1.3磁化除草剂溶液雾滴粒径试验设计

喷施压力是影响喷雾雾滴粒径的关键因素，试验中通过手动调整隔膜泵调压螺丝，设定喷施压力为0.3 MPa，使用稳压电源供给隔膜泵稳定的12 V额定工作电压，确保所有试验组喷施压力一致；扇形喷面不同位置的雾滴粒径也有较大差别，所有试验组雾滴粒径测试点设定为扇形喷面对称中心线上距离喷头40 cm处。试验环境温度保持为26℃，喷施系统管长(磁极至雾化喷头水管长度)设为1 m，按照除草剂与自来水1∶300的体积比配置试验溶液。

由于静态磁化单次最多磁化50 mL溶液，而单次喷雾雾滴粒径测试过程使用溶液量为1 L左右，因此，所有试验组使用的溶液均参照常规方式以一定流速通过磁场进行磁化。为增加磁化效果，使用多排管和循环磁化方式对溶液进行增效磁化，为避免雾滴粒径测试过程中出现溶液量不足的现象，设定单次循环磁化溶液量为3 L，增效磁化装置如图3所示。磁化除草剂雾滴粒径试验设计同表1，循环磁化时长与静态磁化时长对应一致，对照组与试验组共48组试验。处理1不进行磁化处理，用雾滴粒径仪重复测3次取平均值，为122.47μm，当作对照值，试验中以体积中值直径(Volume median diameter，VMD)表示雾滴直径。处理2设置磁场强度为50 mT，循环磁化完毕后立即用激光粒度仪测磁化后溶液喷雾雾滴粒径并记录数据。之后每个处理磁场强度递增50 mT，操作步骤参照处理2进行。磁化溶液雾滴粒径测试系统如图4所示。

图3增效磁化装置

图4磁化溶液雾滴粒径测试系统

2结果与分析

2.1磁化除草剂溶液表面张力

为了直观地分析磁场强度和磁化时长2个因素共同作用对除草剂溶液表面张力的影响规律，建立以磁场强度和磁化时长为自变量、以溶液表面张力为因变量的二元函数，使用OriginPro 2018绘制磁场强度和磁化时长对表面张力影响规律的空间曲面分布图(图5)。由图5可以看出，磁场强度和磁化时长对溶液表面张力影响规律的空间曲面分布图呈峰值为负值的高斯空间分布规律，即空心圆锥面分布，这说明并不是磁场强度越大或者磁化时间越长，除草剂溶液的表面张力就越小，而是存在处理效果最佳的磁场强度和磁化时长。磁化除草剂溶液表面张力试验结果见表2。当磁场强度为350 mT、磁化时长为15.0 min时，除草剂溶液表面张力值最小，为54.0 mN/m，下降14.96%，磁化效果最佳。

表2磁化除草剂溶液表面张力试验结果

图5磁化除草剂溶液表面张力图

2.2磁化除草剂溶液表面张力拟合

为了进一步分析并预测试验中未涉及到的磁场强度和磁化时长对除草剂溶液表面张力的影响，以及给出符合描述表面张力随磁场强度和磁化时长变化的函数关系，使用OriginPro 2018非线性曲面拟合功能分别对磁化除草剂溶液表面张力数据进行最小二乘法多项式拟合、高斯拟合和洛伦兹拟合，函数关系式分别为公式(1)(2)(3)。

式中，z表示溶液表面张力，z0表示零点偏移量，x表示磁场强度，y表示磁化时长，A1~A5分别为x~x5的系数，B1~B5分别为y~y5的系数。

式中，A表示模型峰值高度，xc与yc表示模型峰中心位置，w1与w2表示模型峰宽度。

多项式拟合模型的参数(平均值±标准误)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为高斯拟合模型和洛伦兹拟合模型参数，表4为溶液表面张力3种拟合曲线的统计量。由表4可以看出，3种拟合方式的决定系数(R2)均大于0.79，调整后R2(Adjusted R2)均大于0.73，这说明拟合函数有意义，且均方根误差(Root mean square error，RMSE)都小于1.5。3种拟合模型均能够描述磁场强度和磁化时长对除草剂溶液表面张力的影响，但相比较于其他2种拟合方式，洛伦兹拟合R2为0.816 4，调整后R2为0.794 0，两者均大于其他2种拟合方式，R2与调整后R2越大，说明拟合效果越好；RMSE为1.105 9，均小于其他2种拟合方式，RMSE越小，说明预测模型描述试验数据越精确。

结合观测3种拟合模型的曲面图，得出洛伦兹拟合模型最优(图6)。除草剂溶液表面张力与磁场强度和磁化时长的关系式见公式(4)，为研究磁化作用对除草剂溶液表面张力的影响提供理论参考。