錢鵬飛 , 陶國良 , 孟德遠(yuǎn) , 朱 曉 , 劉 昊 , 李慶偉
2014, 45(3):1-6. DOI: 10.6041/j.issn.1000-1298.2014.03.001
摘要:為了實(shí)現(xiàn)電氣離合器執(zhí)行系統(tǒng)的位置伺服控制,構(gòu)建了離合器氣動(dòng)執(zhí)行系統(tǒng)。通過運(yùn)用引入死區(qū)的滑??刂扑惴ㄓ谙到y(tǒng),采用不基于模型的控制實(shí)現(xiàn)離合器氣動(dòng)執(zhí)行系統(tǒng)對(duì)參考運(yùn)動(dòng)軌跡的跟蹤,利用軌跡跟蹤過程中氣缸的氣壓驅(qū)動(dòng)力間接估計(jì)離合器的載荷特性。理論上采用此方法間接估計(jì)到的值誤差小,更加貼近離合器在此種軌跡運(yùn)動(dòng)下實(shí)際的載荷特性。試驗(yàn)表明引入估計(jì)得到的離合器載荷特性模型于基于模型的積分滑??刂破骺梢院艽蟪潭忍岣唠x合器氣動(dòng)執(zhí)行系統(tǒng)軌跡跟蹤精度。
2014, 45(3):7-12. DOI: 10.6041/j.issn.1000-1298.2014.03.002
摘要:永磁同步電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)已成為發(fā)展方向,為適應(yīng)交流電動(dòng)機(jī)特點(diǎn),基于模糊規(guī)則的助力-回正特性,采用擴(kuò)展卡爾曼濾波估算定子磁鏈與位置,利用直接轉(zhuǎn)矩控制算法對(duì)助力電動(dòng)機(jī)進(jìn)行控制,以提高電動(dòng)機(jī)響應(yīng)速度與精度。參照國標(biāo)對(duì)該系統(tǒng)的轉(zhuǎn)向輕便性與回正性能進(jìn)行了仿真,結(jié)果表明提出的系統(tǒng)在電動(dòng)機(jī)助力后轉(zhuǎn)向效果明顯,方向盤平均操作轉(zhuǎn)矩減小45%,轉(zhuǎn)向輪回正時(shí)間縮短了50%。臺(tái)架試驗(yàn)結(jié)果顯示,系統(tǒng)動(dòng)態(tài)響應(yīng)快,能夠很好地完成助力控制目標(biāo)。
2014, 45(3):13-19. DOI: 10.6041/j.issn.1000-1298.2014.03.003
摘要:為適應(yīng)丘陵山區(qū)地形和不同農(nóng)作物的農(nóng)藝特點(diǎn),提出一種具有平衡搖臂懸架和H型傳動(dòng)的可變地隙和輪距的動(dòng)力平臺(tái),該平臺(tái)采用無轉(zhuǎn)向梯形的四輪全液壓轉(zhuǎn)向,轉(zhuǎn)向方式為同側(cè)兩車輪采用對(duì)稱角度的偏轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)向,以減小轉(zhuǎn)彎半徑并實(shí)現(xiàn)同轍轉(zhuǎn)向。采用遺傳算法優(yōu)化左、右轉(zhuǎn)向油缸的位移關(guān)系,以實(shí)現(xiàn)阿克曼轉(zhuǎn)向。為避免運(yùn)動(dòng)干涉,參照同軸距普通拖拉機(jī)的最小轉(zhuǎn)彎半徑確定車輪極限轉(zhuǎn)角。當(dāng)變地隙后車輪繞主銷偏轉(zhuǎn),平臺(tái)的軸距發(fā)生改變和變輪距后輪距發(fā)生改變后,可根據(jù)幾何關(guān)系重新確定車輪在水平面內(nèi)有效轉(zhuǎn)角與轉(zhuǎn)向油缸位移的關(guān)系,討論了變地隙和變輪距滿足阿克曼轉(zhuǎn)向的條件。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,設(shè)計(jì)的轉(zhuǎn)向系結(jié)構(gòu)和轉(zhuǎn)向策略是合理的和可行的。
2014, 45(3):20-25. DOI: 10.6041/j.issn.1000-1298.2014.03.004
摘要:為了建立缸內(nèi)直噴汽油機(jī)多孔噴油器噴霧破碎模型,對(duì)FIPA模型、Huh Gosman模型和KH-RT模型進(jìn)行分析評(píng)估,確定了缸內(nèi)汽油直噴二次破碎模型;以噴油壓力為參數(shù),基于初始破碎粒徑分布公式,建立了缸內(nèi)汽油直噴噴霧破碎模型;最后通過定容噴霧實(shí)驗(yàn)進(jìn)行汽油自由噴霧實(shí)驗(yàn),驗(yàn)證所建模型的合理性。研究結(jié)果發(fā)現(xiàn):Huh Gosman模型在汽油噴霧模擬過程中,模擬結(jié)果與實(shí)際噴射過程最為接近;FIPA模型在相應(yīng)模擬條件下,液滴的破碎速度過快;而KH-RT模型在該噴射條件下,液滴的破碎速度過慢?!糐P2〗通過對(duì)Huh Gosman模型進(jìn)行修正,模擬計(jì)算結(jié)果與實(shí)際結(jié)果相近。最后利用該模型對(duì)不同噴油壓力下的自由噴霧進(jìn)行模擬,計(jì)算結(jié)果與實(shí)驗(yàn)結(jié)果吻合較好。
2014, 45(3):26-31. DOI: 10.6041/j.issn.1000-1298.2014.03.005
摘要:為了提高車用發(fā)動(dòng)機(jī)燃油經(jīng)濟(jì)性,設(shè)計(jì)了一套有機(jī)朗肯循環(huán)余熱回收試驗(yàn)系統(tǒng),用于回收重型車用柴油機(jī)的排氣余熱能量。通過篩選多種有機(jī)工質(zhì),選定R245fa作為系統(tǒng)循環(huán)工質(zhì)。構(gòu)建了由有機(jī)朗肯循環(huán)回路、能量轉(zhuǎn)換及消耗裝置、參數(shù)測(cè)量及數(shù)據(jù)采集裝置和熱源供給部件構(gòu)成的余熱回收試驗(yàn)平臺(tái)。通過系統(tǒng)試驗(yàn)驗(yàn)證了利用R245fa作為循環(huán)工質(zhì)的有機(jī)朗肯循環(huán)余熱回收系統(tǒng)回收重型車用柴油機(jī)余熱的可行性,目前系統(tǒng)最大輸出功率為490W。試驗(yàn)結(jié)果顯示:有機(jī)朗肯循環(huán)系統(tǒng)與發(fā)電機(jī)及膨脹器的匹配是制約系統(tǒng)功率輸出的關(guān)鍵因素,系統(tǒng)循環(huán)效率隨著蒸發(fā)壓力的增大而增大。
2014, 45(3):32-36. DOI: 10.6041/j.issn.1000-1298.2014.03.006
