王士林, 陸岱鵬, Jonathan VAN BEEK, Ingrid ZWERTVAEGHER,王 偉, 徐 陶, 劉 春, 唐玉新*,, 李 雪, David NUYTTENS

(1.江蘇省農(nóng)業(yè)科學(xué)院 農(nóng)業(yè)設(shè)施與裝備研究所，南京 210014；2.農(nóng)業(yè)部長(zhǎng)江中下游設(shè)施農(nóng)業(yè)工程重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，南京 210014；3.佛蘭德斯農(nóng)業(yè)、漁業(yè)和食品研究所, 比利時(shí) 梅勒爾貝克 9820)

0 引言

噴頭作為植保機(jī)械最為重要的部件之一，其在農(nóng)藥噴施過程中對(duì)藥液的霧化、霧滴的輸送以及在靶標(biāo)界面的沉積行為起決定性作用[1-4]。噴頭噴施農(nóng)藥時(shí)，其霧化方式可分為液力式霧化、離心式霧化、氣力式霧化、撞擊式霧化、超聲霧化和熱力式霧化等[5]。而在眾多類型的噴頭中，液力式霧化噴頭因其霧化量大、能耗低、設(shè)備簡(jiǎn)單、經(jīng)濟(jì)性好而得到更為廣泛的應(yīng)用[6]。因此，研究液力式噴頭的霧化與沉積分布特性對(duì)改善農(nóng)藥噴施效果具有重要的指導(dǎo)意義。

液力式霧化是對(duì)噴霧藥液流體施以壓力，使其通過霧化關(guān)鍵工作部件噴出形成霧滴，霧滴獲得足夠的速率與能量，通過與空氣的力學(xué)作用而迅速不斷地分散與擴(kuò)散[7]。而霧滴的粒徑和沉降速度是衡量噴霧藥液霧化程度和質(zhì)量最為重要的指標(biāo)[8-10]。為對(duì)液力式噴頭的霧化特性進(jìn)行表征，Nuyttens 等[11]對(duì)不同類型的噴頭進(jìn)行了測(cè)試與分類，并詳細(xì)闡明了噴頭的類型、型號(hào)和作業(yè)壓力對(duì)霧滴粒徑和沉降速度的影響。王雙雙等[12]對(duì)比分析了不同類型的農(nóng)用射流噴頭的霧滴粒徑分布特征，發(fā)現(xiàn)各噴頭的霧滴粒徑均以其噴霧扇面中心線為軸近似呈對(duì)稱分布，且在扇面邊緣處霧滴粒徑最大。張京等[13]確定了LU 120-03 型扇形霧噴頭的噴霧扇面內(nèi)的霧滴粒徑與沉降速度分布特征，為減少霧滴飄移提供了理論依據(jù)。曾愛軍等[14]分析了不同類型及型號(hào)的液力式噴頭的霧滴粒徑分布及其飄移潛在指數(shù)，并對(duì)不同類型噴頭的飄移性進(jìn)行了總結(jié)。此外，霧滴的粒徑和沉降速度也是影響其在靶標(biāo)界面碰撞行為的關(guān)鍵因素[15]。Dorr 等[16]采用試驗(yàn)數(shù)據(jù)與數(shù)學(xué)模型相結(jié)合的方法，對(duì)3 種液力式噴頭的霧滴在不同作物葉面的碰撞行為進(jìn)行了研究，結(jié)果表明，較大的霧滴粒徑和撞擊速度不利于農(nóng)藥霧滴在靶標(biāo)界面的附著沉積。

農(nóng)藥霧滴在噴霧區(qū)域內(nèi)的附著率和分布均勻性也是衡量施藥效果的重要指標(biāo)。祁力鈞等[17]通過對(duì)比作業(yè)高度和壓力對(duì)扇形霧噴頭噴霧霧滴分布均勻性的影響發(fā)現(xiàn)，噴頭類型和噴霧高度對(duì)霧滴分布的均勻性具有顯著影響，且各噴頭的最佳霧滴分布所對(duì)應(yīng)的噴霧高度因噴頭類型不同而異。Sayinci 等[18]對(duì)比分析了不同類型液力式噴頭施藥后霧滴的分布效果，發(fā)現(xiàn)空氣誘導(dǎo)噴頭和雙扇面噴頭在馬鈴薯植株上的霧滴分布均勻性明顯優(yōu)于空心圓錐霧噴頭。楊銳等[19]研究發(fā)現(xiàn)，噴頭類型和噴霧壓力對(duì)自走式噴桿噴霧機(jī)施藥時(shí)的農(nóng)藥沉積利用率、霧滴分布均勻性以及霧滴參數(shù)、霧化效果均有顯著影響，并建議在適當(dāng)?shù)膰婌F壓力下添加助劑以提高農(nóng)藥的防治效果。

