噴霧液動態表面張力與霧滴粒徑關系

摘要：本文以噴霧液動態表面張力為研究對象，從動態表面張力以及噴霧噴頭尺寸這兩個方面入手，針對噴霧液動態表面張力與霧滴粒徑所表現出的相關性關系進行了詳細分析與研究，旨在引起各方工作人員的特別關注與重視。

關鍵詞：噴霧液 動態表面張力 霧滴粒徑 關系 分析

1 動態表面張力與霧滴粒徑關系分析

有關噴頭霧化反應過程的研究證實，噴頭霧化表現出了較為顯著的瞬態性以及多相性特征，即在噴頭霧化反應的過程當中，首先需要通過消耗大量霧化能量的方式，在噴頭噴口位置形成破裂性的液絲或是薄膜，進而形成一個相對于落差較大的速度梯度，在其與環境空氣因子呈現出高速摩擦關系的過程當中，進一步伸展液絲或是薄膜，使其達到破裂臨界點，最終形成霧滴。從以上有關噴頭霧化反應形成原理的分析角度上來說，在環境空氣因子與液體呈現出高速摩擦關系的過程當中，會于液體邊界層位置形成剪切波波形。受到摩擦動作所增加速度梯度落差較大的因素影響，這一過程中所形成的剪切波波形表現為不穩定狀態，其對于促成液體射流的霧化反應而言有著重要意義。在一般情況下，表面張力相對于射流霧化反應會在液體射流波形不穩定狀態下表現為阻礙效用，而在液體變形作用力超高液體射流波形變形臨界點的情況下，表面張力則會在一定程度上推動著霧化的產生。

特別需要注意的一點在于：表面張力同樣也是噴霧液最關鍵的物理性能參數之一。在活性成分較高的水溶液試劑當中，對于新形成的水溶液表面而言，其表面張力指標會在陳化反應的推進過程當中而呈現出一定狀態的改變，并在一定的時間范圍內傾向于一個穩定值。在相關工作人員的實踐研究過程當中，將這種表面張力定義為動態化表面張力。具體示意圖如下圖所示（見圖1）。

由圖1不難發現，圖1所反映出的有關表面張力與質量濃度指標以及與時間指標的關系基本與相關研究人員對于動態表面張力研究成果相吻合：即在表面張力指標隨時間指標的動態性變化過程當中，整個變化曲線基本可以按照時間狀態以及反應劇烈性程度劃分為四個階段：首先是誘導區，即表面指標開始呈現出一定的與時間指標發展的對應關系；其次是表面張力快速下降區：即在這一區域內，表面張力指標隨時間指標的延伸而呈現出明顯的下降趨勢；再次是介平衡區，即在這一區域內，隨著時間指標的延伸，表面張力指標的變動傾向于緩和狀態；最后是平衡區，即表面張力指標相對于時間指標發展的變動基本保持為恒定狀態。進一步從形成機理的角度上來說可以分為以下幾個方面：①在誘導區當中，能夠完全吸附于界面層位置的反應助劑質量濃度指標較低，進而導致在時間推進狀態下，溶液表面張力維持在較大水平。②在表面張力快速下降區當中，受到大量助劑開始吸附于溶液表面的因素影響，進而導致在時間推進狀態下，溶液表面張力呈現出顯著下降反應趨勢。③在介平衡區當中，在助劑不斷吸附于溶液表面的反應過程當中，吸附指標逐漸接近于飽和狀態，在助劑吸附不斷臨近飽和狀態的情況下，與之相對應的吸附速率將有所降低，進而導致在時間推進狀態下，溶液表面張力的介平衡狀態。④在平衡區當中，通過以上三個階段相當長一段時間的吸附反應，溶液表面的吸附完全達到飽和狀態，進而導致表面張力處于平衡狀態。

從線性相關性關系的角度上來說，時間指標越小，動態表面張力指標與霧滴指標之間的關系越傾向于線性狀態。與此同時，在時間指標反應超過1s單位的情況下，表面張力指標相對于霧滴指標的線性相關關系表現不顯著。這一點同樣是在實踐工作過程中需要特別重視的。傳統意義上采取靜態表面張力為指標研究霧滴形成的方式并不合理，在有關農藥噴霧的實踐工作過程當中，選取動態表面張力作為研究指標有著更為顯著的優勢。

