CN107421856B - 基于雾滴撞击舒茶早叶面沉积效果选择典型农药的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于雾滴撞击舒茶早叶面沉积效果选择典型农药的方法，包括测定舒茶早纵横向叶面的表面粗糙度、测定舒茶早常用典型农药百菌清、乐果和马拉硫磷的药液密度、表面张力及动力粘度，采用界面追踪和容积追踪相结合的计算方法，得出各药液雾滴的叶面液相分布性状变化状况、各药液雾滴撞击叶面压强状况、各药液雾滴撞击叶面速度与湿润度长度，经比较后选取典型农药的步骤。本发明通过追踪上述典型农药的雾滴叶面时空结构轨迹时间效应特征，捕捉液滴性状变化形态，以揭示上述农药雾滴撞击舒茶早叶面的沉积机理及效应，经比较后选取沉积效果最好的典型农药，为降低舒茶早生长期用药量、减少农药残留和污染提供先期的理论预测和科学依据。
Description
技术领域
本发明涉及农用喷雾测试技术领域，具体涉及一种基于雾滴撞击舒茶早叶面沉积效果选择典型农药的方法。
背景技术
农药雾滴撞击茶叶叶面后，会产生如图1所示的沉积、铺展、滚动、溅射和反弹等微观界面行为的运动状态，其细微界面行为属于雾滴在气液两相流场中的界面追踪捕捉问题，涉及药液雾滴的运输状态、特征变化和界面变形。其叶面沉积效应取决于雾滴的理化性质，撞击前雾滴的动力特性，靶标叶片的细微结构以及雾滴沉积时环境影响等因素，是决定药液雾滴粘附叶片表面的关键要素。
研究农药雾滴撞击茶叶叶面的细微界面演变过程，不仅有助于深入理解雾滴撞击茶叶叶面界面沉积的机理，而且有助于降低用药量，减少农药残留和污染，对提高茶叶品质、改善茶叶产品的质量安全状况具有实际意义。
将典型茶叶舒茶早品种作为靶标，乐果、马拉硫磷和百菌清作为典型农药，根据乐果、马拉硫磷和百菌清撞击舒茶早叶面沉积效果，来选择具有最佳施药效果的典型农药，关于该种选药方式的研究迄今未见文献报道。
发明内容
本发明的目的在于克服上述现有技术的不足，提供一种基于雾滴撞击舒茶早叶面沉积效果选择典型农药的方法，能够有效揭示上述典型农药雾滴撞击舒茶早叶面的沉积机理及效应，从而达到选择典型农药的目的。
基于雾滴撞击舒茶早叶面沉积效果选择典型农药的方法，包括如下步骤：
(1)、利用原子力显微镜测定舒茶早纵、横向叶面的表面粗糙度；
(2)、利用密度计测定典型农药百菌清、乐果和马拉硫磷的药液密度；
(3)、利用动态表面张力仪测定典型农药百菌清、乐果和马拉硫磷的表面张力；
(4)、利用数字粘度计测定典型农药百菌清、乐果和马拉硫磷的动力粘度；
(5)、根据步骤(1)-(4)所测得的各项参数，采用界面追踪和容积追踪相结合的计算方法，得出各药液雾滴的叶面液相分布性状变化状况、各药液雾滴撞击叶面压强状况、各药液雾滴撞击叶面速度与湿润度长度，经比较后选取沉积效果最好的典型农药。
其中，步骤(4)中采用的计算方法包括以下步骤：
(1)、选取已将待分析药液雾滴喷雾到叶面上的舒茶早；
(2)、初始化界面追踪函数和容积追踪函数；
(3)、进行表面张力求解、动量修正方程求解、连续性修正方程求解、气体状态方程求解与RNGκ-ε湍流方程求解；
(4)、更新药液雾滴界面速度场和压力场；
(5)、利用界面和容积追踪法求解药液雾滴界面流动-传质方程；
(6)、采用界面追踪法计算药液雾滴性状界面法向向量并更新药液雾滴界面容积追踪函数；
(7)、构造药液雾滴/舒茶早叶面的相界面；
(8)、对界面追踪法函数重新距离化；
(9)、若满足精度要求即可得出结论，若不满足精度要求即返回到第(3)步进行重新求解直至满足精度要求。
本发明通过追踪典型农药百菌清、乐果和马拉硫磷雾滴叶面时空结构轨迹时间效应特征，捕捉液滴性状变化形态，以揭示上述农药雾滴撞击舒茶早叶面的沉积机理及效应，经比较后选取沉积效果最好的典型农药，为降低舒茶早生长期用药量、减少农药残留和污染提供先期的理论预测和科学依据。