由于液力式噴頭種類繁多，以上研究主要針對(duì)單一類型噴頭的不同型號(hào)或在不同噴霧壓力下的霧化和沉積行為進(jìn)行分析，對(duì)于多種不同類型的液力式噴頭的綜合性分析鮮有涉及。為進(jìn)一步明確液力式噴頭的類型和噴霧參數(shù)對(duì)其霧化和沉積分布特性的影響，本文選取6 種不同類型的液力式霧化噴頭，包含標(biāo)準(zhǔn)扇形霧噴頭、防飄扇形霧噴頭、射流扇形霧噴頭、空心圓錐霧噴頭和射流空心圓錐霧噴頭，分別對(duì)其霧滴粒徑、霧滴沉降速度以及沉積分布均勻性進(jìn)行測(cè)試，以期為田間施藥時(shí)液力式噴頭的選擇和作業(yè)參數(shù)的優(yōu)化提供理論指導(dǎo)和技術(shù)參考。

1 材料與方法

1.1 供試噴頭

供試6 種液力式噴頭 (TeeJet Technologies,Illinois, USA) 的類型及相關(guān)參數(shù)見表1。這些噴頭均被廣泛應(yīng)用于大田、果園、林木、苗圃、溫室等的病蟲草害的防治中。在相同的噴霧壓力下，各類型噴頭的流量相同，其在噴霧壓力為0.2、0.3 和0.4 MPa 時(shí)所對(duì)應(yīng)的名義流量分別為0.49、0.60 和0.69 L/min。為確保供試噴頭流量的均一穩(wěn)定，試驗(yàn)前需對(duì)所有噴頭的實(shí)際噴霧流量進(jìn)行測(cè)定，僅選取與名義流量偏差低于2.5%的噴頭用于后續(xù)霧化與沉積特性的試驗(yàn)研究。

表1 供試噴頭類型與主要噴霧特征Table 1 Types and main spray characters of tested nozzles

1.2 霧滴粒徑與沉降速度測(cè)試

霧滴粒徑和沉降速度的測(cè)量裝置由噴霧單元、三維自動(dòng)定位系統(tǒng)、相位多普勒粒子分析儀(phase doppler particle analyzer, PDPA) 和氣候室4 部分組成。噴霧單元由絕緣藥箱、液體水平控制系統(tǒng)、液體溫度控制系統(tǒng)、機(jī)械和液壓攪拌系統(tǒng)、離心泵和調(diào)壓閥組成，其中藥箱內(nèi)配有加熱和冷卻組件，以實(shí)現(xiàn)對(duì)待噴霧液體溫度的調(diào)控。使用調(diào)壓閥可對(duì)噴頭噴霧壓力進(jìn)行調(diào)節(jié)，噴霧壓力可精確到0.001 MPa。三維自動(dòng)定位系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)對(duì)噴頭位置的精準(zhǔn)控制，以實(shí)現(xiàn)對(duì)噴頭不同噴霧區(qū)域內(nèi)霧滴的檢測(cè)。測(cè)試全程在氣候室內(nèi)進(jìn)行，氣候室內(nèi)的溫度和相對(duì)濕度分別可在5～30 ℃和30%～90%范圍內(nèi)進(jìn)行調(diào)控。

本研究中，由于采用PDPA (TSI Incorporated,Minnesota, USA) 對(duì)霧滴的測(cè)量區(qū)域僅為一個(gè)固定的點(diǎn)，因此需將測(cè)試噴頭安裝在三維自動(dòng)定位系統(tǒng)上，通過該定位系統(tǒng)的移動(dòng)以實(shí)現(xiàn)噴頭與PDPA 相對(duì)位置的轉(zhuǎn)化，從而完成對(duì)整個(gè)噴霧區(qū)域內(nèi)霧滴的采集。該三維定位系統(tǒng)在水平面上的移動(dòng)范圍為2.0 m × 2.2 m，在豎直方向上噴頭與PDPA 檢測(cè)點(diǎn)的相對(duì)距離調(diào)整范圍為0～0.9 m。

