喷雾漂移原理

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关于Tom Wolf (Nozzle_Guy)

Tom Wolf总部位于SK的萨斯卡通,在喷涂业务方面有33年的研究经验。他在曼尼托巴大学获得植物科学学士学位(1987年)和硕士学位(1991年),并在俄亥俄州立大学获得农学博士学位(1996年)。Tom专注于以研究为基础的实用建议,以提高生产者的效率。

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1989年,在拉杰·格罗弗博士和约翰·梅班克的监督下,我进行了第一次喷雾漂移试验。我们评估了flexcoil、AgShield、Brandt和Rogers等几种喷雾护罩的性能,并想要测量它们的效果。但在我心里,我对随波逐流不感兴趣。我想研究除草剂的功效。不管怎样,我想,我们会做这个试验,我很确定我们不会再讨论这个话题。

现在32年过去了,喷雾漂移已经融入了我所有的项目,仍然是监管活动最强大的驱动力之一,可能是管理不善的最明显后果,并将继续作为现代农业实践的主要舆论创造者之一。

漂移并没有消失。然而,我们对它的理解还远远不够全面。

喷雾漂移被定义为风引起的喷雾云远离处理带的运动。液滴漂移可能发生在所有喷雾中,并且在喷雾通过后的几分钟内发生。它的兄弟,蒸汽漂移,仅限于活性成分是挥发性的,也就是说,它们可以从干燥沉积物后蒸发。蒸汽漂移发生在喷涂完成后,可能持续数天。

液滴漂移

液滴漂移可以分为两个阶段,间隔约1秒,测量方法不同。“初始漂移”首先发生,指的是产品在雾化后立即离开处理区域。它在空气中传播,可以通过将空气采样器(任何可以捕获空气中液滴的设备)放置在靠近喷雾带的顺风边缘处来测量。

数字1初始漂移和次要漂移。一旦漂移云离开处理过的带状区域,湍流和沉降的相对强度决定了在空中停留的量和在顺风处降落的量。

次级漂移描述了从带状边缘继续顺风移动的空中喷雾云,在那里它要么保持在高空,要么沉积在它下面的表面。它通常是使用放置在地面上的采样器来测量的,采样器可以捕获沉降的喷雾液滴。方法上的差异很重要,因为它触及了理解喷雾漂移问题的核心。

图2:当位移能超过液滴能量时,液滴漂移。液滴的质量和速度的组合无法承受移动空气所提供的能量。

初始漂移实际上很容易理解,因为它的产生是直观的。喷射羽流中液滴的位移是平衡两种能量的函数。第一,液滴能量,是液滴直径和速度的乘积。液滴中的能量越多,它们就越难被置换,这就是为什么更大、更重的液滴或快速移动的空气辅助是有效的减少漂移工具。第二种,位移能量,来自相对的空气运动,或者来自向前移动的速度,或者来自风和相关的湍流。更多的风或湍流意味着更大的位移。

图3:最初的漂移是对更大的风速和更粗的喷雾的预期反应。数据来自拉式喷雾器,速度为13km /h,臂架高度为60cm。

因为初始漂移更容易理解,我们最常见的减少漂移的建议是基于最大化液滴能量和最小化位移能量。更低的臂架、更大的液滴、更慢的飞行速度、防护罩或适当实施的空气辅助都有助于减少初始漂移。产生较少的初始漂移也会减少由二次漂移引起的顺风沉积,这是有道理的。

图4:初始漂移的管理是直观的。我们通过给液滴增加能量和保护液滴不暴露在流动空气中来减少漂移。

顺风沉积

离开喷雾带后,移动的二次漂移云有两种主要选择。它可以沉淀,也可以留在空中。基础物理学表明,所有物体最终都会落到地面,由于较小的物体需要更多的时间,它们会漂移得更远。但当考虑到大气湍流和地形时,就没那么简单了。这两个复杂的因素决定了有多少比例的漂移云留在空中,又有多少比例的漂移云沉淀下来。

