赤子爱胜蚓Eisenia foetida体表形貌及润湿性的研究

以东北蚯蚓常见种赤子爱胜蚓（Eisenia foetida）为实验样本,对其处于收缩、静息和舒张三种状态下的体前部及体中部的体表形貌进行观察拍照和三维扫描,并对其体表接触角进行测量。结果表明收缩态、静息态和舒张态具有不同的非光滑单元密度及表面粗糙度,其接触角也存在显著性差别。收缩态非光滑单元密度和表面粗糙度最大,接触角也最大,即润湿性最差;舒张态非光滑单元密度和表面粗糙度最小,接触角同样最小,即润湿性最好;静息态各参数则处于中间水平。据此,初步建立了蚯蚓体表非光滑单元密度及表面粗糙度与表面润湿性之间的关系,进一步证实了波纹形非光滑结构模型所提出的波形比与润湿性之间的反比关系。     

化学处理对竹笋壳润湿性的影响

竹笋壳疏水性好,润湿性差,影响自身及与其他材料的复合,该文旨在通过化学处理提高竹笋壳表面润湿性。分别采用不同浓度的HCl、Na OH溶液对竹笋壳进行不同时间的处理,测定处理前后竹笋壳内外表面的接触角,分析处理后内外表面的表面自由能,并用扫描电镜(scanning electron microscope,SEM)分析处理前后表面微观结构的变化。结果表明:HCl、Na OH对竹笋壳表面处理效果较好的分别为质量分数5%HCl处理6 h和质量分数2%Na OH处理6 h。水和酚醛胶作为接触试剂时,竹笋壳内外表面接触角的排列顺序均为:未处理组质量分数5%HCl处理6 h组质量分数5%Na OH处理6 h组。质量分数5%HCl处理6 h的竹笋壳内外表面的表面自由能分别提高了1%、77.68%,质量分数2%Na OH处理6 h的竹笋壳内外表面的表面自由能分别升高58.33%、79.17%。SEM表面微观结构分析表明质量分数5%HCl处理6 h的竹笋壳内表面可明显看到气孔,外表面微乳突数量增多;质量分数2%Na OH处理6 h的竹笋壳内表面纤维方向更加清晰,外表面微乳突数量增多。综上所述,质量分数2%Na OH处理6 h的竹笋壳内外表面润湿性改善效果最好,质量分数5%HCl处理6 h和质量分数2%Na OH处理6 h对竹笋壳外面表的润湿性改进的效果相近。     

18CrMnTi钢表面激光微造型的仿生工艺

为了探讨激光微造型表面仿生非光滑效应中粗糙度提高的工艺,运用SEM扫描电镜和图像处理技术提取荷叶表面微纳米形貌特征,在犁铧钢(18CrMnTi)表面进行激光微造型表面仿生正交试验研究。研究表明,图像处理中Sobel边缘算法有效地提取了SEM图片表面微纳米形貌层次特征,图像阈值取255时,提取表面形貌特征最多,犁铧钢仿生表面基本上再现了荷叶表面形貌;激光表面微造型极显著因素的主次关系是阈值>打标次数>电流强度,表面仿生最优值处的微造型粗糙度参数,即表面轮廓算术平均偏差(Ra)、微观不平度十点高度(Rz)和最大轮廓高度(Ry)提高的倍数分别为86.11、232.29和116.06。研究结果为激光微造型表面仿生多层次提取表面形貌信息和提高表面粗糙度工艺提供参考。     