基于噴頭的霧滴群落分布特性，分別對(duì)每種供試噴頭制定一個(gè)特定的矩形區(qū)域 (圖1) 進(jìn)行霧滴采集。在此矩形掃描區(qū)域中，三維定位系統(tǒng)上的噴頭由起點(diǎn)沿X 軸方向移動(dòng)xm 后，進(jìn)而沿Y 軸方向移動(dòng)Δym 后，再反向沿X 軸方向運(yùn)動(dòng)xm，由此往復(fù)，直至完成整個(gè)矩形區(qū)域的掃描。整個(gè)掃描過程中噴頭在豎直方向 (Z 軸) 的高度和水平方向的運(yùn)動(dòng)速度均保持不變，噴頭距離PDPA檢測(cè)點(diǎn)的高度為50 cm，掃描速度為vs。

圖1 三維自動(dòng)定位系統(tǒng)的掃描軌跡Fig.1 Scanning trajectory of the 3D positioning system

在將噴頭安裝到三維自動(dòng)定位系統(tǒng)時(shí)，應(yīng)注意扇形霧噴頭的噴霧扇面與X 軸方向平行，對(duì)圓錐霧噴頭的安裝角度不作要求?；趪婎^的噴霧角、霧滴粒徑和密度等特征，將各噴頭運(yùn)動(dòng)軌跡的特征值分別定義為表2 所示，以確保各處理所檢測(cè)到霧滴的數(shù)量均不低于10 000 個(gè)。以自來水作為噴霧液，分別對(duì)噴霧壓力為0.2、0.3 和0.4 MPa時(shí)各噴頭的霧滴粒徑和沉降速度進(jìn)行測(cè)定，每個(gè)噴霧壓力下試驗(yàn)重復(fù)3 次。試驗(yàn)期間藥箱內(nèi)噴霧液的溫度保持在20 ℃ ( ± 0.1 ℃)，氣候室內(nèi)溫度為20 ℃ ( ± 1 ℃)，相對(duì)濕度為60%～70%。

表2 不同類型噴頭的掃描軌跡的特征值Table 2 Characteristics of the scan trajectory for the different nozzle types

噴霧霧滴的粒徑與沉降速度分布通過以下參數(shù)進(jìn)行表征：

1)Dv0.1、Dv0.5和Dv0.9：按從小到大順序?qū)㈧F滴體積累積到總霧滴體積的10%、50%和90%時(shí)所對(duì)應(yīng)的霧滴直徑，μm。

2)V100和V200：分別表示直徑低于100 μm 和200 μm 的霧滴占總霧滴體積的百分比，%。

3)Dn0.5：按大小順序?qū)㈧F滴累積到達(dá)總霧滴數(shù)量一半時(shí)的那個(gè)霧滴的直徑，μm。

4)RSF：霧滴的相對(duì)粒譜寬度，為霧滴的Dv0.9與Dv0.1之差與Dv0.5的比值，該值越小表示噴霧霧滴間的變化越小。

5)Vn0.5、Vv0.5和Vavg：分別表示按從小到大順序?qū)㈧F滴累積到達(dá)總霧滴數(shù)量一半時(shí)的那個(gè)霧滴對(duì)應(yīng)的沉降速度、按從小到大順序?qū)㈧F滴累積到達(dá)總霧滴體積一半時(shí)的那個(gè)霧滴對(duì)應(yīng)的沉降速度和所有霧滴的平均沉降速度，m/s。

1.3 沉積分布特性測(cè)試

參照標(biāo)準(zhǔn)ISO 5682-2:2017[20]，使用霧滴分布掃描儀 (AAMS-Salvarani, Maldegem, Belgium)分別對(duì)6 種待測(cè)噴頭的霧滴沉積分布特性進(jìn)行測(cè)試。測(cè)試基于一個(gè)長(zhǎng)為5 m 的水平噴桿上進(jìn)行，分別將10 個(gè)同一類型的待測(cè)噴頭以0.5 m 為間距安裝在噴桿上，并在噴桿正下方沿噴桿方向鋪設(shè)鋁合金軌道，軌道上方放置該霧滴分布掃描儀用于收集噴霧霧滴 (圖2)。

圖2 霧滴分布掃描平臺(tái)測(cè)試沉積分布特性Fig.2 Spray scanner for droplet distribution characteristic measurements

