关于液滴大小的争论

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关于汤姆沃尔夫(喷嘴_GUY)

Tom Wolf酒店位于Saskatoon,SK,并在喷涂业务中拥有31年的研究经验。他获得了他的BSA(1987)和M.Sc.(1991)在曼尼托巴省大学的植物科学中,他的博士学位(1996年)来自俄亥俄州州立大学的农学院。汤姆侧重于实际建议,以提高生产者的效率为基础。他还骑着独轮车大多数人到办公室。

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有趣的一些问题永远不会消失。只要我一直在喷雾器业务,农药应用的理想液滴尺寸问题仍然是一个热门话题。在根本上是小型液滴提供更好的覆盖率的基本事实,从而更好地使用水,但大的液滴漂移。那么我们为什么还在辩论这个?因为我们需要这些属性都是有效,有效和环保的。最终,液滴尺寸问题减少为一个值,其中每个人的个人优先级都发挥作用。

首先,让我们谈谈基本原则。为了有效,活性成分必须从喷嘴到目标生物中的动作部位。在途中,它在1986年遇到了Brian Young总结了几个障碍。

图1:杀虫剂的剂量转移过程(年轻,1986年后)

雾化和刻痕之前,喷雾遇到两个主要损失,蒸发和漂移。对于较小的液滴来说,这两者都更严重。对于任何给定的喷雾体积,较小的液滴具有更大的表面积与体积的体积,并且可以蒸发至更小的尺寸,甚至根据配方而在几秒钟内蒸发至干燥。对于水溶性配方,后果较低。油性制剂可以保持功效,但既不能逃避第二效,喷雾漂移。

图2:基于WANNER(1980)开发的“双流体”模型,从各种尺寸的液滴蒸发所有水的时间。基于0.8%v / v非挥发性,非溶性添加,20ºC和50%RH。该模型表明最终液滴直径为初始直径的20%。由Bache和Johnstone(1992,Ellis Horwood Ltd)中的小气候和喷雾分散等再现。

由于它们的小质量,小液滴更容易受到风电流的位移。没有上面没有魔法尺寸,不再可能漂移,但我们通常使用100,150或200μm的直径作为理论截止。小于这些直径小于这些直径的喷雾体积的比例可以称为“漂移电位”,并且该值可用于测量喷嘴类型,压力或配方对该现象的影响。

但这并不简单。即使是小液滴也可能抵抗漂移,如果其暴露于风,则可能通过保护罩护罩或更低的臂高。或通过空气辅助提高其速度。更高的能量液滴抵抗位移。

这些缓解策略在喷雾器制造商上不会丢失几十年来构建下漂移喷雾器。

剂量转移过程的下一阶段是拦截的。液滴必须遇到其目标,但该过程大多是巧合。简单地说,目标必须妨碍两滴的飞行路径见面。因此,更有效地瞄准密集的檐篷。更大数量的液滴(较小的液滴或更多载波)也提高了赔率。但这并不简单。飞行路径可以改变。这就是小型液滴更具创造性的地方。因为它们响应小的气流,并且因为这种小型电流围绕着大多数物体,所以较小的液滴可以在空气流产生的小漩涡之后编织在物体周围。因此,我们更有可能在密集的情况下进一步发现较小的液滴,眼睛无法遵循的垂直的檐篷。 They simply cascade through.

另一方面,较大的液滴,抵抗空气的位移并在直线上行驶。他们倾向于击中他们遇到的物体。因此,如果路径清晰,则通过其达到的第一个对象拦截较大的液滴,并且只能使其更深入地进入树冠。换句话说,垂直,稀疏对象允许更大的液滴通过。

这些特性与液滴的惯性有关,最好用一个称为“停止距离”的参数来描述。假设有初始速度,停止距离是液滴减速到最终速度所需的距离。

图3:停止距离作为液滴尺寸的函数。假设20米/秒的初始速度(类似于液压喷嘴的出口速度)和重力辅助。请注意,较小的液滴而没有空气辅助的益处失去了几厘米的喷嘴出口内的初始速度。由Bache和Johnstone(1992,Ellis Horwood Ltd)中的小气候和喷雾分散等再现。