摘要:從充氣效率的定義出發(fā),提出了基于油耗和空燃比測(cè)量結(jié)果的汽油機(jī)充氣效率測(cè)定方法。利用汽油機(jī)穩(wěn)態(tài)工況下油耗量和空燃比計(jì)算得到相應(yīng)的進(jìn)氣量,再根據(jù)定義直接計(jì)算充氣效率。推導(dǎo)了基于油耗和空燃比的充氣效率計(jì)算公式及誤差分析公式。針對(duì)配備有ZH600發(fā)動(dòng)機(jī)電控系統(tǒng)的ZS157FMI-3型發(fā)動(dòng)機(jī),先后設(shè)計(jì)了噴油器流量系數(shù)標(biāo)定試驗(yàn)系統(tǒng)以及油耗和空燃比測(cè)試系統(tǒng),通過測(cè)定平均油耗和瞬態(tài)油耗并結(jié)合空燃比測(cè)量對(duì)該型發(fā)動(dòng)機(jī)的充氣效率進(jìn)行了測(cè)定。充氣效率的測(cè)量結(jié)果表明,在同一試驗(yàn)條件下,采用兩種油耗測(cè)試方法測(cè)得的充氣效率差異很??;充氣效率測(cè)試的誤差分析結(jié)果表明,在本試驗(yàn)設(shè)備測(cè)量精度范圍內(nèi),所得到的充氣效率相對(duì)誤差很?。ɑ驹?5%以下),具有很高的測(cè)量精度。此外,由于該充氣效率測(cè)試方法克服了壓力波法及流速-壓力法的固有缺陷,在理論上的測(cè)量精度和對(duì)燃料種類的適應(yīng)性方面,均具有明顯的優(yōu)越性。
王維軍 , 王 洋 , 劉瑞華 , 黎義斌 , 印 剛 , 李貴東
2014, 45(3):37-44. DOI: 10.6041/j.issn.1000-1298.2014.03.007
摘要:為了研究離心泵內(nèi)部復(fù)雜的三維空化特性,采用改進(jìn)的空化模型和湍流模型中的Standard k-ε模型和修正的RNG k-ε模型,對(duì)離心泵內(nèi)部有、無空化流動(dòng)進(jìn)行了計(jì)算和分析,得到了設(shè)計(jì)工況下初生空化、發(fā)展空化和嚴(yán)重空化時(shí)葉片吸力面和壓力面上的壓力,并與無空化做了對(duì)比,提出了空化初生判定準(zhǔn)則,系統(tǒng)劃定了離心泵的空化區(qū)域。結(jié)果表明,隨著進(jìn)口壓力的降低,空泡首先出現(xiàn)在葉片進(jìn)口的吸力面,然后沿著葉片型線運(yùn)動(dòng),形成附著空泡,進(jìn)而空泡尾跡脫離主流,偏向壓力面,堵塞部分流道,最終占據(jù)全部流道,使液流斷裂;設(shè)計(jì)工況下初生空化數(shù)(σ=0.3067)和嚴(yán)重空化數(shù)(σ=0.0281)相差一個(gè)數(shù)量級(jí);從葉輪子午面上看,空泡首先在靠近后蓋板處出現(xiàn),逐步向前蓋板運(yùn)動(dòng),并附著在前蓋板圓弧附近;離心泵空化細(xì)分為初生空化、臨界空化、發(fā)展空化、完全空化、斷裂空化5個(gè)空化過程。
2014, 45(3):45-48. DOI: 10.6041/j.issn.1000-1298.2014.03.008
摘要:為了獲得離心泵空化狀態(tài)下聲發(fā)射信號(hào)的變化規(guī)律,在離心泵空化試驗(yàn)基礎(chǔ)上,采用聲發(fā)射技術(shù)采集并分析了離心泵不同空化狀態(tài)下的聲發(fā)射信號(hào),提取了聲發(fā)射信號(hào)的事件計(jì)數(shù)、振鈴計(jì)數(shù)、頻率中心和有效電壓值等4種典型特征參數(shù),分析了這些參數(shù)隨離心泵汽蝕余量變化的對(duì)應(yīng)關(guān)系。研究表明,在空化未發(fā)生、剛發(fā)生和已完全形成等不同階段,這些典型特征參數(shù)變化具有明顯特點(diǎn),先有少許波動(dòng),然后有較大幅度的增加或減少,再呈現(xiàn)較大幅度的減少或增加的趨勢(shì)。這一規(guī)律可作為采用聲發(fā)射技術(shù)辨識(shí)離心泵空化狀態(tài)的技術(shù)依據(jù)。
施衛(wèi)東 , 徐 磊 , 王 川 , 陸偉剛 , 周 嶺
2014, 45(3):49-53. DOI: 10.6041/j.issn.1000-1298.2014.03.009
摘要:為研究設(shè)計(jì)工況下蝸殼式離心泵內(nèi)部瞬態(tài)流動(dòng)的狀態(tài)和規(guī)律,基于高質(zhì)量結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格和快速成型技術(shù),利用商業(yè)計(jì)算軟件CFX對(duì)某型號(hào)蝸殼式離心泵進(jìn)行了全流場(chǎng)非定常數(shù)值模擬。通過與定常數(shù)值模擬結(jié)果及試驗(yàn)結(jié)果比較,表明非定常數(shù)值模擬能夠更為準(zhǔn)確地預(yù)測(cè)蝸殼式離心泵的性能參數(shù),其中揚(yáng)程最大偏差在4%以內(nèi),效率最大偏差在3%以內(nèi)。受葉輪-蝸殼耦合作用影響,蝸殼式離心泵內(nèi)部壓力脈動(dòng)周期性明顯,監(jiān)測(cè)點(diǎn)壓力脈動(dòng)主頻均為葉片通過頻率。非定常下的壓力場(chǎng)表明,各葉輪流道進(jìn)口及中間位置的壓力分布相近,靠近葉輪出口的壓力分布差異明顯;蝸殼內(nèi)部存在明顯的二次流動(dòng)現(xiàn)象,并且隨主流運(yùn)動(dòng)向前發(fā)展。
2014, 45(3):54-60. DOI: 10.6041/j.issn.1000-1298.2014.03.010
摘要:為了獲取射流自吸式離心泵內(nèi)部流動(dòng)信息,以一內(nèi)置射流噴嘴的自吸式離心泵為研究對(duì)象,建立了各過流部件三維水體,采用了RNG k-ε湍流模型,通過6組網(wǎng)格無關(guān)性檢查,確定了計(jì)算所需網(wǎng)格,運(yùn)用CFX 14.0流場(chǎng)分析軟件數(shù)值模擬預(yù)測(cè)了7種不同工況下外特性和內(nèi)部流動(dòng),得到了全流場(chǎng)壓力、速度等物理量變化規(guī)律,并將數(shù)值模擬結(jié)果與開式實(shí)驗(yàn)臺(tái)測(cè)試結(jié)果作了對(duì)比分析。結(jié)果表明,設(shè)計(jì)工況下數(shù)值模擬與實(shí)驗(yàn)揚(yáng)程、軸功率和效率的相對(duì)誤差為2.63%、6.16%和14.29%,泵實(shí)際效率較低,其值為15.68%;當(dāng)流量Q<3.5m3/h時(shí)數(shù)值模擬和實(shí)驗(yàn)的功率曲線呈近似水平直線,變化很平緩;噴嘴到直線段之間的速度分布沿旋轉(zhuǎn)軸對(duì)稱,擴(kuò)散段和葉輪進(jìn)口之間速度呈上大下小分布,液流不均勻進(jìn)入葉輪進(jìn)口;L=0.148m處是靜壓、速度和湍動(dòng)能耗散率等物理量劇烈變化的分界點(diǎn),靜壓在此處為最小值,而速度和湍動(dòng)能耗散率為最大值。數(shù)值計(jì)算結(jié)果為該泵性能預(yù)測(cè)設(shè)計(jì)提供了直觀的理論依據(jù)。
