仿植物养分传输的用于灌溉的纤维集束体芯吸效应研究
发布时间：2021-02-17 08:12
中国作为一个农业大国,水资源不仅匮乏而且分布不平衡。另外,传统粗放式的灌溉方式极易造成水资源的大量浪费,因此发展节水灌溉新技术至关重要。纺织品因其内部存在丰富的毛细管通道,具有优良的储存和释放水分的能力,因而在农林业节水灌溉中展现出巨大潜力。但是现有的灌溉织物存在灌溉周期短、无法克服土壤和作物重力作用而压缩下沉等缺陷,而且无法实现对作物按需调控灌溉,因此亟需探索成本较低且能够实现水量调控的节水灌溉新技术。基于植物养分传输原理,纤维集束体内部因具有类植物木质部导管的结构,而具有较好的芯吸性能。同时,在新型灌溉体系中使用可降解纤维制备的纤维集束体符合环保和可持续发展的要求,能够很好地应用于农林业灌溉。但目前国内外对于纤维集束体在农林业灌溉中应用的研究相对较少,因此有必要对影响纤维集束体芯吸性能的因素进行系统性研究,并探讨其在节水灌溉上的应用,以填补纤维集束体在该领域应用的空白。本课题基于植物养分传输原理,以约束条件下的纤维集束体和纤维集束体为输水主体介质制备的芯吸灌溉模型为研究对象,研究了纤维表面性质及种类、纤维结构参数、纤维集聚状态等因素对纤维集束体芯吸性能的影响,并探究了对最终芯吸灌溉...
【文章来源】：东华大学上海市 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：93 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
植物木质部导管系统的SEM图像
坏闹饕??Γ?蛘籼谑???沟靡度庀赴?浓度升高，最后形成了从植物根部导管到茎部导管、叶柄、叶脉最后到叶肉细胞的一系列水势梯度，使得水分能够不断的从土壤中运输到植物的各个部位[16]。从土壤到树木叶片的运输过程中，存在一个连续的水柱，而水柱的连续性则依靠分子间的内聚力进行维持[17]。导管管壁的纤维素分子对水分还有黏附力的作用，粘附力远远大于导管内水柱的张力。在黏附力和内聚力的作用下，维持植物体内导管水分的连续性，蒸腾作用下，实现水分的长距离运输[18]。1.2.2.2植物分支结构最小阻力定律图1-3树形分支结构示意图从图1-3可以看出，整个树形分支网络，从根到茎到叶，从下往上，导管的管径不断变小，上下形成一定的拉普拉斯压力值，作为一股很大的拉力，使得水分源源不断地向上运输，为植物基本生命需要提供水分[19]，同时植物树状分支网络所遵循的构造定律的最佳配置使得植物从土壤中汲取的水分沿着根部向各部位传输时的阻力最小[20]，有利于养分物质从土壤传送到树木的各个部位。1.2.2.3植物体内的毛细作用植物内部的毛细作用是植物体内液体运输的最重要动力，而发生毛细作用的主要部位就是植物的木质部导管。植物木质部导管是紧密堆积的管状结构，导管中的管状结构形成一个个天然的输水通道，水分在导管中遇到的阻力较小，只要导管两端存在水势差，水分即可实现在导管中的快速运输，从而将水分输送到植物的各个部位[21]。而在植物体内，这个水势差一般由毛细管作用力来进行施加，从而达到液体在导管中顺利运输的目的。
蒣29-30]。纺织材料内部具有不规则直径和长度的毛细管结构，为纺织材料吸收和运输液体提供了有利条件，纺织材料对流体吸收遵循毛细管法则[28]。可以看出纺织材料内部的多孔结构是发生芯吸的有利环境。纺织材料对液体的吸收可以通过润湿和芯吸两个基本特性进行评估。润湿可以通过固液接触产生的接触角、表面张力大小及液滴吸收的时间长短进行衡量，而芯吸作用可以通过液体的扩散面积、芯吸高度和芯吸液体重量等进行评价。当织物表面滴加一滴液滴时，在织物表面会有不同的现象出现：不吸收，部分吸收和完全吸收[31]，如图1-4所示。从图中可以看出，织物表面和液滴表面会形成接触角，可以使用固液接触角的大小来衡量纺织材料的吸水性能。。图1-4织物吸收液体水平如果液体分子具有比液体与它们接触的固体表面分子之间的相互作用更大的重力，则不会发生吸收，液体倾向于汇聚成液滴（θ≈180°）。