这些特征与诸如微小昆虫,子叶,叶,茎等物体的空气动力学特性相结合,控制喷雾的收集效率。因此,小型的慢速移动液滴是最好的,这些液体最好捕获,这些小物体不会产生足够强的气流偏转以转向液滴过去。非常有效地重定向空气的大物体是更好的收集者的较大或更快的液滴,其动能可以通过这种湍流引导它们。这也是概率的问题,因为较小的物体倾向于遇到遇到相对稀缺的任何给定喷雾的大液滴的可能性较低。

但同样,这并不是故事的结局。截取之后是一个关键阶段,即保留。物体必须能够抓住它们拦截的水滴。慢动作视频显示液滴在与物体接触时变平,因为液体将撞击速度转换为横向传播。一旦完全伸展,扁平的液滴会坍塌,甚至会超出原来的圆形,将它们推离表面,并可能导致反弹。一个反弹的水滴最终可能会落在目标上,但那将是一个运气问题。最好是叶子能提供足够的粘附力,减少反弹振荡的力量,让液滴第一次粘附。

图4:影响过程中的液滴变形(C. hao,等。2015.滑液液体界面上的超疏水式可调液滴弹跳。自然通信。2015年8月)。

小液滴具有较少的质量,并且倾向于更容易地保留。但超过大小在这里播放。叶片表面的形态和化学也很重要,结晶或更多油性表面提供对液滴的较少粘附性。喷雾混合物的物理化学性质变得重要,如动态表面张力和粘弹性的特性会影响喷雾保留。这些性能通过产品配方努力进行了优化,并且可能通过添加到油箱中的佐剂来进行优化。

我们有时把目标分为“易湿”或“难湿”来总结这些性质。大多数草类植物(狐尾草、谷类)很难弄湿(也有例外,如莎草),阔叶植物从容易弄湿的猪草到很难弄湿的羊栖草和芸苔都有。容易湿润的物种比难以湿润的物种能保留更大的水滴,这就是为什么更好的喷雾用于杂草控制的原因之一(叶子的方向和大小是另一个原因)。

图5:在施加期间液滴变形和表面活性剂分子取向。表面活性剂不能快速达到最佳对准,并且对于目标表面吸收这些力,导致反弹。

关于表面张力的几句话。虽然表面活性剂减少了表面张力并便于展开,但这可能不足以改善喷雾保留。为了有效,表面活性剂分子需要与液滴表面对齐,使得它们可以是液滴满足目标表面的界面处的“桥”。这需要时间。在撞击期间发生的振荡连续产生新的表面,如果表面活性剂分子不立即遵循灌注,则液滴就像没有存在表面活性剂一样。专家测量“动态”表面张力,即年轻表面衰老的表面张力 - 几毫秒 - 更好地预测喷雾保留。非常年轻的表面老龄体具有普通水的表面紧张,即使存在表面活性剂。只有某些表面活性剂或更高浓度的表面活性剂,实际上可以改善喷雾保留。

当20世纪90年代中期引入空气诱导喷嘴时,他们的一项主张是,由于单个液滴中含有空气夹杂物(气泡),喷雾滞留性能得到了改善。这些气泡使水滴变轻,也降低了水滴内部的完整性,促进了撞击时的破裂。结果,他们生产的较粗的喷雾剂实际上与较细的喷雾剂具有相同的功效。事实上,研究表明,粗糙的空气诱导喷雾确实保持了良好的性能。有趣的是,使用脉冲宽度调制的非空气诱导粗喷的性能也表现出类似的鲁棒性。将空气诱导的雾滴与传统雾滴大小相似的雾滴进行比较的研究很少显示出差异,而且当它们发生时,它们的量级很小,可以通过改进的模式重叠进行校正。

图6:雾滴中的气泡(来源:EI Operator)。据信起源于英国Silsoe研究所)