2014, 45(3):61-65. DOI: 10.6041/j.issn.1000-1298.2014.03.011
摘要:針對(duì)箱涵式進(jìn)水流道底部易產(chǎn)生渦帶的問題,根據(jù)渦管強(qiáng)度守恒定理提出了4種新型的消渦裝置,為驗(yàn)證4種消渦裝置的有效性,采用高速攝影技術(shù)分別對(duì)設(shè)置4種消渦裝置的泵裝置吸水喇叭管進(jìn)口處的流態(tài)進(jìn)行了攝影,成功捕捉到不同工況時(shí)渦帶的生成,分析了有無消渦裝置及2種新型消渦裝置對(duì)泵裝置能量性能的影響,分析表明,采用新型消渦裝置不僅能消除箱涵式進(jìn)水流道底部的渦帶,還可改善喇叭管內(nèi)部流態(tài),提高泵裝置的能量性能。
施衛(wèi)東 , 姚 捷 , 張德勝 , 吳蘇青 , 王海宇
2014, 45(3):66-71. DOI: 10.6041/j.issn.1000-1298.2014.03.012
摘要:針對(duì)某一軸流泵模型,分別在轉(zhuǎn)速1450、1200 、1000r/min下,通過試驗(yàn)手段對(duì)其關(guān)鍵測(cè)點(diǎn)進(jìn)行了壓力脈動(dòng)測(cè)量。通過幅值分析得到,隨著流量的增大,RMS值曲線在葉輪進(jìn)口處呈先降低后升高的趨勢(shì),在葉輪出口和導(dǎo)葉出口處呈逐漸降低趨勢(shì),轉(zhuǎn)速越高RMS值變化速率越快。從頻域來看,葉輪進(jìn)口在3個(gè)轉(zhuǎn)速下主頻都為葉頻,并在1450r/min、1200r/min轉(zhuǎn)速下還存在Fn、2Fn、3Fn 等比較明顯的頻率成分;葉輪出口壓力脈動(dòng)的頻率范圍主要分布在0~8Fn之間,在1450r/min、1200r/min轉(zhuǎn)速下,其主頻出現(xiàn)在(3~4)Fn之間,在1000r/min轉(zhuǎn)速下,其主頻往大頻率方向有所偏移,主要集中在(4~6)Fn之間;導(dǎo)葉出口壓力脈動(dòng)的頻率范圍主要分布在0~12Fn之間,在1450r/min、1200r/min兩個(gè)轉(zhuǎn)速下,其主頻出現(xiàn)在(4~6)Fn之間,在1000r/min轉(zhuǎn)速下,其主頻主要出現(xiàn)在(6~8)Fn之間。
張德勝 , 邵佩佩 , 施衛(wèi)東 , 潘大志 , 王海宇
2014, 45(3):72-76. DOI: 10.6041/j.issn.1000-1298.2014.03.013
摘要:基于SST k-ω湍流模型和局部?jī)?yōu)化的高質(zhì)量結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格,對(duì)南水北調(diào)工程天津同臺(tái)測(cè)試的TJ04-ZL-02型軸流泵水力模型進(jìn)行了數(shù)值計(jì)算,并探究了葉頂泄漏渦的流場(chǎng)結(jié)構(gòu)和流體動(dòng)力學(xué)特性。數(shù)值計(jì)算和試驗(yàn)結(jié)果表明,基于SST k -ω湍流模型可準(zhǔn)確地對(duì)間隙泄漏流和邊界層流動(dòng)進(jìn)行數(shù)值模擬;葉頂泄漏渦形成的動(dòng)力為葉片工作面和背面的壓差,由于葉片進(jìn)口邊壓差最大,葉頂間隙泄漏流的流速較高,隨著葉片弦長(zhǎng)系數(shù)λ的逐漸增大,葉片工作面和背面之間的壓差逐漸減小,間隙泄漏流的速度和泄漏渦強(qiáng)度均逐漸降低;葉頂區(qū)的局部低壓區(qū)主要集中在靠近壓力面間隙內(nèi)分離渦的旋渦區(qū)以及葉片背面下部葉頂泄漏渦區(qū)域,葉片背面局部低壓區(qū)域隨著葉片弦長(zhǎng)系數(shù)λ的逐漸增大,距離葉片背面的間距增大;葉片輪緣靠近葉片工作面附近的局部低壓區(qū)主要是由葉頂拐角誘導(dǎo)的分離渦引起,而葉片下部的局部低壓區(qū)主要是由葉頂泄漏渦引起,上述過程揭示了軸流泵葉頂間隙泄漏渦的流動(dòng)特性。
2014, 45(3):77-82. DOI: 10.6041/j.issn.1000-1298.2014.03.014
摘要:為了減少旋渦泵流道內(nèi)部沖擊損失,提升旋渦泵的性能,研究了基于面積不變理論改變旋渦泵流道截面形狀的方法。采取流道形狀貼合流動(dòng)狀態(tài)的策略,改變流道截面形狀為M型,利用CFD技術(shù)對(duì)參考泵和M型截面流道的內(nèi)部流動(dòng)進(jìn)行多工況三維數(shù)值模擬分析,對(duì)比兩者之間的揚(yáng)程、效率曲線,并分析流道截面的流線圖。結(jié)果表明,相比矩形流道,M型截面流道在揚(yáng)程和效率上均有所提升,流道內(nèi)葉片出口處的亂流有所改善,M型截面流道中液流更加平滑,但是過流面積增加,摩擦損失也隨之增大。
2014, 45(3):83-89. DOI: 10.6041/j.issn.1000-1298.2014.03.015
摘要:為研究低揚(yáng)程泵裝置出水流道的水力性能,采用CFD方法對(duì)泵裝置進(jìn)行全流道數(shù)值計(jì)算,并通過模型試驗(yàn)對(duì)數(shù)值計(jì)算結(jié)果的準(zhǔn)確性進(jìn)行驗(yàn)證。分析了隔墩對(duì)出水流道水力性能和泵裝置能量特性的影響,闡述了出水流道流量不平衡的問題以及環(huán)量對(duì)出水流道內(nèi)部流動(dòng)特性的影響。結(jié)果表明:對(duì)于低揚(yáng)程泵裝置,出水流道的隔墩對(duì)泵裝置能量性能的影響較大,應(yīng)盡量避免設(shè)置隔墩;在出水流道中,隔墩前伸會(huì)增加出水流道的水力損失,導(dǎo)致兩孔流量分配更加不相等,隔墩后伸對(duì)兩孔流量的分配無影響但會(huì)增加出水流道的水力損失,從而降低泵裝置的水力性能。無環(huán)量時(shí)出水流道的水力損失與流量呈二次方關(guān)系,有環(huán)量時(shí)出水流道的水力損失增大,且內(nèi)部流態(tài)變得復(fù)雜。出水流道的內(nèi)外特性與泵裝置的運(yùn)行工況有關(guān)系,應(yīng)避免將出水流道獨(dú)立地從泵裝置系統(tǒng)中脫離出來進(jìn)行水力性能的計(jì)算分析。