当液体分子相互吸引力小于液体分子受到的固体表面分子作用力时，液体将会在织物上进行扩散，液滴被完全吸收（θ≈0°）。如果液体和固体之间的相互作用不是很大，则会有部分吸收（0°≤θ<180°）。因此，接触角在一定程度上可以描述材料吸收液体的能力，即接触角越小，材料吸收液体的能力越高。当液体浸润织物时，液滴中的分子将沿着具有较大表面张力的固-气接触表面（SV）的方向在固体表面上出现铺展。固液形成的接触角的大小还取决于温度、大气压力、液体的性质和粘度，以及纺织材料的性质。
【参考文献】：
期刊论文
[1]节水农业技术发展趋势与未来研发重点[J]. 王卫兵. 湖北农机化. 2019(18)
[2]农田智能灌溉系统的研究进展[J]. 李志博,田军仓. 宁夏工程技术. 2019(03)
[3]新时期我国现代灌溉试验工作展望[J]. 肖俊夫,宋毅夫,秦安振,刘战东,孙彬. 水利发展研究. 2019(09)
[4]北方农田节水灌溉技术发展现状[J]. 逯东力. 农民致富之友. 2019(12)
[5]前处理工艺对纯棉纱润湿性能的影响[J]. 杨倩,沈艳琴,武海良. 纤维素科学与技术. 2018(02)
[6]内聚力-张力学说中关于负压的几点疑问[J]. 桑英. 山东林业科技. 2018(01)
[7]维管植物木质部水分传输过程的影响因素及研究进展[J]. 张红霞,袁凤辉,关德新,王安志,吴家兵,金昌杰. 生态学杂志. 2017(11)
[8]基于毛细输水原理的干旱区节水灌溉系统试验研究[J]. 林瑞杰,曹志翔. 青海农林科技. 2016(01)
[9]纯棉机织物水分单向传递能力影响因素的分析[J]. 马铭池,马崇启,李辉琴. 黑龙江纺织. 2013(02)
[10]毛细给水器的填料优化及应用试验[J]. 南纪琴,肖俊夫,宋毅夫,刘战东. 灌溉排水学报. 2012(03)
博士论文
[1]异形纤维芯吸效应模拟和纺织材料导湿性能测试方法研究[D]. 张艳.东华大学 2007
硕士论文
[1]结构参数对丙纶纱线及织物芯吸性能影响的研究[D]. 王丽莉.天津工业大学 2017
[2]合成血液在棉纱及机织物结构体中传输机理研究[D]. 李娜.东华大学 2017
[3]丙纶仿生树形织物及其导水性能的研究[D]. 朱娜.天津工业大学 2016
[4]植物内水分传输机理与模拟研究[D]. 何文博.西安建筑科技大学 2009
[5]植物输水过程模拟研究[D]. 周清.天津大学 2004
本文编号：3037706
【文章来源】：东华大学上海市 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：93 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
植物木质部导管系统的SEM图像
坏闹饕??Γ?蛘籼谑???沟靡度庀赴?浓度升高，最后形成了从植物根部导管到茎部导管、叶柄、叶脉最后到叶肉细胞的一系列水势梯度，使得水分能够不断的从土壤中运输到植物的各个部位[16]。从土壤到树木叶片的运输过程中，存在一个连续的水柱，而水柱的连续性则依靠分子间的内聚力进行维持[17]。导管管壁的纤维素分子对水分还有黏附力的作用，粘附力远远大于导管内水柱的张力。在黏附力和内聚力的作用下，维持植物体内导管水分的连续性，蒸腾作用下，实现水分的长距离运输[18]。1.2.2.2植物分支结构最小阻力定律图1-3树形分支结构示意图从图1-3可以看出，整个树形分支网络，从根到茎到叶，从下往上，导管的管径不断变小，上下形成一定的拉普拉斯压力值，作为一股很大的拉力，使得水分源源不断地向上运输，为植物基本生命需要提供水分[19]，同时植物树状分支网络所遵循的构造定律的最佳配置使得植物从土壤中汲取的水分沿着根部向各部位传输时的阻力最小[20]，有利于养分物质从土壤传送到树木的各个部位。1.2.2.3植物体内的毛细作用植物内部的毛细作用是植物体内液体运输的最重要动力，而发生毛细作用的主要部位就是植物的木质部导管。植物木质部导管是紧密堆积的管状结构，导管中的管状结构形成一个个天然的输水通道，水分在导管中遇到的阻力较小，只要导管两端存在水势差，水分即可实现在导管中的快速运输，从而将水分输送到植物的各个部位[21]。而在植物体内，这个水势差一般由毛细管作用力来进行施加，从而达到液体在导管中顺利运输的目的。