三种李果皮蜡质的结构与成分比较

为探明不同品种李果皮蜡质特性,选择3种李(空心李、蜂糖李和脆红李)为试验材料,采用扫描电子显微镜观察果皮表面结构,通过非靶向气相色谱-质谱(GC-MS)代谢组学技术对果皮蜡质的成分进行分析。结果表明,空心李果皮有大量堆叠的片状和杆状蜡质结构,蜂糖李果皮有颗粒状蜡质晶体以及大量片状蜡质结构,脆红李果皮有片状和大量堆叠的杆状蜡质结构。空心李果皮蜡质含量最高,蜂糖李次之,脆红李最低。3种李果皮蜡质中共检测出7类87种成分,其中伯醇含量最高、烷烃次之、酮类含量最少。主成分分析显示3种李果皮蜡质组分相对含量差别较大,组分区分明显;聚类热图分析显示空心李与脆红李的蜡质成分相近,与蜂糖李蜡质成分差异较大。李果皮上的片状结构蜡质与蜡质成分中醇类和烷烃含量高相关,并且对称二元醇和三萜类化合物对杆状蜡质以及白霜状蜡质的形成起到重要作用。本研究结果为进一步开展贮藏时期李果皮蜡质结构和成分变化研究提供了理论依据。     

典型植物叶表面非光滑形态的疏水防黏效应

用扫描电镜技术对几种典型植物叶片进行电镜扫描,对其不同的非光滑表面特征类型分类并加以描述;借助于仪器设备对非光滑叶表面的疏水性与防黏性进行量化指标的测定,分析结果表明：表皮细胞形态、表面蜡层形态与分布密度将直接影响其疏水、防黏效果;并进一步指出表皮细胞形态及其分布密度是表面脱附的主导因子,表皮蜡质因其形态、分布密度不同脱附效果也有差别。该研究将为工程仿生的表面加工成型、表观设计提供重要的信息源。     

植物叶片润湿性特征的初步研究

植物叶片的润湿性表现了叶片对水的亲和能力,叶片上润湿的一层水膜对植物的光合作用、叶片截流降水有重要的影响.测定了陕西省境内34种植物叶片对水的接触角,初步探讨了叶片润湿性的一些特征.所研究植物叶片正面的接触角为O°～140°,平均85.4°.接触角大于95°不润湿的植物占到测定总数的31.4%;小于85°润湿植物中占到51%以上;而介于润湿与不润湿之间的物种占17.1%.叶片的正面和背面的润湿性具有一定水平的差异.叶面角质与腊质的比例对润湿性有重要的影响.叶片上附属物的多少也会对润湿性产生影响,附属物愈多,润湿性愈差;人为去除附属物可以极大地增加叶片的润湿性能.植物叶片上的气孔和叶脉通过影响叶片的粗糙程度来影响叶片的湿润性.     

化学非光滑表面和几何粗糙表面的润湿性

研究了弥散Al₂O₃粒子的尼龙1010基复合涂层和喷涂T8钢—浸渍聚有机硅氧烷的复合涂层两类化学非光滑表面及聚乙烯、聚苯乙烯、尼龙6、尼龙1010、T8钢、45钢和Al₂O₃粗糙表面的润湿性。导出了弥散球形粒子型化学非光滑表面上液体接触角与其组成相固有接触角关系的方程,该方程与尼龙1010—Al₂O₃粒子复合涂层表面接触角试验结果吻合良好。在尼龙1010基体中加入适量Al₂O₃粒子后,液体接触角未发生明显变化;T8钢喷涂层浸渍聚有机硅氧烷后,表面憎水性明显增强;材料的固有接触角越远离90°,表面粗糙性对接触角的影响越明显。     

环文蛤贝壳微观形貌及摩擦学行为特性

环文蛤贝壳具有优异的力学性能,对其进行仿生设计并开发新材料已经成为研究热点。该文以辽宁营口的环文蛤贝壳为研究对象,应用JSM-6700F冷场发射扫描电子显微镜对环文蛤贝壳各层微观形貌结构进行了观察,发现角质层表面比较光滑,背面布满大量无规则的球形颗粒,而棱柱层表面存在大量孔洞,颗粒与孔洞提高了二者的有效接触面积,增强了结合强度,环文蛤的分泌黏液通过这些孔洞到达角质层表面,当粒径与孔洞处于嵌合状态时,在黏液的作用下使角质层与棱柱层紧密结合在一起,能够进一步地提高环文蛤贝壳的机械强度;采用微观摩擦磨损试验机UMT对环文蛤贝壳的摩擦性能进行测量,试验表明,试验因素对摩擦因数的影响大小依次为砂纸规格、法向载荷、时间、滑动速度;对磨损量的影响大小依次砂纸规格、时间、滑动速度、法向载荷。采用JSM-6360LV扫描电子显微镜对环文蛤贝壳磨损表面微观形貌进行观察,环文蛤贝壳的主要磨损机理为较低试验载荷条件下的磨料磨损和轻微剥层磨损,以及在较高试验载荷条件下的磨料磨损和严重剥层磨损。     