附图说明
图1为农药雾滴撞击茶叶叶面后，所产生的沉积、铺展、滚动、溅射和反弹等微观界面行为的运动状态示意图；
图2为界面追踪和容积追踪相结合的计算方法的流程示意图；
图3为百菌清(字母A表示)、乐果(字母B表示)、马拉硫磷(字母C表示)，药液雾滴随时间时空结构变化示意图(横向)；
图4为百菌清(字母A表示)、乐果(字母B表示)、马拉硫磷(字母C表示)，药液雾滴随时间时空结构变化示意图(纵向)；
图5为各药液雾滴撞击叶面压强随时间变化示意图(A图为横向，B图为纵向)；
图6为各药液雾滴撞击叶面速度随时间变化示意图(A图为横向，B图为纵向)；
图7为各药液雾滴撞击叶面湿润度长度随时间变化示意图(A图为横向，B图为纵向)。
具体实施方式
以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。在不背离本发明精神和实质的情况下，对本发明方法、步骤或条件所作的修改或替换，均属于本发明的范围。若未特别指明，本发明实施例中所用的实验材料、试剂和仪器等均可市售获得；若未具体说明，本发明实施例中所用的技术手段均为本领域技术人员所熟知的常规手段。
基于雾滴撞击舒茶早叶面沉积效果选择典型农药的方法，包括以下步骤：
(1)、选取春季(4月份)舒茶早为靶标研究对象；
(2)、依据舒茶早实施农药实际状况，选取百菌清、乐果和马拉硫磷为测试农药；
(3)、利用原子力显微镜测定舒茶早纵、横向叶面的表面粗糙度Ra，本实施例中，舒茶早纵、横向叶面的表面粗糙度为41.5nm，0.9nm；
(4)、利用密度计测定典型农药百菌清、乐果和马拉硫磷的药液密度ρ；
(5)、利用动态表面张力仪测定典型农药百菌清、乐果和马拉硫磷的表面张力σ；
(6)、利用数字粘度计测定典型农药百菌清、乐果和马拉硫磷的动力粘度μ；
(7)、根据步骤(1)-(4)所测得的各项参数，采用界面追踪和容积追踪相结合的计算方法，得出各药液雾滴的叶面液相分布性状变化状况、各药液雾滴撞击叶面压强状况、各药液雾滴撞击叶面速度与湿润度长度；
其中，步骤(4)中采用的计算方法包括以下步骤：
(1)、选取已将待分析药液雾滴喷雾到叶面上的舒茶早；
(2)、初始化界面追踪函数和容积追踪函数；
(3)、进行表面张力求解、动量修正方程求解、连续性修正方程求解、气体状态方程求解与RNGκ-ε湍流方程求解；
(4)、更新药液雾滴界面速度场和压力场；
(5)、利用界面和容积追踪法求解药液雾滴界面流动-传质方程；
(6)、采用界面追踪法计算药液雾滴性状界面法向向量并更新药液雾滴界面容积追踪函数；
(7)、构造药液雾滴/舒茶早叶面的相界面；
(8)、对界面追踪法函数重新距离化；
(9)、若满足精度要求即可得出结论，若不满足精度要求即返回到第(3)步进行重新求解直至满足精度要求。
所考虑的数学物理控制方程包括：
①修正的Navier-Stokes方程：
上式中：ρ─药液密度，μ─药液动力粘度，t─时间，D─药液粘度变形矢量，Fst─表面张力引起的药液体积力，g─重力加速度。
②修正的连续性方程：
上式中：─药液界面行为速度矢量。
③气体状态方程：
上式中：P─药液撞击舒茶早叶面压强，Rg─通用气体常数，T―气体的温度，Yk―气体分量k的质量浓度，Wk―气体分量k的摩尔质量；E―气体的能量，cvk―气体的比热容，hok―气体的化学能，―气体的速度矢量，k―气体的湍流动能。
④RNGκ-ε湍流方程：
上式中：Gk─由于气体平均速度梯度产生的湍动能k的产生项，Gb─由于浮力引起的湍动能k的产生项，Ym─可压湍流中脉动扩张的贡献，k─气体的湍动能，ε─气体的湍动耗散率，Sk、Sε─用户自定义的源项，Rε─RNG湍流模型的修正量，C1ε、C2ε、C3ε─经验常数，αk＝αε＝1.39,η0＝4.377,β＝0.012,