霧滴分布掃描儀可在鋁合金軌道上橫向移動(dòng)，完成對(duì)噴桿不同位置處噴霧霧滴的收集。該掃描儀頂部是一個(gè)寬為0.8 m 的霧滴收集裝置，該裝置由8 個(gè)寬度為0.1 m 的凹槽并聯(lián)組成，且各凹槽分別與1 個(gè)標(biāo)定的量筒相連，由此可準(zhǔn)確獲取各個(gè)凹槽內(nèi)收集到的霧滴體積。該霧滴分布掃描儀與計(jì)算機(jī)相連，通過計(jì)算機(jī)設(shè)定霧滴分布掃描儀在軌道上的移動(dòng)范圍 (起點(diǎn)和終點(diǎn))，測(cè)試期間待與各凹槽相連的量筒均收集滿噴霧液滴時(shí)，量筒會(huì)自動(dòng)排空噴霧液體，此時(shí)霧滴收集平臺(tái)橫向移動(dòng)0.8 m 至下一個(gè)霧滴收集區(qū)域，直至終點(diǎn)。

試驗(yàn)前應(yīng)將霧滴收集裝置的凹槽進(jìn)行潤(rùn)濕，并調(diào)整噴桿高度，使噴頭頂端距離霧滴收集裝置上沿的垂直距離為0.5 m。在該噴霧高度下，分別對(duì)噴霧壓力為0.2、0.3 和0.4 MPa 時(shí)各噴頭的霧滴分布特性進(jìn)行測(cè)試，每個(gè)噴霧壓力下重復(fù)4 次。試驗(yàn)結(jié)束后，根據(jù)噴桿下不同位置所收集霧滴的體積，對(duì)各噴頭噴霧霧滴的沉積分布特性進(jìn)行分析。

2 結(jié)果與討論

2.1 霧滴譜測(cè)試結(jié)果

圖3 顯示了不同噴霧壓力下各噴頭的粒徑分布特征，根據(jù)噴頭類型和噴霧壓力的不同，噴霧霧滴的粒徑均在數(shù)十微米到數(shù)百微米之間呈現(xiàn)出不同的變化趨勢(shì)。霧滴的分布曲線顯示，同一噴頭在不同噴霧壓力下的霧滴分布范圍差異較小，XR 110-015、DG 110-015、TXA 80-015 和AIXR 110-015 噴頭在各噴霧壓力下的霧滴粒徑均集中在100～400 μm 范圍內(nèi)，而AI 110-015 和AITXA 80-015 噴頭的霧滴粒徑分布范圍更廣，其在各噴霧壓力下的霧滴粒徑均集中在200～800 μm 范圍內(nèi)。

圖3 不同噴霧壓力下各噴頭的霧滴粒徑分布Fig.3 Droplet size distribution of spray nozzles at different pressures

圖4 直觀地展示了各噴頭在不同噴霧壓力下的霧滴粒徑累積分布情況。結(jié)果顯示：AI 110-015和AITXA 80-015 噴頭的霧滴粒徑明顯高于其他4 種噴頭，其霧滴的累計(jì)體積分布曲線更為平緩且跨度更大；XR 110-015、DG 110-015、TXA 80-015 和AIXR 110-015 噴頭具有相同的霧滴分布趨勢(shì)，但受噴頭類型和噴霧壓力的影響，不同測(cè)試間的霧滴粒徑存在一定差異。在4 種分布趨勢(shì)相同的噴頭中，AIXR 110-015 的霧滴粒徑略高于其他3 種噴頭，但明顯低于AI 110-015 和AITXA 80-015。各種噴頭的霧滴粒徑分布特性與表1 中的霧滴尺寸分類結(jié)果一致。

圖4 不同噴霧壓力下各噴頭霧滴粒徑的累積體積分布Fig.4 Cumulative volumetric distribution of droplet size for spray nozzles at different pressures

