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)組霧滴粒徑測試點(diǎn)設(shè)定為扇形噴面對稱中心線上距離噴頭40 cm處。試驗(yàn)環(huán)境溫度保持為26℃，噴施系統(tǒng)管長(磁極至霧化噴頭水管長度)設(shè)為1 m，按照除草劑與自來水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試過程使用溶液量為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磁場進(jìn)行磁化。為增加磁化效果，使用多排管和循環(huán)磁化方式對溶液進(jìn)行增效磁化，為避免霧滴粒徑測試過程中出現(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)長與靜態(tài)磁化時(shí)長對應(yīng)一致，對照組與試驗(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3次取平均值，為122.47μm，當(dāng)作對照值，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)置磁場強(qiáng)度為50 mT，循環(huán)磁化完畢后立即用激光粒度儀測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強(qiáng)度和磁化時(shí)長2個(gè)因素共同作用對除草劑溶液表面張力的影響規(guī)律，建立以磁場強(qiáng)度和磁化時(shí)長為自變量、以溶液表面張力為因變量的二元函數(shù)，使用OriginPro 2018繪制磁場強(qiáng)度和磁化時(shí)長對表面張力影響規(guī)律的空間曲面分布圖(圖5)。由圖5可以看出，磁場強(qiáng)度和磁化時(shí)長對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，這說明并不是磁場強(qiáng)度越大或者磁化時(shí)間越長，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強(qiáng)度和磁化時(shí)長。磁化除草劑溶液表面張力試驗(yàn)結(jié)果見表2。當(dāng)磁場強(qiáng)度為350 mT、磁化時(shí)長為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)測試驗(yàn)中未涉及到的磁場強(qiáng)度和磁化時(shí)長對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強(qiáng)度和磁化時(shí)長變化的函數(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表示磁場強(qiáng)度，y表示磁化時(shí)長，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強(qiáng)度和磁化時(shí)長對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，說明預(yù)測模型描述試驗(yàn)數(shù)據(jù)越精確。

結(jié)合觀測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強(qiáng)度和磁化時(shí)長的關(guān)系式見公式(4)，為研究磁化作用對除草劑溶液表面張力的影響提供理論參考。