2 噴頭尺寸與霧滴粒徑關系分析

從工作實踐的角度上來說，噴頭尺寸指標同樣能夠在一定程度上該表霧滴粒徑指標的狀態。例選取五種不同類型的噴頭型號（通過該表標準扇形噴霧噴頭結構尺寸的方式予以實現，1#對應ST110：015，2#對應ST110：02，3#對應ST110：03，4#對應ST110：04，5#對應ST110：05），對其施加不同的噴霧壓力，其所表現出的噴頭流量指標同樣會呈現出一定的影響與改變。在噴霧壓力指標表現為0.2MPa單位狀態的情況下，2#以及4#噴頭所對應霧滴體積指標相對于噴霧液動態表面張力指標的變化關系基本表現為如下圖（見圖2）所示狀態。

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圖2 2#（a）、4#（b）噴頭所對應動態表面張力與霧滴粒徑關系示意圖

通過對圖2所反映關系的研究中不難發現：在噴霧液霧化表面張力指標存在差異的情況下，噴頭間所對應的霧滴粒徑指標也存在有一定的差異。例在噴霧液霧化表面張力取值為77.66mN/m指標單位的情況下，2#噴頭所對應霧滴粒徑指標表現為186.97單位，4#噴頭所對應霧滴粒徑指標表現為194.17單位。同樣例在噴霧液霧化表面張力取值為20.21mN/m指標單位的情況下，2#噴頭所對應霧滴粒徑指標表現為174.72um單位，4#噴頭所對應霧滴粒徑指標表現為180.91um單位。以上數據及關系曲線示意圖均顯示：在噴霧液霧化動態表面張力呈現出下降趨勢的情況下，2#以及4#噴頭所對應霧滴粒徑指標均呈現出了較為顯著的下降趨勢。進一步研究不難發現：假定動態表面張力指標表現為γ0.023單位，與此同時，對于霧滴粒徑指標的判定選取D50中徑指標位置，可以構建有關以上兩項指標的回歸方程表達式，如下所示：

D50=k*γ0.023+b

該公式當中的k，b均取值為系數狀態。在與γ0.023滿足線性相關關系的情況下，k，b的取值情況表現為如下表所示（見表1）。

表1 系數k、b取值數據示意表

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從該表所顯示數據關系的分析過程當中不難發現，在噴霧壓力指標表現為恒定狀態的情況下，系數k取值的變動情況基本反應力在噴頭基本結構尺寸有所改變的狀態下，表面張力噴霧液霧滴粒徑指標所表現出的動態變化。進一步分析可以發現：在表面張力變化范圍一定的情況下，系數k取值越大，其所對應的噴霧液霧化粒徑指標變化也就越大。與此同時，同尺寸較小的噴頭相比，尺寸較大噴頭所導致的表面張力指標相對于霧滴粒徑指標的變動趨勢更為顯著。與此同時，系數b的取值會伴隨著噴頭尺寸的擴大而有所顯著擴大。從這一角度上來說，在剔除表面張力對霧滴粒徑影響的情況下，系數b取值數據的增大將導致霧滴粒徑呈現出一定程度上的增長趨勢。

從以上分析需要認識到：在借助于特定助劑進行農藥噴灑的過程當中，若保持噴頭壓力的恒定狀態，因噴霧液霧化動態表面張力指標變化所引發的霧滴粒徑指標變化在噴頭尺寸增大趨勢下表現更為顯著，應當予以重視。

3 結束語

本次研究共涉及到兩個方面的結論：①在時間指標保持恒定狀態的情況下，霧滴粒徑指標伴隨著噴霧液動態表面張力指標的下降而有所下降，兩者傾向于線性相關關系；②相對于尺寸較小噴頭而言，尺寸較大噴頭所導致的表面張力指標相對于霧滴粒徑指標的變動趨勢更為顯著。以上應當引起特別關注與重視。

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作者簡介：田云飛（1982-），男，吉林樺甸人，助教，學士，從事物理學理論教學和大學物理實驗教學工作。