為進(jìn)一步對(duì)噴頭的霧滴粒徑進(jìn)行表征，分別對(duì)各噴頭在不同噴霧壓力下的粒徑特性值 (表3)進(jìn)行分析?？傮w而言，代表霧滴粒徑大小的Dv0.1、Dv0.5、Dv0.9和Dn0.5均隨著噴霧壓力的增大而減小，該研究結(jié)果與前人結(jié)果一致[11]。同樣代表霧滴中值直徑的Dv0.5(體積中值直徑) 和Dn0.5(數(shù)量中值直徑) 差異較大，相比而言，同一工況下霧滴的Dn0.5明顯低于Dv0.5，且霧滴Dn0.5與Dv0.1較為接近。在農(nóng)藥使用過程中，施藥人員所關(guān)心的并不只是某一尺寸霧滴的數(shù)量，而是對(duì)這一尺寸霧滴的容量占總?cè)莘e的比例更感興趣[21]，因此Dv0.5(同體積中值直徑，VMD) 的使用更為廣泛。不同噴霧壓力下各噴頭的Dv0.5顯示，細(xì)霧滴 (XR 110-015) 和中等霧滴噴頭 (DG 110-015) 的霧滴粒徑在不同噴霧壓力下的差異較小，如XR 110-015在0.2、0.3 和0.4 MPa 下的Dv0.5分別為226.92、218.23 和211.03 μm，而超粗霧滴噴頭(AI 110-015 和AITXA 80-015) 對(duì)噴霧壓力的敏感性更強(qiáng)，其霧滴的Dv0.5隨著噴霧壓力的增加而急劇下降，如AI 110-015 在0.2、0.3 和0.4 MPa 下的Dv0.5分別為478.21、418.00 和387.24 μm。

表3 不同噴頭和噴霧壓力組合下的霧滴粒徑特征值Table 3 Spray droplet diameter characteristics of nozzle-pressure combinations

大量研究表明，霧滴的粒徑是影響噴霧飄移最為關(guān)鍵的因素，且粒徑低于100 μm 或200 μm的霧滴具有較大的飄移潛能[3,14,22-24]。本研究中，各噴頭在不同噴霧壓力下的V100均較低，其中XR 110-015 在0.2 MPa 下的V100最高，也僅為2.57%。不同噴頭間的V100存在一定的差異，但同一噴頭在不同噴霧壓力下霧滴的V100差異較小。與V100相比，V200受噴霧壓力的影響更為明顯，且隨著噴霧壓力的增大，霧滴的V200呈增加趨勢(shì)。圓錐霧噴頭TXA 80-015 的V200最高，其在噴霧壓力為0.4 MPa 時(shí)小于200 μm 的霧滴占總體積的60.35%，標(biāo)準(zhǔn)扇形霧噴頭XR 110-0115 的V200次之，其在不同噴霧壓力下的V200約為40%。相較于前2 種細(xì)霧滴噴頭，防飄扇形霧噴頭 DG 110-015的V200明顯降低，其在噴霧壓力為0.2、0.3 和0.4 MPa下的V200分別為20.28%、26.16% 和33.52%。射流噴頭極大地降低了小霧滴的含量，其中射流扇形霧噴頭AIXR 110-015 的V200最高，為10.40%～13.79%，而射流扇形霧噴頭AI 110-015 和射流空心圓錐霧噴頭AITXA 80-015 在各噴霧壓力下的V200均低于10%。

霧滴的相對(duì)粒譜寬度 (RSF) 是評(píng)估噴霧霧滴均勻性的參數(shù)，其數(shù)值越低說明霧滴粒徑分布越集中，也越便于對(duì)田間施藥時(shí)霧滴在植株葉面的沉積行為進(jìn)行控制，一方面可減少小霧滴的蒸發(fā)或飄移，另一方面也可降低大霧滴的地面流失。結(jié)果 (表3) 顯示：圓錐霧噴頭TXA 80-015 的霧滴均勻性最好，其在0.2～0.4 MPa 噴霧壓力下的RSF均小于0.67，射流噴頭AI 110-015 的霧滴均勻性最差，其在0.2、0.3 和0.4 MPa 噴霧壓力下的RSF分別為1.05、1.15 和1.09。

2.2 霧滴沉降速度測(cè)試結(jié)果

由圖5 可知：霧滴的沉降速度分布特征主要由噴頭類型決定，不同類型噴頭間的霧滴沉降速度分布曲線的差異較粒徑分布曲線更為明顯，而噴霧壓力對(duì)霧滴沉降速度的影響較小，同一噴頭在3 個(gè)不同噴霧壓力下的霧滴沉降速度分布趨勢(shì)相似。在供試噴頭中，TXA 80-015 的霧滴沉降速度最為均勻，其速度主要集中在0.5～2.0 m/s。其他5 種噴頭的霧滴沉降速度跨度較大，主要在0.5～7.0 m/s 之間，并因噴頭類型的不同其集中分布的峰值有所差異。