换热器铝基微细通道微纳结构表面制备及其传热特性

在农业工程中,微细通道传热技术在储粮仓温度控制、农产品干燥系统和太阳能热水系统有着广泛的应用。该文使用CuCl2溶液刻蚀铝基微细通道表面并采用超声波清洗的方式得到微纳结构表面,呈现出超亲水性;在微纳结构表面的基础上用氟硅烷溶液修饰后得到超疏水表面,只经过砂纸打磨处理的为普通光滑表面。使用3种不同表面的微细通道进行流动沸腾试验,试验工质为R141b,操作压力为142 kPa,在不同质量流率、热流密度下研究不同润湿性表面对传热特性的影响。试验结果表明,在低热流密度下,超疏水表面有着最佳的传热特性,相对于普通光滑表面传热系数最大提高31.6%;当热流密度升高到一定值后,超亲水表面的传热系数最大,相对于普通光滑表面传热系数最大提高20.6%。继续提高加热功率,超疏水表面的传热系数开始下降,甚至低于普通光滑表面。该文通过改变微通道的表面特性,研究微纳结构表面对微通道流动沸腾传热特性的影响,为制造出更高换热特性的微细通道换热器提供了新的思路,从而实现节能与高效传热。     

油菜脱出物漂浮速度及摩擦与浸润特性的测定与分析

为了研究油菜脱出物的漂浮、摩擦、浸润特性及其对油菜清选性能的影响,采用DFPF-25型漂浮速度试验装置、UMT-2型微观摩擦磨损试验机和CAM101型接触角测量仪对油菜脱出物主要成分的漂浮速度、多频往复摩擦特性和浸润性进行了测定和分析。试验结果表明：油菜脱出物中的角果皮、短茎秆和油菜籽的漂浮速度差异较小,导致油菜风选作用不明显;多频往复条件下的油菜茎秆、角果与筛面的摩擦因数呈周期性变化,茎秆与筛面基体间的瞬时摩擦因数大于1.0,角果皮的最大摩擦因数为0.2,导致茎秆比角果皮更容易与筛面粘连;茎秆外表面亲油疏水,角果皮外表面亲油亲水,表明油菜脱出物中的油性成分对混合物中的细小成分更具有粘合作用。因此研发具有低摩擦、疏水疏油特性的新型筛面是解决油菜清选粘筛堵孔难题的关键。     

基于虚拟模型的雾滴与叶片的交互行为分析

该文针对现有雾滴与植物叶片交互行为的研究局限于水平叶片的问题,提出了一种基于试验的液滴与不同倾角的植物叶片交互行为的模拟方法,并设计了一种新的液滴弹跳方向计算方法。首先利用微距高速摄像机对液滴在不同倾角的叶片上的静态接触角大小做了精确测量,并拟合了其随叶片倾角增大的变化规律,然后以此将弹跳判定公式推广到0°~50°范围内任意倾斜的叶片上。在液滴弹跳方向计算上引入了蒙特卡洛法,代替了原有的镜面反射计算液滴弹跳方向。模拟结果表明该方法能够较真实的模拟液滴与任意倾斜叶片的弹跳判定、碰撞、驻留以及飞溅现象。该文提出的方法,为研究雾滴与叶片的交互行为提供新的思路,使得模拟过程的计算量相对较小,为植物冠层与大量雾滴交互的沉积量计算和大规模植物场景与雾场交互的实施绘制提供了技术参考。     

Drop size dependence of soil-water contact angle in relation to the droplet geometry and line tension

