滴管

滴灌灌水器位于滴灌系统的最末级，其内部流道的尺寸通常介于0.5~1.2 mm之间，能够将管道中的有压水转变为点滴状水流实现节水灌溉。滴灌灌水器的水力性能决定了灌溉均匀性和灌溉质量。已有研究结果表明，改变灌水器内部流道结构可以显著提升灌水器的水力性能。然而，为了解决灌溉水资源短缺的问题，许多地区使用高含沙量的水源作为灌溉水源，滴灌灌水器堵塞的问题也随之而来。因此在提升滴灌灌水器水力性能的同时，还需对灌水器流道开展结构优化以提升滴灌灌水器的抗堵塞性能，进而提升滴灌系统的使用寿命。近期，石河子大学王振华教授团队提出了一种分流对冲式滴灌灌水器和基于水-沙运动特性的灌水器抗堵优化方案。该团队利用新型一体化打印技术（nanoArch S140，摩方精密）实现了滴灌灌水器流道试件的高精度3D打印，并开展了物理试验和数值模拟研究。该研究提出的灌水器抗堵优化方案在维持灌水器水力性能的前提下，能够使灌水器的抗堵塞性能提升60%。相关成果以“Anti-Clogging Performance Optimization for Shunt-Hedging Drip Irrigation Emitters Based on Water-Sand Motion Characteristics”为题发表在《Water》期刊上。图1. （a）分流对冲式流道结构参数及打印试件。（b）灌水器性能试验平台。（c）灌水器流量试验值和模拟值的误差曲线。分流对冲式流道的结构参数及打印试件如图1（a）所示，流道由8个“回”字形流道单元组成，每个流道单元宽2.6 mm，深0.8 mm。通过电子显微镜对试件进行测量，其打印精度达0.01 mm，满足试验要求。将灌水器试件置于图1（b）所示的试验平台上测定其流量，如图1（c）所示，对不同压力下的流量实测值进行拟合得到灌水器的流态指数为0.479，水力性能优良，流量实测值与流量模拟值的误差在1.29~3.21%之间，证明了本文数值模拟方法、结果及精度的准确性。图2. （a）分流对冲式流道内部流场分布。（b）不同粒径沙粒在流道中的运移轨迹及速度变化。（c）3g/L 的浑水浓度下流道堵塞实物图。图2（a）为通过数值模拟得到流道中深截面处的速度和压力分布云图。模拟结果表明，每个流道单元内的速度分布一致，定义导流件背部为漩涡区I，分流件背部为漩涡区Ⅱ，其余区域为主流区Ⅲ，其中水流对冲区为区域Ⅲ*。主流区Ⅲ的水流流速介于1.21~4.53 m/s之间，漩涡区I和Ⅱ中的水流流速介于0.11~1.21 m/s之间。0.05、0.10和0.15 mm沙粒的运动轨迹及速度如图2（b）所示，沙粒在漩涡区I和Ⅱ中的运移速度在0.06~1.10 m/s之间，沙粒容易发生沉积，相较而言，由直角边壁包围形成的漩涡区I不仅促使沙粒稳定沉积，还使沙粒在大漩涡的作用下互相粘结形成团聚体，造成灌水器堵塞的风险较高。这与浑水试验的结果一致，如图2（c）所示，沙粒在漩涡区Ⅰ中持续堆积，导致流道堵塞。图3. （a）不同粒径沙粒在流道中的跟随性变化。（b）沙粒-流道边壁-漩涡相互作用关系示意图。图4. （a）结构优化示意图。（b）优化后流道的速度分布及沙粒运动轨迹。（c）优化前（SHDIE1）、后（SHDIE2）分流对冲式灌水器的水力特性曲线。（d）优化前（SHDIE1）、后（SHDIE2）分流对冲式灌水器短周期抗堵塞试验结果。