圖5 不同噴霧壓力下各噴頭的霧滴沉降速度分布Fig.5 Droplet velocity distribution of spray nozzles at different pressures

霧滴沉降速度的體積累計(jì)分布曲線 (圖6) 更為清晰地顯示了各噴頭的霧滴沉降速度分布特性。霧滴沉降速度的體積累計(jì)分布曲線的斜率越大，說明其霧滴沉降速度的分布區(qū)域越集中。由圖6 可知：TXA 80-015 的曲線斜率最大，其霧滴沉降速度分布最為集中；DG 110-015、AIXR 110-015和AITXA 110-015 的曲線斜率次之；XR 110-015和AI 110-015 的曲線斜率最小，其霧滴沉降速度分布最為分散。其中，DG110-015 和AIXR 110-15兩種噴頭的霧滴沉降速度的體積累積分布曲線高度相似，其噴霧霧滴的沉降速度分布特征較為接近。

圖6 不同噴霧壓力下各噴頭霧滴沉降速度的體積累積分布Fig.6 Cumulative volumetric distribution of droplet velocity for spray nozzles at different pressures

各噴頭在不同噴霧壓力下的霧滴沉降速度分別用Vn0.5、Vv0.5和Vavg進(jìn)行表征。結(jié)果 (表4)顯示，相同噴頭和壓力下霧滴的Vv0.5最高，Vavg次之，而Vn0.5最低。液力式噴頭的霧滴沉降速度和粒徑存在極大的正相關(guān)性[25]，而霧滴的粒徑測(cè)試結(jié)果顯示其Dn0.5與Dv0.1極為接近 (表3)，因此同一噴頭和噴霧壓力下霧滴的Vn0.5明顯低于其Vv0.5和Vavg。相比而言，霧滴的Vv0.5和Vavg能夠更加精確地反映噴霧總霧滴的速度特征。

表4 不同噴頭和噴霧壓力組合下的霧滴沉降速度特征Table 4 Spray droplet velocity characteristics of nozzle-pressure combinations

總體而言，相同噴霧壓力下，細(xì)霧滴噴頭的Vavg高于其Vv0.5，如0.4 MPa 壓力下XR 110-015和TXA 80-015 的Vavg分別為2.00 m/s 和1.11 m/s，而其Vv0.5分別為1.78 m/s 和1.00 m/s。隨著噴頭霧滴的增大，中霧滴和粗霧滴噴頭的Vv0.5超過其Vavg，且霧滴的粒徑越大兩者差值越明顯，如中霧滴DG 110-015 在0.4 MPa 噴霧壓力下的Vv0.5為2.38 m/s，其Vavg為1.99 m/s，而超粗霧滴AI 110-015在0.4 MPa 噴霧壓力下的Vv0.5為3.71 m/s，其Vavg為2.01 m/s。相同噴霧壓力下，AI 110-015 霧滴的Vv0.5最大，而TXA 80-015 霧滴的Vv0.5最小。

噴霧藥液在靶標(biāo)區(qū)域的沉積量是衡量施藥質(zhì)量的重要指標(biāo)，較高的沉積率可確保足夠的農(nóng)藥有效成分發(fā)揮生物活性并降低農(nóng)藥的用量[26-27]。大量研究表明，沉降速度是影響霧滴沉積和飄移的重要參數(shù)，較高的沉降速度可有效降低噴霧的飄移潛力，這十分有利于提高噴霧藥液在靶標(biāo)區(qū)域內(nèi)的沉積量[22,28]。然而，Massinon 等[29]分析了霧滴撞擊速度對(duì)碰撞結(jié)果的影響，發(fā)現(xiàn)霧滴撞擊靶標(biāo)界面的速度越大，其反彈或破碎的趨勢(shì)越明顯，較高的沉降速度容易引起藥液的二次流失。為有效降低噴霧藥液的飄移潛力以及霧滴撞擊葉面后因彈跳或破碎引起的二次流失，針對(duì)霧滴沉降速度較快的噴霧處理可添加表面活性劑調(diào)節(jié)液滴在靶標(biāo)葉片上的撞擊行為，如降低噴霧液的動(dòng)態(tài)表面張力來抑制霧滴的飛濺或反彈[30]。