The soil-water contact angle is used as a measure of the surface hydrophobicity of soils. The contact angle for particular solid–liquid combination is considered to vary with the drop size. In this paper, we focused on examining the drop size dependence of contact angle on soil surfaces compared with homogeneous solid surfaces, and determining its relation to the droplet geometry and line tension. The contact angle estimated using geometric parameters of the droplets (θ _G) showed decreasing trend with increasing drop size from 5 to 50?µL irrespective of the deformations in the droplet shape in larger drops. This was considered to be a result of the corresponding deviations of the geometric parameters of the droplets. The directly measured contact angle (θ _A) first decreased and then increased with increasing drop size from 5 to 50?µL. The drop size at lowest θ _A for hydrophobized silica sand with 1?g?kg^–1 stearic acid (SA) and the acryl surfaces was 20?µL, whereas that for hydrophobized silica sand with 5?g?kg^–1 SA and siliconed paper was 30?µL. The decrease in θ _A with increasing drop size was explained as a result of the line tension effect using the modified Young's equation. Despite the surface heterogeneity, all the surfaces tested in this study showed positive line tensions on the order of 10?µJ?m^–1. Irrespective of the heterogeneity of the surfaces, the θ _A in this experiment agreed with the modified Young's equation for drop sizes up to about 20–30?µL, where the θ _A and θ _G were also in good agreement. Drop size dependence of contact angle was independent of the level of surface hydrophobicity. The θ _A on all the examined surfaces started to increase with increasing drop size when the deformation index, I _d, exceeded 5%, where the wetting radius, R exceeded the capillary length. The increase in θ _A with increasing drop size was attributed to the deformations of water drops due to the effect of gravity.     

不同啶虫脒剂型对烟粉虱的毒力差异及原因分析

为探讨农药剂型对烟粉虱的毒力差异,分别以甘蓝和黄瓜叶片作为生物测定载体,比较了啶虫脒乳油(EC)、微乳剂(ME)、可溶性液剂(SL)、可溶性粉剂(SP)及可湿性粉剂(WP)等5种剂型对烟粉虱成虫的毒力,并通过对植物叶片临界表面张力、啶虫脒药液表面张力、动态接触角及叶片持液量的测定,分析了不同啶虫脒剂型间毒力差异形成的原因。结果表明:以甘蓝叶片为生物测定载体,不同啶虫脒剂型间对烟粉虱的毒力差异明显;以黄瓜叶片为生物测定载体,不同剂型间毒力差异不明显。啶虫脒SL、SP、WP在两种生物测定载体间的毒力差异大于EC和ME。甘蓝和黄瓜叶片的临界表面张力值分别为30.73 mN.m 1和57.91~63.30 mN.m 1。啶虫脒有效成分浓度大于7.81 mg.L 1时,啶虫脒EC和ME溶液表面张力即小于甘蓝和黄瓜叶片的临界表面张力;啶虫脒有效成分浓度大于500 mg.L 1时,啶虫脒SL、SP、WP溶液的表面张力才小于甘蓝叶片的临界表面张力。啶虫脒ME溶液液滴接触两种植物叶片的瞬间(0 s),液滴与叶片间的接触角就明显小于90°。甘蓝叶片对低浓度的啶虫脒ME和EC溶液的持液量高于其他3种剂型,黄瓜叶片对啶虫脒各剂型溶液的持液量无明显差异。植物叶片表面性质和不同剂型溶液表面张力的差异是导致剂型间产生毒力变化的重要原因。     