2014, 45(3):90-96. DOI: 10.6041/j.issn.1000-1298.2014.03.016
摘要:應(yīng)用經(jīng)典統(tǒng)計(jì)學(xué)與地統(tǒng)計(jì)學(xué)相結(jié)合的方法,以長(zhǎng)江下游地區(qū)岔河小流域?yàn)檠芯繀^(qū)域,分析了不同土地利用方式下土壤中氮磷含量在0~15cm和15~30cm兩種深度中的空間分布特征。結(jié)果表明:流域內(nèi)旱地、水田及撂荒地中氮磷含量分布特征差別很大,變異系數(shù)迥異;氮和磷的空間分布均為各向異性,長(zhǎng)軸方向多為東北-西南;對(duì)于0~15cm土壤層,長(zhǎng)軸變程在750~950m之間,變程從大到小依次為全磷、銨態(tài)氮、全氮、有效磷、硝態(tài)氮;小流域全氮高含量值主要集中在流域南部水田較為集中的地方,含量梯度與坡面徑流方向一致;而全磷受農(nóng)業(yè)耕作及土壤顆粒遷移的雙重影響,在小流域南部及北部旱作區(qū)聚集的地方分別出現(xiàn)高值區(qū);全氮、全磷在3種耕作方式下呈現(xiàn)出相似的結(jié)構(gòu)性,且水田中正相關(guān)尺度均大于旱地,空間正相關(guān)尺度與變異系數(shù)表現(xiàn)出很好的一致性。
2014, 45(3):97-100. DOI: 10.6041/j.issn.1000-1298.2014.03.017
摘要:為在土壤分析研究時(shí),制定工作量少、試驗(yàn)設(shè)計(jì)經(jīng)濟(jì)合理,同時(shí)采樣點(diǎn)具備代表性的野外采樣方案,采用GPS與Google Earth相結(jié)合的方法,在陜西省涇惠渠灌區(qū)研究了土壤水力參數(shù)區(qū)域尺度的空間變異性,結(jié)果表明:土壤飽和含水率與飽和導(dǎo)水率在該區(qū)域尺度下屬于中等變異,且兩者均具有較強(qiáng)的空間依賴性;飽和含水率的最佳擬合模型為球形模型,土壤飽和導(dǎo)水率的最佳擬合模型為指數(shù)型;推薦兩者的采樣間距分別為2.38km和7.14km。
2014, 45(3):101-106. DOI: 10.6041/j.issn.1000-1298.2014.03.018
摘要:作為土壤水蝕過程的主要?jiǎng)恿?,?zhǔn)確模擬坡面水流過程,對(duì)于明確坡面侵蝕機(jī)理,構(gòu)建土壤侵蝕物理過程模型具有重要意義。給出了Lattice Boltzmann方法在坡面水流運(yùn)動(dòng)過程中應(yīng)用的詳細(xì)步驟,并通過室內(nèi)人工模擬降雨實(shí)驗(yàn),驗(yàn)證了其有效性。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明:通過只對(duì)時(shí)間作多重尺度化,以多尺度分析為手段通過待定系數(shù)法來確定平衡態(tài)分布函數(shù),以宏觀上邊界條件作為限制條件,用平衡態(tài)分布函數(shù)代替上邊界結(jié)點(diǎn)上的分布函數(shù),及通過分布函數(shù)外推格式來確定下邊界結(jié)點(diǎn)上的分布函數(shù)的處理方法,可將Lattice Boltzmann法成功應(yīng)用于坡面流運(yùn)動(dòng)方程的求解,各場(chǎng)次降雨的地面徑流深誤差均在±11%以內(nèi)。
2014, 45(3):107-117. DOI: 10.6041/j.issn.1000-1298.2014.03.019
摘要:基于HYDRUS-2D軟件建立了棉花膜下滴灌水氮運(yùn)移模型,利用干旱區(qū)棉花膜下滴灌試驗(yàn)數(shù)據(jù)對(duì)模型進(jìn)行了參數(shù)率定和驗(yàn)證。將灌水器流量沿毛管的變化離散為依次逐段減小,并假設(shè)土壤水分在各段之間不存在交換,利用驗(yàn)證后的數(shù)學(xué)模型研究了干旱區(qū)不同滴灌均勻系數(shù)時(shí)土壤水氮分布特征,評(píng)估了土壤空間變異對(duì)水氮分布均勻性的影響。模擬結(jié)果表明,隨著灌水的進(jìn)行,滴灌均勻系數(shù)Cu為0.60和0.80時(shí),土壤含水率和NO-3-N質(zhì)量濃度均勻系數(shù)均呈下降趨勢(shì),而Cu=0.95時(shí)變化較平穩(wěn);滴灌均勻系數(shù)越低,灌水后土壤含水率和NO-3-N質(zhì)量濃度均勻系數(shù)降低的幅度越大;土壤NO-3-N質(zhì)量濃度均勻系數(shù)的變化范圍為0.35~1.00,低于土壤含水率均勻系數(shù)。田間試驗(yàn)存在的土壤空間變異在一定程度上增加了土壤水氮分布不均勻性。
李小英 , 段爭(zhēng)虎 , 劉理臣 , 譚明亮 , 陳小紅
2014, 45(3):118-123. DOI: 10.6041/j.issn.1000-1298.2014.03.020
摘要:選擇黃土高原西部丘陵區(qū)典型生態(tài)恢復(fù)區(qū)域,采用中子儀測(cè)定研究了不同集雨保水措施下油松林土壤水分變化,明確了不同措施下土壤水分動(dòng)態(tài)特征和雨季前后土壤水分的虧缺與補(bǔ)償情況。結(jié)果表明:不同集雨保水措施下土壤儲(chǔ)水量差異明顯。坡面覆膜集雨措施下各個(gè)土層土壤含水率均大于其他措施下土壤含水率。7月份各措施下土壤儲(chǔ)水虧缺均有不同程度的緩解,坡面覆膜集雨、坡面覆膜集雨與集水槽結(jié)合2種措施下0~100cm土層土壤儲(chǔ)水虧缺狀態(tài)得到有效緩解。坡面覆膜集雨措施對(duì)于有效利用降水有顯著作用;樹穴覆膜對(duì)于表層土壤水分的恢復(fù)有負(fù)面影響,但對(duì)深層土壤保水作用明顯;燕尾式聚流坑對(duì)提高降水利用率和緩解土壤儲(chǔ)水虧缺狀態(tài)效果不佳。
于 坤 , 郁松林 , 符小發(fā) , 許雯博 , 王青風(fēng)
2014, 45(3):124-128. DOI: 10.6041/j.issn.1000-1298.2014.03.021