更大的液滴仍然工作的一个原因是由于现代低漂移喷嘴的预孔设计。这种设计减少了喷嘴本身的内部压力,效果是移动的大液滴较慢。这种降低的速度剥夺了一些力量,以减少反弹。

图7:通过预孔口和空气诱导的设计喷嘴的较低压力降低了较大液滴的液滴速度。较低的速度降低了液滴反弹。

粗糙喷雾的另一种整洁的效果是它们纳入空气的能力。所有喷雾器移动空气(简单地喷洒到桶中以查看),较大的液滴更好,距离更好。夹带空气是用于较小液滴的空气辅助的形式,增加它们的平均速度,从而降低它们在喷雾模式中移动时的漂移潜力。

剂量转移过程的最终阶段是沉积的形成和生物效应,这是我们再次看到可归因于液滴尺寸的差异。

一旦在目标表面上建立,活性成分通常需要移动到其动作现场。在某些情况下,在表面上休息就足够了,这取决于特定产品。但对于大多数除草剂来说,活性成分必须将角质层移动到细胞质中,在那里最终迁移到参与脂肪酸或氨基酸的光合作用或生物合成的酶。角质层是蜡质,只有少量的热爱途径,并且采样过程基本上由扩散和浓度梯度驱动。因此,当产品处于溶液时更有效,液滴可以保持湿越长,越好。这是为什么在热水干燥时喷涂的一个原因可能会降低性能。同样,这取决于制定和动作方式。浓度过高会损伤膜,生理学上分离活性成分并降低其随后的易位。这总是一个平衡的行为。

如果您一直在跟踪得分,则在大型和小型液滴之间或多或少是一个领带。一个沉积物更好并更有效地利用较低的水量,而另一个损耗较低的漂移和蒸发,有助于较小的液滴抗蚀剂漂移,并且可以改善一些产品的吸收。

这一抽奖是为什么贵重液压喷嘴在这么多数十年中已经如此成功。通过其性质,液压雾化产生了巨大的液滴尺寸,范围为5至2000μm或更大。作为圭尔夫大学的Ralph Brown博士曾经说过,这个喷嘴为所有季节提供了一滴水。一些小的,难以覆盖和保留,难以到达,以及一些用于摄取和减少的大量的地方。结果是一个强大的传送系统,在许多条件下提供许多不同目标的可靠结果。为了识别喷雾的异质性,我们没有提及特定的液滴尺寸,而是它们的复合材料,分组为培养基,粗糙和非常粗糙等国际类别类别。

我们的挑战是寻找喷雾质量甜蜜点,这是我们农产品喷雾的这些矛盾和又互补特征的理想混合。我相信任务是非常可取的。简单地说,当在7到12个美国GPA之间的粗糙和非常粗糙的喷雾时,田间作物中的广播农产品可靠地工作。没有必要喷洒比粗糙的更精细,因为覆盖率已经足够了,并且任何额外的覆盖率都有小的边际回报。然而,当檐篷更密集时添加更多水或当叶面积指数随着作物的成熟而增加时,值得重视。为了获得覆盖率,由于环保价值,加入水是优选降低液滴尺寸。它发生这种情况,粗糙到非常粗糙的喷雾提供或eckeed大多数农业标签所需的漂移保护。

偶尔也有理由喷得比我建议的更粗糙。法律当然要求在延伸特优大豆和棉花上使用dicamba产品,但即便如此,也只能与更高的水量相结合,以抵消水滴数量的损失。在实践中,移动到极粗或超粗喷雾可能允许应用程序在高于平均风速的情况下进行,而不会增加漂移风险。使用一些额外的水是相对较小的代价,以支付额外的能力。

对于那些愿意花费额外的时间来优化这种情况的人来说,在特定情况下总会有机会改善。这是我兴奋的原因之一,看看行业中的脉冲宽度调制(PWM)的广泛采用,允许用户更换喷射压力,从而喷涂质量,没有对施用速度或行驶速度的影响。或者引入从驾驶室切换的喷嘴,采用最佳雾化器进行特定情况。虽然定义理想的喷雾仍然很难,但选择喷涂质量从未如此简单。