茶多酚对淀粉酯纳米颗粒及其稳定的Pickering乳液性质的影响

为探究茶多酚（Tea Polyphenols, TPs）对辛烯基琥珀酸酐（Octenyl Succinic Anhydride, OSA）酯化淀粉纳米颗粒（Starch Nanoparticles,SNPs）及其稳定的Pickering乳液性质的影响,该研究在制备OSA-SNPs的过程中添加TPs,研究TPs对OSA-SNPs的理化性质和乳化性能的影响。结果发现,添加TPs使OSA-SNPs的平均粒径增加、表面Zeta电位绝对值下降、接触角减小（P<0.05）。通过傅立叶红外光谱扫描发现,TPs与OSA-SNPs之间存在氢键和疏水相互作用。在TP-OSA-SNPs稳定的乳液中,增加TP-OSA-SNPs的质量浓度（从0.5 g/mL至2.0 g/mL）,乳滴平均直径明显减小（P<0.05）;当TP-OSA-SNPs的质量浓度增加至2 g/mL时,乳液形成了油滴紧密堆积的界面结构,能够抑制油滴迁移。通过加速氧化试验发现,与OSA-SNPs相比,TP-OSA-SNPs稳定的乳液中氢过氧化物值（Peroxide Value, POV）相对较低（P<0.05）,说明TP-OSA-SNPs具有延缓乳液中油脂氧化的作用。结果表明,这种新型具有抗氧化功能的食品级颗粒乳化剂,对构筑淀粉基Pickering乳液载体具有潜在价值。     

基于EDEM-Fluent仿真的自旋射流式挖藕机的设计与试验

为解决藕农人工挖藕劳动强度大,效率低,易损伤莲藕的难题,针对现有挖藕设备成本较高,操作过程繁琐,需要一定经验技术才能掌握的缺陷,设计了一种自旋射流式挖藕机。阐述了该机的结构和工作原理,通过离散元法和流体动力学耦合仿真分析了泥土-射流之间的相互作用机理,明确了关键部件喷头的结构参数对试验指标的影响规律,即挖掘深度随着喷射角度30?至60?范围内的增加而减小,随着射流速度10至20 m/s范围内的增加而增加。通过分析仿真射流过程发现,当喷射角度为30?时,会出现泥土回填的情况。台架试验和田间试验表明:自旋射流式挖藕机喷头直径为17 mm,喷射角度30?时,可以以0.2 s的速度前进,完全挖出埋于泥土深度400 mm内的莲藕,莲藕无损伤,且表面无泥土粘结,挖掘幅宽约为1.2 m。该文提出了EDEM-Fluent耦合仿真的运用将有利于莲藕采挖设备的作用机理研究,为莲藕采挖设备的设计与优化提供理论依据。该耦合仿真方法还能应用于江河湖泊清淤、管道清理等其他水力作业领域的研究。     

无黏性土增湿-脱湿过程中接触角的特性

[目的]研究粉土颗粒的接触角滞后特性,掌握土壤增湿或脱湿过程中的界面特性,为建立离散元接触模型提供相应的试验基础.[方法]用躺滴法对土颗粒表面的初始接触角及动态接触角进行测量,用直接观测法对增湿和脱湿条件下土颗粒与孔隙水的接触角进行测量.[结果]天然粉土的平均初始接触角为41.5°,远大于0,广泛用在具有连续表面固体动...     

Effects of contact angle on fingered flow during non-ponding infiltration into dry sand layers

Abstract

Gravity-driven fingered flow may readily occur in dry sand layers with small capillary force at the same order of magnitude as gravitational force. Capillary force is related to the contact angle. The present study examined the effects of contact angle on fingered flow development, finger size and fingertip velocity during non-ponding infiltration into dry sand layers. For contact angles of 48–87°, an induction zone always formed in the sand layer, and only one finger developed from the induction zone. Fingertip width reached a minimum value when the contact angle was approximately 70°, and the width and velocity of fingertips were negatively correlated. This finding suggests that a contact angle of approximately 70° has a physical significance for fingered flow to determine fingertip velocity and width. In addition, when the contact angle was 91°, the supplied water did not spontaneously penetrate the sand surface; instead, water drops built up on the surface and two fingers directly formed from the surface. This indicates that 90° is indeed the critical contact angle for water repellency and affects fingered flow development during non-ponding infiltration.     