摘要:為解決滴灌過程中地下滴灌系統(tǒng)的堵塞問題,設(shè)計(jì)了新型防堵塞地下滴灌系統(tǒng)并闡述了其工作原理、設(shè)計(jì)要求,分析并確定地下滴灌系統(tǒng)水壓為15~25kPa,出水孔間距為300mm,防護(hù)管內(nèi)壁與毛管的外壁距離為40mm時(shí),灌水均勻度可達(dá)到85%以上;通過該系統(tǒng)對(duì)釀酒葡萄赤霞珠生長(zhǎng)的影響試驗(yàn)結(jié)果表明,防堵塞地下滴灌與膜下滴灌、普通滴灌相比能保持20~60cm深度土壤含水率的穩(wěn)定性,明顯提高植株根冠比,增加有效根表面積,加快根系周轉(zhuǎn)與更新,進(jìn)而增強(qiáng)植株根系對(duì)水分和養(yǎng)分的吸收能力。
2014, 45(3):129-133. DOI: 10.6041/j.issn.1000-1298.2014.03.022
摘要:以生物質(zhì)炭為載體,分別采用簡(jiǎn)單摻混、固液吸附和化學(xué)反應(yīng)工藝將生物質(zhì)炭與硝酸銨進(jìn)行復(fù)合,制備了3種炭基氮肥,并對(duì)其主要性質(zhì)和緩釋特征進(jìn)行了分析與評(píng)價(jià)。結(jié)果表明,3種炭基氮肥的pH值較生物質(zhì)炭均有所下降;采用化學(xué)反應(yīng)工藝制備的炭基氮肥負(fù)載硝酸銨最多,其次是吸附工藝,最少的為摻混工藝,且反應(yīng)型炭基氮肥比吸附型和摻混型對(duì)硝酸銨的吸持作用更強(qiáng)。3種生物質(zhì)炭基氮肥在水溶液中的累積釋放規(guī)律符合“S”型釋放模型;相比于硝酸銨,3種炭基氮肥均對(duì)氮素起到控釋效果,且以反應(yīng)型炭基氮肥的控釋效果最佳。
劉小剛 , 耿宏焯 , 程金煥 , 楊啟良 , 施衛(wèi)省 , 楊新榮
2014, 45(3):134-139. DOI: 10.6041/j.issn.1000-1298.2014.03.023
摘要:為探討熱帶特色作物小??Х鹊母咝Ч?jié)水模式,研究3個(gè)保水劑水平(高保、低保和無保)和3個(gè)灌水水平(高水、中水和低水)對(duì)小??Х让缒旧?、生長(zhǎng)、干物質(zhì)及水分利用的影響。結(jié)果表明:與無保相比,低保分別提高葉綠素、類胡蘿卜素和根系活力11.8%、13.4%和52.2%,而分別降低可溶性糖、丙二醛和脯氨酸24.9%、24.3%和55.8%,同時(shí)提高總干物質(zhì)和水分利用效率31.0%和35.9%;而高保分別降低葉綠素、類胡蘿卜素、丙二醛和根系活力3.1%、2.4%、13.5%和6.3%,提高葉片可溶性糖和脯氨酸3.7%和75.1%,降低總干物質(zhì)21.3%,提高水分利用效率8.6%。與低水相比,中水分別提高總干物質(zhì)、耗水量和水分利用效率89.8%、44.5%和33.2%,高水分別提高總干物質(zhì)、耗水量和水分利用效率172.8%、104.8%和34.0%。和無保低水相比,低保中水的水分利用效率增幅最大為112.7%,同時(shí)提高總干物質(zhì)158.9%,分別提高葉片相對(duì)含水率、葉綠素、類胡蘿卜素和根系活力24.4%、19.5%、25.8%和149.9%,分別降低可溶性糖、丙二醛和脯氨酸38.3%、36.4%和68.7%。從高效節(jié)水的角度考慮,低保中水為最適宜的搭配方式。
李仙岳 , 史海濱 , 龔雪文 , 彭遵遠(yuǎn) , 李 禎 , 閆建文
2014, 45(3):140-147. DOI: 10.6041/j.issn.1000-1298.2014.03.024
摘要:在立體種植農(nóng)田中,作物根系分布是影響作物間水肥競(jìng)爭(zhēng)及利用效率的首要因素。針對(duì)滴灌條件下番茄套種玉米立體種植農(nóng)田設(shè)置高(T1)、中(T2)、低(T3)3個(gè)土壤水分處理,研究不同水分處理對(duì)立體種植農(nóng)田不同位置土壤含水率、作物根系分布的影響,探討立體種植農(nóng)田根系在不同生育期生長(zhǎng)發(fā)育特征。結(jié)果顯示:立體種植農(nóng)田番茄側(cè)土壤含水率平均值顯著低于玉米側(cè),膜內(nèi)土壤含水率明顯高于膜外土壤含水率,膜內(nèi)不同位置土壤含水率無明顯差異;隨著生育期的推進(jìn)作物間根系呈“不交叉—輕度交叉—完全交叉—輕度交叉”規(guī)律;隨著土壤含水率的增加根系總量呈增長(zhǎng)趨勢(shì),在0~30cm的滴灌濕潤區(qū),作物根系分布最密集,約占總根系的60%~70%,且高水分處理根量顯著大于低水分處理,根長(zhǎng)密度、根表面積密度、根體積密度以及根重密度均呈現(xiàn)T1>T2>T3的趨勢(shì),而在非滴灌主要濕潤區(qū)則正好相反;累積根系分布曲線分析顯示隨著土壤含水率增加根系向土壤下層生長(zhǎng),隨著生育期推進(jìn)根系向作物中間發(fā)展。立體種植農(nóng)田作物在不同生育期根系分布變化明顯,同時(shí)土壤水分對(duì)根系分布影響較大。
2014, 45(3):148-151. DOI: 10.6041/j.issn.1000-1298.2014.03.025
摘要:采用我國不同土壤類型地區(qū)的5種土壤樣品,利用自行設(shè)計(jì)的近紅外傳感器測(cè)量不同土壤含水率對(duì)應(yīng)的反射光強(qiáng)。選取中心波長(zhǎng)1940nm的近紅外光為測(cè)量光,1800nm為參考光,將兩波長(zhǎng)的反射光強(qiáng)值換算為相對(duì)吸收深度。實(shí)測(cè)結(jié)果表明,隨著土壤含水率的增加,相對(duì)吸收深度增加,兩者間呈線性相關(guān)關(guān)系。選取獨(dú)立樣品對(duì)線性標(biāo)定模型進(jìn)行驗(yàn)證,除紅土外,其他4種樣品的均方根誤差均小于6%。通過標(biāo)定,所設(shè)計(jì)的傳感器能夠較好地測(cè)定不同土壤的含水率。
劉奕貫 , 魯植雄 , Hoogmoed W B , 李曉勤
2014, 45(3):152-157. DOI: 10.6041/j.issn.1000-1298.2014.03.026
摘要:利用非接觸式激光地面不平度儀測(cè)量三維犁耕地面不平度,采用不同的剔除率,對(duì)剔除后的犁耕地面不平度數(shù)據(jù)進(jìn)行了三維分形插值重構(gòu),使用統(tǒng)計(jì)特性參數(shù)及分形特性參數(shù)對(duì)原始測(cè)量的犁耕地面不平度與插值重構(gòu)后的犁耕地面不平度進(jìn)行對(duì)比分析。研究結(jié)果表明:在剔除率小于80%的前提下,使用三維分形插值方法可重構(gòu)出三維犁耕土壤表面,真實(shí)表達(dá)了原始的三維犁耕表面;并可得出犁耕土壤不平度的縱向無標(biāo)度區(qū)間為459mm,橫向無標(biāo)度區(qū)間為23mm。這對(duì)三維犁耕地面不平度的最小測(cè)量間距提供了理論依據(jù),為三維犁耕地面不平度重構(gòu)提供了實(shí)用方法。
