综述：乳液基农业喷雾中液膜破碎的雾化机制与高速成像研究

《Cogent Food & Agriculture》：Atomization mechanisms and high-speed imaging of liquid sheet breakup in emulsion-based agricultural sprays: a review

本综述系统总结了乳液基农药喷雾中液膜穿孔破碎的雾化机制研究进展，重点分析了液膜失稳、穿孔形成与扩展动力学（Marangoni效应）、边缘不稳定性和液膜粘弹性等关键因素对雾滴尺寸分布（VMD）、沉积效率和飘移控制的影响，为农药精准施用和剂型优化提供了重要理论依据。

　　

在农业植保领域，农药喷雾的利用率一直是制约精准施药的关键瓶颈。传统雾化理论主要基于单相水的破碎行为，而实际农药剂型多为多相体系，特别是乳液制剂展现出截然不同的雾化特性。高速成像技术揭示，乳液喷雾中液膜的失稳模式从单纯的气动波导破碎转变为独特的穿孔诱导破碎机制。

乳液基喷雾液膜的雾化机制

乳液喷雾最显著的特征是液膜表面出现大量穿孔现象。目前存在两种主流理论解释其形成机制：一是分散相尺寸理论，认为当油滴直径达到或超过液膜厚度时，疏水组分穿透液膜界面引发穿孔；二是流体动力学理论，强调油相在气-液界面的Marangoni效应会诱导二次流，加速液膜局部减薄破裂。研究表明，穿孔扩展遵循非线性加速-减速规律，最终通过韧带收缩形成雾滴，这一过程能有效减少<100μm的易飘移细雾滴比例。

高速成像技术在液膜破碎研究中的应用

微秒级高速摄像系统（帧率10,000-100,000fps）结合背光照明技术，可清晰捕捉液膜撕裂式与穿刺式两种穿孔模式的动态演化。图像后处理技术能定量提取液膜厚度、穿孔扩展速率、喷雾角等关键参数。最新研究通过结合粒子图像测速（PIV）和数字同轴全息（DIH）技术，发现乳液雾滴具有更高速度和更低偏心率，证实乳化添加剂能增强喷雾穿透性。

边缘不稳定性与雾滴形成

液膜边缘的破碎贡献约25%的喷雾体积，其不稳定性受液膜粘弹性影响显著。乳液组分通过改变界面粘弹性延缓韧带断裂，促使形成更均匀的大雾滴。研究表明，乳化浓缩剂（EC）喷雾的体积中径（VMD）较水喷雾提高30%以上，细雾滴比例降低20%-40%，直接提升靶标沉积效率。

未来展望

当前研究需进一步阐明界面张力梯度与穿孔动力学的定量关系，建立多尺度物理模型。剂型优化应关注乳化剂类型、油相粒径与浓度的协同效应，特别是在无人机低空高速作业场景下的适应性。通过融合机器学习算法与三维成像技术，最终实现基于穿孔破碎特性的智能喷雾调控系统，推动绿色植保技术发展。