采用界面追踪和容积追踪相结合的计算方法，
所得出各药液雾滴叶面液相的分布性状变化状况：
图3为百菌清(字母A表示)、乐果(字母B表示)、马拉硫磷(字母C表示)，药液雾滴随时间时空结构变化示意图(横向)；
图4为百菌清(字母A表示)、乐果(字母B表示)、马拉硫磷(字母C表示)，药液雾滴随时间时空结构变化示意图(纵向)；
结合横向和纵向药液雾滴的分布性状变化状况，可知：乐果雾滴的液相分布最先达到稳定状态，其次是百菌清，再次是马拉硫磷；
所得出各药液雾滴撞击叶面压强状况：
图5为各药液雾滴撞击叶面压强随时间变化示意图(A图为横向，B图为纵向)；
可知：三种典型农药横向撞击叶面压强比纵向小，但压强的波动变化程度较大，乐果撞击叶面压强最大，其值为：0.204/0.230MPa(横向/纵向)，其次是：百菌清和马拉硫磷，其值是0.138/0.138MPa，0.123/0.126MPa。
所得出各药液雾滴撞击叶面速度撞击叶面速度：
图6为各药液雾滴撞击叶面速度随时间变化示意图(A图为横向，B图为纵向)；
可知：三种典型农药横向撞击叶面速度比纵向大，其速度的波动变化程度也较大，百菌清撞击叶面的速度最大，其值为：4.90m/s，其次是：马拉硫磷和乐果，其值是4.20 m/s，3.70m/s。
所得出各药液雾滴湿润度长度：
图7为各药液雾滴撞击叶面湿润度长度随时间变化示意图(A图为横向，B图为纵向)；
可知：三种典型农药中乐果的湿润度长度最大4.10D0[1.95D0(横向)/2.15D0(纵向)]，其次是马拉硫磷和百菌清，其湿润长度分别是：3.95D0(1.70D0/2.25D0)和2.95D0(1.25D0/1.70D0)(注：D0是药液雾滴撞击舒茶早叶面前的直径)。
结论：不同的农药药液理化特性对农药雾滴叶面沉积效果影响很大；在这三种农药中，乐果的沉积效果最好，其次是马拉硫磷，再次是百菌清；因此，从农药在舒茶早叶面持留时间角度，选用乐果最好，对提高农药的施药率也最为有利。
虽然，上文中已经用一般性说明、具体实施方式及试验，对本发明作了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。
Claims (1)
1.基于雾滴撞击舒茶早叶面沉积效果选择典型农药的方法，其特征在于：包括如下步骤：
(1)、利用原子力显微镜测定舒茶早纵、横向叶面的表面粗糙度；
(2)、利用密度计测定典型农药百菌清、乐果和马拉硫磷的药液密度；
(3)、利用动态表面张力仪测定典型农药百菌清、乐果和马拉硫磷的表面张力；
(4)、利用数字粘度计测定典型农药百菌清、乐果和马拉硫磷的动力粘度；
(5)、根据步骤(1)-(4)所测得的各项参数，采用界面追踪和容积追踪相结合的计算方法，得出各药液雾滴的叶面液相分布性状变化状况、各药液雾滴撞击叶面压强状况、各药液雾滴撞击叶面速度与湿润度长度，经比较后选取沉积效果最好的典型农药；
步骤(5)中所述的计算方法，包括如下步骤：
(1)、选取已将待分析药液雾滴喷雾到叶面上的舒茶早；
(2)、初始化界面追踪函数和容积追踪函数；
(3)、进行表面张力求解、动量修正方程求解、连续性修正方程求解、气体状态方程求解与RNGκ-ε湍流方程求解；
(4)、更新药液雾滴界面速度场和压力场；
(5)、利用界面和容积追踪法求解药液雾滴界面流动-传质方程；
(6)、采用界面追踪法计算药液雾滴性状界面法向向量并更新药液雾滴界面容积追踪函数；
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