2.3 霧滴沉積分布結(jié)果

各供試噴頭在不同噴霧壓力下的霧滴分布特性結(jié)果見表5。在噴霧藥液沉降的過程中伴隨霧滴的蒸發(fā)和飄移，霧滴分布掃描平臺(tái)因無法接收該部分霧滴而造成流失，不同噴霧壓力下各噴頭的噴霧液流失率較為接近，其中AI 110-015 在噴霧壓力為0.3 MPa 下的流失率最低，為7.82%；AITXA 80-015 在噴霧壓力為0.2 MPa 下的流失率最高，為9.75%。由于噴霧霧滴的流失且流失率較為接近，各噴頭在不同噴霧壓力下的流量均相似且略低于該壓力下的名義流量。

表5 不同噴霧壓力下各噴頭的霧滴分布特性Table 5 Spray distribution characteristics of nozzles sprayed at different pressures

在實(shí)際施藥過程中，噴霧霧滴的沉積分布均勻性往往比沉積量更為重要[26]。霧滴沉積量的變異系數(shù) (coefficient of variation, CV) 用于評(píng)估其沉積分布均勻性，CV 值越低，表明霧滴沉積分布越均勻。圖7 顯示了噴霧壓力為0.3 MPa 下各噴頭噴霧霧滴在噴桿下方的分布情況。由圖可知：AITXA 80-015 噴頭的霧滴沉積量的波動(dòng)性最強(qiáng)，且明顯高于其他5 種噴頭，說明該壓力下AITXA 80-015 的霧滴沉積分布均勻性最差 (CV = 47.57%)?；诒? 中各噴頭在不同噴霧壓力下沉積量的CV 值可知，DG 110-015 和AIXR 110-015 的霧滴沉積分布效果最佳，其CV 的最大值分別為7.71%(0.3 MPa) 和 7.78% (0.2 MPa)。

圖7 噴霧壓力為0.3 MPa 時(shí)各噴頭的霧滴沉積分布特性Fig.7 Droplet distribution patterns of nozzles sprayed at 0.3 MPa

噴霧壓力對(duì)DG 110-015、XR 110-015 和AIXR 110-015 的霧滴沉積分布均勻性無明顯影響，但較高的噴霧壓力可提高噴霧角度為80°的AITXA 80-015 和TXA 80-015 的霧滴沉積分布均勻性。在噴霧壓力為0.2、0.3 和0.4 MPa 壓力下，AITXA 80-015 的霧滴分布的CV 值分別為75.28%、47.57% 和10.71%，TXA 80-015 的霧滴分布的CV 值分別為27.30%、13.49%和10.70%。在噴霧壓力較低 (0.2 MPa) 時(shí)，AITXA 80-015 和TXA 80-015 的霧滴分布的CV 值明顯高于其他4 種噴霧角度為110°的噴頭，而當(dāng)噴霧壓力較高 (0.4 MPa) 時(shí)，其霧滴分布的CV 值與其他4 種噴頭較為接近。

3 結(jié)論

本文分別對(duì)6 種不同類型的液力式霧化噴頭的霧滴粒徑、霧滴沉降速度以及沉積分布均勻性進(jìn)行了測(cè)試。結(jié)果表明：所有噴頭的霧滴粒徑均隨噴霧壓力的增大而減小，細(xì)霧滴和中等霧滴噴頭的體積中值直徑Dv0.5差異較小，而粗霧滴和超粗霧滴噴頭對(duì)噴霧壓力的敏感性更強(qiáng)，其霧滴的Dv0.5隨著噴霧壓力的增加而急劇下降。霧滴的沉降速度分布特征主要由噴頭類型決定，壓力對(duì)霧滴沉降速度的影響較小。在相同噴霧壓力下，細(xì)霧滴噴頭的平均速度 (Vavg) 高于其體積中值速度(Vv0.5)，而中霧滴和粗霧滴噴頭的Vv0.5高于其Vavg，且霧滴的粒徑越大兩者差值越明顯。噴霧壓力對(duì)防飄扇形霧噴頭DG 110-015, 標(biāo)準(zhǔn)扇形霧噴頭XR 110-015 和射流扇形霧噴頭AIXR 110-015 的霧滴沉積分布均勻性無顯著影響，但較高的噴霧壓力可提高射流空心圓錐霧噴頭AITXA 80-015 和空心圓錐霧噴頭TXA 80-015 的霧滴沉積分布均勻性。