雾滴接触特性研究与数值模拟
摘 要
我国农业病虫草害严重，为了提高粮食产量，农药被广泛应用到农业生产中。然而，我国的农药利用率很低，导致农药的投入量高，靶标针对性差，农药液滴不能够迅速地在植物叶表面润湿，吸附。针对这个问题，本文采用格子Boltzmann方法对液滴在不同植物叶表面的润湿过程进行数值模拟，计算液滴在叶片上的接触角，并研究其随液体表面张力、固体表面自由能以及固液界面张力的变化规律。同时，与实验结果进行对比，验证液体表面张力越小、固体表面自由能越小，则接触角越小的变化规律。
关键词：接触角；液滴；格子Boltzmann方法；数值模拟；植物叶表面
1课题研究目的和意义
在农业生产过程中，病虫草害是不可避免的。据报道，全球每年因此损失的粮食产量接近30% 。我国常见农作物病虫害多达1 000余种， 主要农作物病虫害超过300种， 常年发生可造成严重危害的病虫害近100种[1]。2006—2015年，我国农作物病虫草鼠害总体处于严重发生状态，各类病虫害年发生面积在4.6035亿 ～5.0753亿hm2次，年均实际损失粮食1965.49万t，占全国粮食总产的3.53%[2]。
我国是一个人口大国，为了减少病虫害，提高粮食产量，解决全国人民的粮食问题，农药工业逐步发展起来。2015年我国农药生产总量（折百量）132.8万吨，农业用药92.64万吨（商品量），折百量30万吨[3]。农药的应用对保证农业丰产、 提高人民生活水平具有非常重要的作用[4]。
农药的应用提高了粮食产量，但在使用过程中却存在着诸多问题。我国农药利用有效率很低，由施药器械喷撒出去的农药只有20%-30%能沉积在作物叶片上，远低于发达国家50%的平均水平[5]，造成了大量的农药被浪费。未被靶标吸收的大量农药流失到了环境中，造成了环境污染、农产品农药残留增加，更有甚者，导致人畜中毒的发生。同时，以上的问题直接或间接地导致了相当程度的经济损失。
造成农药利用率低的原因很多，其中很重要的一点是，在某些情况下，喷雾雾滴在到达靶标后仍不能在靶标上迅速的铺展、沉积，而是弹起、滚落。由此可见，增加药液在喷雾目标区域内的沉积和改善药液在靶标表面的润湿性是提高农药利用率的有效途径之一[6]。这对指导如何正确、合理和高效地使用农药具有重要意义。
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