1.22±1.30)×10?4。表3為高斯擬合模型和洛倫茲擬合模型參數(shù),表4為溶液表面張力3種擬合曲線的統(tǒng)計(jì)量。由表4可以看出,3種擬合方式的決定系數(shù)(R2)均大于0.79,調(diào)整后R2(Adjusted R2)均大于0.73,這說(shuō)明擬合函數(shù)有意義,且均方根誤差(Root mean square error,RMSE)都小于1.5。3種擬合模型均能夠描述磁場(chǎng)強(qiáng)度和磁化時(shí)長(zhǎng)對(duì)除草劑溶液表面張力的影響,但相比較于其他2種擬合方式,洛倫茲擬合R2為0.816 4,調(diào)整后R2為0.794 0,兩者均大于其他2種擬合方式,R2與調(diào)整后R2越大,說(shuō)明擬合效果越好;RMSE為1.105 9,均小于其他2種擬合方式,RMSE越小,說(shuō)明預(yù)測(cè)模型描述試驗(yàn)數(shù)據(jù)越精確。



結(jié)合觀測(cè)3種擬合模型的曲面圖,得出洛倫茲擬合模型最優(yōu)(圖6)。除草劑溶液表面張力與磁場(chǎng)強(qiáng)度和磁化時(shí)長(zhǎng)的關(guān)系式見(jiàn)公式(4),為研究磁化作用對(duì)除草劑溶液表面張力的影響提供理論參考。