侧风影响下喷头倾斜角度对雾滴飘移补偿

为研究植保喷雾作业中在不同风速和喷头倾斜角度下对水平喷雾的雾滴飘移的影响,设置3个风速水平（1、2、3 m/s）与4个喷头倾斜角度水平（0°、15°、30°、45°）进行喷雾试验,测定了不同水平的雾滴分布,以风速为0、喷头倾斜角度为0°的常规作业水平作为对照组,对垂直和水平两个方向的雾滴质量分布中心与变异系数进行分析。结果表明,垂直方向上,侧风风速与喷头倾斜角度对垂直雾滴质量分布中心的影响在±3 cm范围内整体影响较小,而侧风风速与喷头倾斜角度的增大都会使垂直方向变异系数减小,在1～3 m/s的风速下垂直方向变异系数减小的最大值分别为12.3、6.0、16.0个百分点,提高了雾滴在垂直方向上的均匀性。水平方向上,不同风速和喷头倾斜角度都会对雾滴飘移产生影响,随着喷头倾斜角度的增大,雾滴受风速的影响程度会减小,当喷头倾斜角的补偿量超过了当前风速下对雾滴的飘移量,会使雾滴飘移产生过补偿,在高风速时喷头倾斜角度的改变会带来更大的雾滴飘移改变。侧风风速与喷头倾斜角度对水平方向上变异系数会产生较大影响：随着喷头倾斜角度的增大,水平变异系数也随之增大,而风速的变化使水平变异系数呈现先增大后减小的趋势。拟合了喷头倾斜角度与风速对雾滴飘移的影响模型,并计算出在1、2、3 m/s风速条件下,最佳补偿的喷头倾斜角度分别为3°、7°、11°。该研究为植保作业中雾滴飘移改善技术提供参考。     

干旱区春小麦发育期反照率变化及其不对称性

反照率是影响农田热量平衡的一个关键因子,也是作物生长监测和产量估测的一个重要参数.为了研究反照率随春小麦发育期的变化规律,探讨地表反照率日变化的不对称性及其影响因子,运用辐射仪对春小麦分蘖、拔节、抽穗、灌浆及成熟等不同发育期的地表反照率日变化进行了观测.结果表明,地表反照率变化的整体趋势是随春小麦发育期的变化而先升(分蘖期至抽穗期)后降(灌浆期和成熟期).地表反照率的日变化随太阳高度角变化呈现上、下午不对称特征,当太阳高度角小于40°时,上午地表反照率要明显大于下午同样太阳高度角时的反照率,当太阳高度角大于40°时,上、下午地表反照率则逐渐对称.分析推测早晨春小麦叶片表面存在露珠是造成地表反照率日变化不对称的主要原因.研究结果为准确确定干旱区地表反照率及运用地表反照率进行作物生长临测提供一定参考依据.     

Water repellency of volcanic ash soils from Ecuadorian páramo: effect of water content and characteristics of hydrophobic organic matter

Water repellency of volcanic ash soils from the Ecuadorian páramo was studied by a combination of extraction and analysis of water‐repellent products, Molarity Ethanol Droplet values, water contact‐angle measurements by capillary rise, and N₂ adsorption isotherms. The undried samples studied are hydrophilic, but exhibit water repellency after moderate drying (48 hours at 30°C). The advancing water contact‐angle measured by capillary rise varies from 78° to 89°. These water contact‐angles decrease strongly after extraction of organic materials by an isopropanol–water mixture. Elemental analysis, infrared spectra and gas chromatography‐mass spectrometry analyses were used to characterize the extracts. The results show that long‐chain fatty acids and more complex non‐polar alkyl components (waxes) are the main water‐repellent materials. The deposition of such extracted materials onto hydrophilic sand leads to the rapid increase of water contact‐angle until values close to those measured on the soil samples are achieved. Assuming a coating of the mineral surface by organic hydrophobic products and using Cassie's law, the water contact‐angle of extracted materials was computed. The values ranged from 100° to 157°. Nitrogen specific surface areas of the soils studied were very small, indicating a low adsorbent–adsorbate interaction on hydrophobic surfaces. These results partially validate the hypothesis of water‐repellent materials that occur as coatings at least after a drying process.