（e）3g/L 的浑水浓度下优化后流道堵塞实物图。进一步分析沙粒-流道边壁-漩涡区Ⅰ的相互作用关系，如图3（a）所示，沙粒与流道边壁的敏感区域发生碰撞会导致其运动方向突变并进入漩涡区Ⅰ沉积，这是造成流道堵塞的重要原因。通过统计沙粒与边壁的碰撞位置，确定出A、B、C三个壁面容易导致沙粒进入漩涡区沉积的敏感区域范围，分别为0≤LA≤0.58，0≤LB≤0.64和0≤LC≤0.90 mm。图3（b）显示了不同粒径沙粒沿流道运动时对水流的跟随性变化。沙粒粒径越大，速度幅值比η和速度相位差β的数值越小，跟随性也就越差，这表明粒径越大的沙粒与流道边壁的敏感区域碰撞后越容易进入漩涡区沉积。针对敏感区域范围开展结构优化，使沙粒顺畅通过所有流道单元以提升流道的抗堵塞性能。如图4（a）所示，采用直线几何的方法对阻挡沙粒运动的A面的敏感区域0≤LA≤0.58 mm进行切除，对B、C面敏感区域0≤LB≤0.64 mm和0≤LC≤0.90 mm构成的直角三角形空间所覆盖的低速漩涡区进行填充，得到优化后的分流对冲式流道。对优化后的分流对冲式流道及其灌水器再次开展数值模拟和清水、浑水物理试验，结果分别如图4（b）、（c）、（d）和（e）所示，优化后流道的主流区面积占比提升21%，沙粒的运动轨迹变得光滑有规律。清水试验下优化后流道的水力性能为0.486，仅下降1.46%；浑水试验下优化后流道在第24次灌水后发生堵塞，抗堵塞性能大幅提升60%。基于沙粒运动特性明确流道边壁敏感区域，进而开展的结构优化方案具备可行性。

水滴角测试是一种常用于表面性质评估的方法，用于确定液体滴在固体表面上形成的接触角度。这个角度可以提供有关表面润湿性和亲水性/疏水性的信息。以下是水滴角测试的一般方法和常见的判定标准：方法：准备工作：清洁和干燥测试表面，以确保没有杂质和污垢影响测试结果。将待测试液体滴在表面上：使用滴管或针管将液滴小心地滴在固体表面上。观察和测量：用显微镜或相机记录液滴在表面上的形态，并测量液滴与表面接触线之间的角度。判定标准： 根据液滴在表面上的形态和接触角度，可以将表面分为三类：亲水性、疏水性和中性。亲水性表面：液滴在表面上展开，形成较小的接触角（通常小于90度）。液滴容易在表面上弥漫和扩散。表面被液滴湿润，液滴保持较平坦的形状。疏水性表面：液滴在表面上形成较大的接触角（通常大于90度）。液滴难以在表面上弥漫和扩散。表面对液滴呈现不易附着的性质，液滴形成较高的凸起。超疏水接触角：超疏水接触角是指接触角大于150度的情况，即液滴与固体表面之间的相互作用极其微弱。超疏水表面具有更强的抗粘附性，液滴在表面上几乎不会停留，可以在一定程度上实现自清洁效果。这种特性在微纳米技术、光学涂层、防污染材料等领域有重要应用。总之，疏水接触角和超疏水接触角是指液滴在固体表面上无法展开并呈现球形的情况，其在防水、自洁和抗粘附等方面具有广泛应用价值。中性表面：液滴在表面上形成接触角度接近90度。表面对液滴的湿润程度适中。需要注意的是，水滴角测试的结果可能受到多种因素的影响，包括表面粗糙度、化学成分、温度等。因此，在进行水滴角测试时，需要进行多次测试以确保结果的准确性，并参考相关文献或标准来进行判定。