劉玉環(huán) , 王應(yīng)寬 , 王允圃 , 楊 歡 , 巫小丹 , 阮榕生
2014, 45(3):158-167. DOI: 10.6041/j.issn.1000-1298.2014.03.027
摘要:全生命周期評(píng)價(jià)認(rèn)為沿用微藻生物質(zhì)干燥、破壁、提油、轉(zhuǎn)酯化工藝制備的生物柴油,其能量?jī)舢a(chǎn)出為負(fù)值。把高含水率的微藻生物質(zhì)通過厭氧發(fā)酵制備甲烷、制氫或者用于燃料乙醇的生產(chǎn),被認(rèn)為是目前可以獲得正能量輸出的可行方法,其中包含沼液中營養(yǎng)物質(zhì)的循環(huán)利用。通過超臨界水熱裂解方法制備合成氣、生物燃油或微藻生物質(zhì)經(jīng)過干燥后采用常規(guī)熱裂解、微波輔助熱裂解等方法制備生物燃油均被廣泛試驗(yàn),盡管所收集得到的藻類生物燃油高熱值高于木質(zhì)纖維素類裂解所生產(chǎn)的生物燃油,但是其含氮量、含氧量、穩(wěn)定性都仍不符合液態(tài)燃料的要求。亞臨界水處理高含水率微藻生物質(zhì)可以實(shí)現(xiàn)低能耗脫水、提油、脫氮、多糖分離提取、藻油原位轉(zhuǎn)化生物柴油等多重目的,是近期內(nèi)最可能取得突破的微藻生物燃油下游加工技術(shù)。微藻生物質(zhì)濕法酶解提油的反應(yīng)條件比亞臨界水處理方法更溫和,可以很好地分離油脂、細(xì)胞色素、蛋白質(zhì)以及多糖等微藻組分,實(shí)現(xiàn)高附加值的綜合利用,是未來微藻生物質(zhì)高效綜合利用最有前途和最具挑戰(zhàn)性的研發(fā)方向;而微藻油脂或其脂肪酸皂化物微波極化脫羧成烴技術(shù)產(chǎn)業(yè)化研究是微藻生物燃油開發(fā)邁向成功的關(guān)鍵所在。
沈 飛 , 王 卿 , 李 陽 , 李秀金 , Hu Jinguang
2014, 45(3):168-173. DOI: 10.6041/j.issn.1000-1298.2014.03.028
摘要:為了有效改善菊芋秸稈用于乙醇轉(zhuǎn)化過程中的酶水解糖化性能,對(duì)經(jīng)水熱H2SO3預(yù)處理的秸稈進(jìn)行高濃底物酶水解試驗(yàn),研究了適合的預(yù)處理?xiàng)l件及其底物質(zhì)量分?jǐn)?shù)提高潛力以及酶使用量縮減潛力。結(jié)果顯示:在180℃條件下,添加2.0%的H2SO3進(jìn)行水熱預(yù)處理后的菊芋秸稈,其組分中的半纖維素可被完全去除。并且在底物質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2.0%、纖維素酶和纖維二糖酶使用量分別為20FPU/g和40CBU/g條件下,獲得90.0%的最大酶水解率。在此條件下預(yù)處理后的菊芋秸稈,酶水解的底物質(zhì)量分?jǐn)?shù)可提高的潛力為12%。在此底物質(zhì)量分?jǐn)?shù)下進(jìn)行酶水解,纖維素酶使用量可縮減為15FPU/g,纖維二糖酶使用量可縮減至20CBU/g。在此酶使用量條件下,雖然纖維素酶和纖維二糖酶分別減少了25%和50%,酶水解率仍可達(dá)88.3%。相比最大水解率,僅降低1.8%。
2014, 45(3):174-178. DOI: 10.6041/j.issn.1000-1298.2014.03.029
摘要:為探索高碳原料厭氧發(fā)酵產(chǎn)氣特性,在(35±1)℃條件下,采用批式厭氧消化工藝對(duì)香菇廢棄菌棒進(jìn)行厭氧發(fā)酵試驗(yàn)。采用L9(33)正交試驗(yàn)設(shè)計(jì),研究預(yù)處理天數(shù)、接種物質(zhì)量分?jǐn)?shù)和料液質(zhì)量分?jǐn)?shù)對(duì)香菇廢棄菌棒厭氧發(fā)酵產(chǎn)沼氣的影響,得出高碳物料厭氧發(fā)酵最佳工藝組合。結(jié)果表明:高碳物料并非厭氧發(fā)酵產(chǎn)沼氣的最佳原料,但經(jīng)適當(dāng)預(yù)處理后其產(chǎn)氣性能有較大提高,TS產(chǎn)氣率達(dá)0.16L/g,參比對(duì)照組增長(zhǎng)128.57%。各因素對(duì)香菇廢棄菌棒厭氧發(fā)酵產(chǎn)沼氣影響的主次順序?yàn)椋侯A(yù)處理天數(shù)(極顯著)、料液質(zhì)量分?jǐn)?shù)(極顯著)、接種物質(zhì)量分?jǐn)?shù)(不顯著)。同時(shí)應(yīng)用多元回歸理論建立多元回歸模型,有助于預(yù)測(cè)香菇廢棄菌棒不同發(fā)酵條件組合下的產(chǎn)氣量。
2014, 45(3):179-183. DOI: 10.6041/j.issn.1000-1298.2014.03.030
摘要:利用計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)(CFD)軟件包FLUENT 6.3對(duì)密度ρ=0.6125~2.4500kg/m3、粘度μ=4.4735×10-6~4.4735×10-5kg/(m·s) 的一系列模型氣體在旋風(fēng)分離器中的流動(dòng)進(jìn)行模擬,采用單因素分析法分別研究了氣體性質(zhì)對(duì)無量綱切向速度、壓強(qiáng)的影響。結(jié)果表明:無量綱切向速度隨著密度增加而增大,隨著粘度的增加而減?。粺o量綱最大切向速度與密度、粘度均呈對(duì)數(shù)關(guān)系;壓降阻力系數(shù)不僅與旋風(fēng)分離器幾何結(jié)構(gòu)有關(guān),還與氣體粘度相關(guān);壓降隨粘度呈對(duì)數(shù)降低。同時(shí),擬合得到了無量綱切向速度與密度、粘度的二元方程式,具有較好的普適性。
2014, 45(3):184-190. DOI: 10.6041/j.issn.1000-1298.2014.03.031
摘要:利用數(shù)值計(jì)算方法研究了一種典型的大高徑比垂直軸風(fēng)力機(jī)葉片動(dòng)態(tài)失速現(xiàn)象。在驗(yàn)證數(shù)值計(jì)算方法可靠的基礎(chǔ)上,結(jié)合速度矢量圖和渦量圖,研究了8m/s風(fēng)速時(shí)風(fēng)力機(jī)在不同尖速比下葉片動(dòng)態(tài)失速現(xiàn)象以及風(fēng)輪尺寸改變時(shí)風(fēng)輪動(dòng)態(tài)失速流場(chǎng)及其對(duì)風(fēng)力機(jī)功率系數(shù)的影響規(guī)律。研究表明,尖速比過低,增大弦徑比和葉片數(shù)均導(dǎo)致葉片動(dòng)態(tài)失速和氣流分離呈現(xiàn)加劇趨勢(shì),削弱風(fēng)力機(jī)的氣動(dòng)性能。對(duì)用于城市風(fēng)力發(fā)電的大高徑比垂直軸風(fēng)力機(jī),應(yīng)使其在最佳尖速比下運(yùn)行,同時(shí)控制弦徑比在0.2~0.4之間,葉片數(shù)為3或4,以獲得較好的氣動(dòng)性能。