漂移试验表明,在喷雾器的前100米左右,大约有20%的初始漂移量返回到表面。其余的留在大气中并上升,在那里蒸发并进一步混合。

图5:大多数二次漂移仍然在空中。数据为中等喷雾质量的拉式喷雾器,臂高60厘米,行驶速度13公里/小时

它发生得很快。在喷射带顺风方向仅5米的地方,云层已经有4米高。在顺风100米处,我们测出它的高度是30米。

残留在空气中的喷雾比例取决于喷雾的质量和大气的性质。如果有风和阳光,或者如果喷雾更细,湍流会向空气中输送更多。如果天气多云,风小,我们就很少有大气混合。因此,空气中滞留的比例会更小,沉积物会更多,总的来说,我们实际上可能会更有可能破坏顺风地区。

当我们绘制有风天的喷雾漂移沉积数据时,沉积量随顺风距离呈指数下降。通常,漂移损伤遵循相同的模式。含有大部分剂量的较大液滴首先沉积。较小的液滴走得更远,更有可能与大气混合,并随着热气流上升。

图6:沉积漂移随距离呈对数递减。顶部,线性轴。底部是对数轴。

在平静的夏季夜晚、夜间和清晨常见的逆温条件下,漂移云造成的损害不会以同样的方式减少。含有浮力薄雾的云在一大片地区徘徊。如果没有大气的混合以及由此产生的随时间和距离的稀释,大面积会被破坏。

湍流对沉积的影响

我们已经确定,大气混合越多,地面上的喷雾就越少,至少在短期内是这样。这如何影响我们对风的作用的思考?

当我们评估来自一些试验的漂移数据时,我们总是看到更高风速的初始漂移更多,正如预期的那样。然而,下风沉积物通常不会显著增加。我们将这一观测结果归因于风所产生的湍流,风将更多的初始漂移带到更高的大气中。需要明确的是,沉积漂移并没有随着更高的风而下降。只是它上升的速度没有初始漂移快。

图7:风速对空中漂移(上线)与高间隙喷雾器的沉积漂移(下线)的影响,喷雾器以23公里/小时的速度喷射非常粗的喷雾。

乱流的影响可以被看作是一件好事,因为它可以保护顺风处的物体。快速稀释可减少直接漂移损伤。我们可以利用湍流来保护地面上的物体。这当然比另一种选择要好,当大气无法稀释它们时,比如在逆温中,喷射出喷雾。在这种情况下,下风地区在很长一段时间内都处于危险之中。

但我们也必须考虑空气中的喷雾液滴会发生什么。有些农药在阳光下会降解,不再是问题。但其他的更稳定,可能会在大气中持续数天或更长时间。在此期间,它们可能会移动很长一段距离,最终以降水或尘埃的形式返回地球表面。即使大气已经稀释了它们,这些沉积物是可测量的,并将在空气、土壤和水的环境监测中显示出来。我们可能找不到它们的源头,但公众知道该怪谁。农业。

蒸汽漂移

蒸汽漂移完全是另一个问题。只要挥发性产品停留在表面,且条件允许形成蒸汽,它就会在应用后数小时或数天发生。蒸汽压与表面温度有关,损失随表面温度升高而增加。一些产品在与水接触时进入气相,并在降雨后释放蒸汽。

在应用后蒸汽释放数天的情况下,就不可能控制其后续移动。对于液滴漂移,如果我们知道喷射时的风向,我们就知道可能受到的影响在哪里。但是蒸汽的移动取决于从现在到三天内可能发生的情况,这些情况可能包括高温、不同的风向,甚至是使蒸汽积聚的逆温。最终,避免脱靶蒸汽移动的最佳方法是避免使用挥发性产品。

公共利益

喷雾漂移是农业最重要的管理挑战之一,我们的行业需要继续改善其记录。喷雾器有一个艰巨的任务,即将相对较小体积的液体转化为喷雾,提供良好的目标覆盖,但不会离开处理区域。有利的天气加上液滴大小管理是使这个系统工作的核心,但没有太多的回旋余地。再一次,强调喷雾器的生产力是最富有成效的投资领域之一,因为这使得有时喷洒条件最优的罕见条件得到了最好的利用。

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