蒣29-30]。纺织材料内部具有不规则直径和长度的毛细管结构，为纺织材料吸收和运输液体提供了有利条件，纺织材料对流体吸收遵循毛细管法则[28]。可以看出纺织材料内部的多孔结构是发生芯吸的有利环境。纺织材料对液体的吸收可以通过润湿和芯吸两个基本特性进行评估。润湿可以通过固液接触产生的接触角、表面张力大小及液滴吸收的时间长短进行衡量，而芯吸作用可以通过液体的扩散面积、芯吸高度和芯吸液体重量等进行评价。当织物表面滴加一滴液滴时，在织物表面会有不同的现象出现：不吸收，部分吸收和完全吸收[31]，如图1-4所示。从图中可以看出，织物表面和液滴表面会形成接触角，可以使用固液接触角的大小来衡量纺织材料的吸水性能。。图1-4织物吸收液体水平如果液体分子具有比液体与它们接触的固体表面分子之间的相互作用更大的重力，则不会发生吸收，液体倾向于汇聚成液滴（θ≈180°）。当液体分子相互吸引力小于液体分子受到的固体表面分子作用力时，液体将会在织物上进行扩散，液滴被完全吸收（θ≈0°）。如果液体和固体之间的相互作用不是很大，则会有部分吸收（0°≤θ<180°）。因此，接触角在一定程度上可以描述材料吸收液体的能力，即接触角越小，材料吸收液体的能力越高。当液体浸润织物时，液滴中的分子将沿着具有较大表面张力的固-气接触表面（SV）的方向在固体表面上出现铺展。固液形成的接触角的大小还取决于温度、大气压力、液体的性质和粘度，以及纺织材料的性质。
【参考文献】：
期刊论文
[1]节水农业技术发展趋势与未来研发重点[J]. 王卫兵. 湖北农机化. 2019(18)
[2]农田智能灌溉系统的研究进展[J]. 李志博,田军仓. 宁夏工程技术. 2019(03)
[3]新时期我国现代灌溉试验工作展望[J]. 肖俊夫,宋毅夫,秦安振,刘战东,孙彬. 水利发展研究. 2019(09)
[4]北方农田节水灌溉技术发展现状[J]. 逯东力. 农民致富之友. 2019(12)
[5]前处理工艺对纯棉纱润湿性能的影响[J]. 杨倩,沈艳琴,武海良. 纤维素科学与技术. 2018(02)
[6]内聚力-张力学说中关于负压的几点疑问[J]. 桑英. 山东林业科技. 2018(01)
[7]维管植物木质部水分传输过程的影响因素及研究进展[J]. 张红霞,袁凤辉,关德新,王安志,吴家兵,金昌杰. 生态学杂志. 2017(11)
[8]基于毛细输水原理的干旱区节水灌溉系统试验研究[J]. 林瑞杰,曹志翔. 青海农林科技. 2016(01)
[9]纯棉机织物水分单向传递能力影响因素的分析[J]. 马铭池,马崇启,李辉琴. 黑龙江纺织. 2013(02)
[10]毛细给水器的填料优化及应用试验[J]. 南纪琴,肖俊夫,宋毅夫,刘战东. 灌溉排水学报. 2012(03)
博士论文
[1]异形纤维芯吸效应模拟和纺织材料导湿性能测试方法研究[D]. 张艳.东华大学 2007
硕士论文
[1]结构参数对丙纶纱线及织物芯吸性能影响的研究[D]. 王丽莉.天津工业大学 2017
[2]合成血液在棉纱及机织物结构体中传输机理研究[D]. 李娜.东华大学 2017
[3]丙纶仿生树形织物及其导水性能的研究[D]. 朱娜.天津工业大学 2016
[4]植物内水分传输机理与模拟研究[D]. 何文博.西安建筑科技大学 2009
[5]植物输水过程模拟研究[D]. 周清.天津大学 2004
本文编号：3037706
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