蔣紹堅(jiān) , 王 濤 , 艾元方 , 孫彥文 , 彭好義
2014, 45(3):191-195. DOI: 10.6041/j.issn.1000-1298.2014.03.032
摘要:為了強(qiáng)化木質(zhì)成型燃料取暖爐燃燒效果,減少污染排放,提高采暖爐熱效率,引入旋流燃燒技術(shù),提出新型木質(zhì)成型燃料旋流爐排燃燒器。數(shù)值模擬取暖爐在不同過量空氣系數(shù)和不同爐排二次風(fēng)入口角度條件下,爐內(nèi)速度場(chǎng)、溫度場(chǎng)、濃度場(chǎng)的變化。結(jié)果表明:通過旋流二次風(fēng)產(chǎn)生高溫回流區(qū),有效強(qiáng)化了燃燒,提高了爐膛有效利用面積;過量空氣系數(shù)為1.5、二次風(fēng)入口傾角為30°時(shí),燃盡率高,煙氣溫度分布均勻,污染少。
2014, 45(3):196-205. DOI: 10.6041/j.issn.1000-1298.2014.03.033
摘要:為提高能源的利用效率,緩解傳統(tǒng)能源短缺及其利用過程中帶來的環(huán)境問題,設(shè)計(jì)了一種以內(nèi)燃機(jī)為驅(qū)動(dòng)裝置的生物質(zhì)燃?xì)饫錈犭娐?lián)供系統(tǒng),對(duì)其能量流程進(jìn)行了分析,并以北京市某面積為10000m2的賓館為例,對(duì)該系統(tǒng)在熱跟隨和電跟隨兩種運(yùn)行模式下的設(shè)備選型、燃料消耗量和補(bǔ)電量以及能效、經(jīng)濟(jì)和排放性能進(jìn)行了分析比較。通過比較可知,聯(lián)供系統(tǒng)在電跟隨模式下比在熱跟隨模式下的一次能源利用率高4.3%,縮短投資回收期1.4年,但少減排254.9t CO2。因此,該生物質(zhì)氣冷熱電聯(lián)供系統(tǒng)在熱跟隨模式下的環(huán)境效益較好,在電跟隨模式下的能源效益和經(jīng)濟(jì)效益更佳。
蘇光明 , Hosahalli S. Ramaswamy , 于 勇 , 胡菲菲 , 徐夢(mèng)龍 , 朱松明
2014, 45(3):206-214. DOI: 10.6041/j.issn.1000-1298.2014.03.034
摘要:以牛肉為研究對(duì)象,分別進(jìn)行高壓冷凍和傳統(tǒng)冷凍試驗(yàn),分析了冷凍過程中的熱變化和形成的冰晶形態(tài)。高壓冷凍試驗(yàn)在3個(gè)不同的壓力下進(jìn)行,分別為100MPa(-9℃)、150MPa(-15℃)和200MPa(-20℃);傳統(tǒng)冷凍(空氣冷凍和液體浸沒冷凍)在0.1MPa和-20℃條件下進(jìn)行。試驗(yàn)結(jié)果表明:傳統(tǒng)冷凍形成的冰晶多數(shù)位于組織細(xì)胞外,冰晶粗大且不均勻,對(duì)組織細(xì)胞造成嚴(yán)重的壓迫和機(jī)械損傷;高壓冷凍形成的冰晶體積較小,在樣品中分布較均勻,且壓力越大,位于胞內(nèi)的冰晶越多,對(duì)樣品組織的破壞程度越小。空氣冷凍的凍結(jié)時(shí)間最長(zhǎng)(85min),液體浸沒冷凍結(jié)冰速率較快(5.5min),高壓冷凍的凍結(jié)時(shí)間在100、150和200MPa時(shí)分別為2.47、1.22和0.83min;壓力越大,卸壓時(shí)形成的超冷度越大,冰點(diǎn)越低,凍結(jié)所需時(shí)間越短。
姜 松 , 孫 柯 , 楊德勇 , 陳章耀 , 徐 斌 , 王國江
2014, 45(3):215-222. DOI: 10.6041/j.issn.1000-1298.2014.03.035
摘要:為了探討禽蛋大小頭自動(dòng)定向排列關(guān)鍵技術(shù)的設(shè)計(jì)計(jì)算方法,對(duì)禽蛋在輸送輥上的翻轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)進(jìn)行了機(jī)理研究,并進(jìn)行了不同輸送輥直徑、輸送輥間中心距、不同品種禽蛋的試驗(yàn)驗(yàn)證。研究表明,禽蛋在輸送輥上的翻轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)符合凸輪傳動(dòng)原理,構(gòu)建了禽蛋與輸送輥和導(dǎo)向桿之間的傳動(dòng)關(guān)系模型,建立了禽蛋翻滾距離和導(dǎo)向桿作用距離的理論計(jì)算方法,以及處理通道寬度和導(dǎo)向桿彎曲段長(zhǎng)度的設(shè)計(jì)計(jì)算方法,禽蛋翻滾距離和導(dǎo)向桿作用距離理論計(jì)算結(jié)果與試驗(yàn)值吻合,禽蛋翻滾距離和導(dǎo)向桿作用距離與輸送輥中心距呈線性負(fù)相關(guān)關(guān)系,與輸送輥直徑呈線性正相關(guān)關(guān)系,決定系數(shù)都大于0.94。用凸輪傳動(dòng)原理分析禽蛋在輸送輥上的翻轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)是正確的、可行的。
張 敏 , 袁海濤 , 黃汝國 , 盧佳華 , 謝 晶 , 郭曉濱
2014, 45(3):223-226. DOI: 10.6041/j.issn.1000-1298.2014.03.036
摘要:果蔬活組織冰點(diǎn)溫度的測(cè)量對(duì)于研究果蔬組織低溫冷害和凍害機(jī)理以及冷凍加工過程具有重要意義。針對(duì)傳統(tǒng)方法測(cè)定果蔬汁液的冰點(diǎn)溫度與活組織的冰點(diǎn)溫度有很大差異以及通過直接將熱電偶或熱電阻插入果蔬組織進(jìn)行測(cè)試,受果蔬本身形狀尺寸影響較大,難以有效指導(dǎo)生產(chǎn)實(shí)際的問題,設(shè)計(jì)了一種基于傳熱學(xué)一維半無限大平板非穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱原理,利用半導(dǎo)體制冷技術(shù)進(jìn)行果蔬活組織冰點(diǎn)測(cè)試的系統(tǒng)和方法。實(shí)驗(yàn)結(jié)果證明該系統(tǒng)用來測(cè)試果蔬活組織冰點(diǎn)既方便又可靠,同時(shí)設(shè)備簡(jiǎn)單、測(cè)試時(shí)間短、樣品需要量少、環(huán)境的熱擾動(dòng)影響小,具有良好的應(yīng)用前景。