良好的实验习惯是实验成功的基础。可是有时候很多人明知道自己的操作是错的，但是已经习惯了，或者图省事，就一直错下去。这样不仅会给自己的实验数据带来不确定性，甚至还会影响到他人，得不偿失。现把实验室的一些常见的坏习惯公布出来，希望你没有中招！【实验过程中的坏习惯】1.样品称量或者测定的时候，把数据先记录在草稿纸上，样品做完再抄到记录本上去；有时候实验完毕才统一填写记录；2.需要计时的步骤，使用手机或者电脑上的时间，控制得不严格；3.气相色谱分析的时候，注射器针头直接用手指蹭下，不用滤纸擦拭；4.洗完手以后直接在白大褂的屁股位置擦；5.为贪图省事，实验室门经常不关，导致环境条件得不到有效的控制；6.仪器还没降到限度以下，就开始关仪器；【实验前处理过程的坏习惯】1.称量前，不校正，不看水平气泡是否在中心地带；2.天平还没稳定就开始称量、计数；3.使用天平的时候，喜欢用手指尖按按钮，按钮都被按坏了；4.称量样品时，多次重复使称量纸；5.有时候不戴手套进行称量或其他操作；6.配置酸碱时不在通风橱内进行；7.定容最后环节不采用滴管，而是直接用洗瓶，定容得不太准确，常常是静置后会超出刻度线；8.定容时，不平视容量瓶刻度线；9.看滴定量的时候，不把滴定管取下，直接看；10.配置溶液时不记录步骤；11.用药匙取料，多余的药品仍返回瓶内；12.不注重进入实验区的穿戴：拖鞋上下阵，有时不穿白大褂，赤手取物品；【实验完成后的坏习惯】1.实验室废液直接倒入下水池，而不是处理回收；2.做完滴定，滴定管的液体不及时倒掉，有时候会放置很久；3.用过的平板、培养液随手乱扔；4.使用天平完毕后，不关闭天平门；5.将实验室专用服装穿到实验室外如食堂等地；【影响他人的坏习惯】最主要的是一些实验操作规范的问题，像试剂的节约、仪器的爱护等等，轻者是自己的实验出问题，重者是影响到实验室的风气问题，比如：1.实验完成后不及时清理现场,总留给别人一个烂摊子；2.长时间占用实验室公用电脑,上网聊天游戏,妨碍他人查资料；3.公用仪器不爱惜,损坏后隐瞒不报,推卸责任；4.瓶子不做标记，不知道里面装的是什么；5.标准溶液瓶上的配置信息偷懒不更新；6.频繁无计划的开冰箱，并且冰箱门大开进行某些操作，导致冰箱温度的不稳定，影响了其他的放置物品的冻存效果；7.乱翻其中放置的物品，使后来人要费很大的劲才能找到自己的物品；8.存放检验物品的冰柜里面放饮料、雪糕、面包等食品；9.他人消毒后的物品，没有在超净台中而私自打开。后不告知而又重新包装上；10.戴在手上，并且粘有有毒物质（如，EB、PMSF等物质）的手套乱摸，包括：门把手、键盘等，导致他人裸手而间接粘上此类有毒物质；11.粘有有毒物质的瓶子不给予特殊处理，而同其他的瓶子放到一起；12.在公用试剂的标签上乱写，标明自己的剂量，而影响后人的使用；13.枪乱放，不放回枪架,超净台里枪头溅出也不收拾；14.移液枪用完没有立刻调回最大刻度，让枪的弹簧好好休息；15.PCR仪，做完不及时收掉，将PCR仪当作4℃冰箱，影响寿命；16.有些过期不用的东西不及时清理，如，培养的平皿，放在冰箱里不管，搞的实验室平皿不够用，冰箱拥挤；17.电子天平使用之后不及时清理，残留称量物在天平内和工作台面上，影响电子天平的使用寿命与准确性；18.熄灭酒精灯后不放空气。酒精灯用过熄灭之后，不把盖子再取下来盖一次。别人下次用的时候，酒精灯会腾出很高的火焰，容易烫伤了人；19.不注意节约能源，电脑不关机，晚上不关离心机一直处于制冷的状态，长时间开冰箱门，打开水浴锅的盖子不关，走时不关灯，空调开一夜等。