1.3磁化除草劑溶液霧滴粒徑試驗設計

噴施壓力是影響噴霧霧滴粒徑的關鍵因素，試驗中通過手動調(diào)整隔膜泵調(diào)壓螺絲，設定噴施壓力為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，所有試驗組霧滴粒徑測試點設定為扇形噴面對稱中心線上距離噴頭40 cm處。試驗環(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)設為1 m，按照除草劑與自來水1∶300的體積比配置試驗溶液。

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，所有試驗組使用的溶液均參照常規(guī)方式以一定流速通過磁場進行磁化。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設計同表1，循環(huán)磁化時長與靜態(tài)磁化時長對應一致，對照組與試驗組共48組試驗。處理1不進行磁化處理，用霧滴粒徑儀重復測3次取平均值，為122.47μm，當作對照值，試驗中以體積中值直徑(Volume median diameter，VMD)表示霧滴直徑。處理2設置磁場強度為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)。之后每個處理磁場強度遞增50 mT，操作步驟參照處理2進行。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度和磁化時長2個因素共同作用對除草劑溶液表面張力的影響規(guī)律，建立以磁場強度和磁化時長為自變量、以溶液表面張力為因變量的二元函數(shù)，使用OriginPro 2018繪制磁場強度和磁化時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，磁場強度和磁化時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度越大或者磁化時間越長，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度和磁化時長。磁化除草劑溶液表面張力試驗結果見表2。當磁場強度為350 mT、磁化時長為15.0 min時，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結果

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

為了進一步分析并預測試驗中未涉及到的磁場強度和磁化時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度和磁化時長變化的函數(shù)關系，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)進行最小二乘法多項式擬合、高斯擬合和洛倫茲擬合，函數(shù)關系式分別為公式(1)(2)(3)。

式中，z表示溶液表面張力，z0表示零點偏移量，x表示磁場強度，y表示磁化時長，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。

多項式擬合模型的參數(shù)(平均值±標準誤)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度和磁化時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，說明預測模型描述試驗數(shù)據(jù)越精確。

結合觀測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度和磁化時長的關系式見公式(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。