2014, 45(3):227-231. DOI: 10.6041/j.issn.1000-1298.2014.03.037
摘要:以鱈魚骨為原料制備膠原蛋白并對(duì)其酶解,利用人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)建立鱈魚骨膠原蛋白酶解反應(yīng)的預(yù)測(cè)模型。結(jié)果顯示,膠原蛋白及水解物的粘度隨溫度的升高而下降,隨著膠原蛋白的水解程度加深,肽鏈長(zhǎng)度與分子量減小,特征粘度呈現(xiàn)下降趨勢(shì),水解度與特征粘度呈一一映射關(guān)系。以水解產(chǎn)物的特征粘度、溫度為輸入?yún)?shù),水解度作為輸出參數(shù),建立神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)預(yù)測(cè)模型。樣本值與仿真值的R2值為0.9916,平均相對(duì)誤差為2.5%,所建網(wǎng)絡(luò)預(yù)測(cè)模型性能好、預(yù)測(cè)精度高。驗(yàn)證試驗(yàn)的相對(duì)誤差為1.06%~4.32%,實(shí)現(xiàn)了鱈魚骨膠原蛋白酶解反應(yīng)的仿真預(yù)測(cè)與監(jiān)控。
2014, 45(3):232-236. DOI: 10.6041/j.issn.1000-1298.2014.03.038
摘要:提出了一種應(yīng)用近紅外光譜技術(shù)快速檢測(cè)香根草葉內(nèi)重金屬鉛含量的方法,采用多種預(yù)處理方法建立偏最小二乘法(PLS)模型并對(duì)建模效果對(duì)比分析,得出最優(yōu)預(yù)處理方法。結(jié)合不同波段選擇方法優(yōu)化PLS模型參數(shù),建立了香根草葉內(nèi)重金屬鉛含量定量分析模型,預(yù)測(cè)決定系數(shù)R2為0.87,預(yù)測(cè)均方根誤差RMSEP為0.18。研究結(jié)果表明,利用近紅外光譜技術(shù)快速定量檢測(cè)香根草葉內(nèi)重金屬鉛含量具有可行性。
劉龍申 , 沈明霞 , 柏廣宇 , 周 波 , 陸明洲 , 楊曉靜
2014, 45(3):237-242. DOI: 10.6041/j.issn.1000-1298.2014.03.039
摘要:檢測(cè)母豬分娩需對(duì)分娩限位欄內(nèi)的仔豬進(jìn)行目標(biāo)識(shí)別,分析了母豬分娩視頻圖像特征,提出首先利用半圓匹配算法進(jìn)行母豬目標(biāo)分割,排除母豬運(yùn)動(dòng)干擾,基于改進(jìn)的單高斯模型的背景減除法進(jìn)行運(yùn)動(dòng)目標(biāo)檢測(cè),根據(jù)運(yùn)動(dòng)區(qū)域的顏色和面積特征,對(duì)仔豬進(jìn)行目標(biāo)識(shí)別。試驗(yàn)表明:基于半圓匹配算法的母豬目標(biāo)識(shí)別方法能夠有效分割出母豬目標(biāo),基于改進(jìn)單高斯模型的運(yùn)動(dòng)目標(biāo)檢測(cè)方法,對(duì)面積較大、運(yùn)動(dòng)緩慢的仔豬目標(biāo)檢測(cè)較為完整,適用于母豬分娩檢測(cè)場(chǎng)景。
楊 威 , 左月明 , 吳海云 , 張志勇 , 張 蓉 , 陳 晨
2014, 45(3):243-249. DOI: 10.6041/j.issn.1000-1298.2014.03.040
摘要:為提高布魯氏菌抗體檢測(cè)的檢測(cè)限及靈敏度,并適應(yīng)定量、快速的測(cè)定要求,以便早期發(fā)現(xiàn)病畜,減少經(jīng)濟(jì)損失,采用絲網(wǎng)印刷金電極表面修飾巰基乙胺綁定抗原的方法,研制了一種一次性免疫傳感器。通過循環(huán)伏安法表征免疫電極的反應(yīng)過程,發(fā)現(xiàn)布魯氏菌抗體在10-5~10-3IU/mL濃度范圍內(nèi),氧化峰電流的變化值(ΔIpa)與抗體的濃度呈良好的線性關(guān)系,其相關(guān)系數(shù)r=0.9999,檢測(cè)下限為2.8×10-5IU/mL。將測(cè)定的循環(huán)伏安曲線進(jìn)行半微分變換,建立半微分變化值(Δepa)與濃度的關(guān)系,在10-5~10-3 IU/mL濃度范圍內(nèi),半微分氧化峰電流的變化值與濃度呈線性關(guān)系,相關(guān)系數(shù)r=0.9929,檢測(cè)下限為2.7×10-6IU/mL,且在10-2~1IU/mL濃度范圍內(nèi),半微分氧化峰電流的變化值與濃度的相關(guān)系數(shù)r=0.9992。表明半微分變換可以明顯改善其檢測(cè)范圍和檢測(cè)下限。
2014, 45(3):250-254. DOI: 10.6041/j.issn.1000-1298.2014.03.041
摘要:提出了一種基于相對(duì)葉綠素含量的植物葉片顏色仿真方法,通過連續(xù)對(duì)正常生長(zhǎng)狀態(tài)下的黃瓜葉片圖像采集及相對(duì)葉綠素含量SPAD值測(cè)定,建立了黃瓜葉片顏色分量與SPAD值的數(shù)學(xué)關(guān)系模型,并采用均方根誤差(RMSE)對(duì)模型進(jìn)行驗(yàn)證,結(jié)果顯示葉片的3個(gè)顏色分量R、G、B的實(shí)測(cè)值與模擬值之間的RMSE為13.43%、8.47%、7.42%,模擬效果較好。通過結(jié)合葉片色素濃度分布圖對(duì)葉色空間分布進(jìn)行仿真,并采用高級(jí)著色器語言實(shí)現(xiàn)了黃瓜葉片表觀顏色變化過程的可視化模擬,獲得了較好的真實(shí)感效果。
2014, 45(3):255-261. DOI: 10.6041/j.issn.1000-1298.2014.03.042
摘要:以福建省為研究區(qū),利用環(huán)境星(HJ-1)CCD數(shù)據(jù),選擇并提取了與葉面積指數(shù)(LAI)關(guān)系密切的4種植被指數(shù),即歸一化比值植被指數(shù)(NDVI)、比值植被指數(shù)(RVI)、改進(jìn)的土壤調(diào)節(jié)植被指數(shù)(mSAVI)及增強(qiáng)型植被指數(shù)(EVI),結(jié)合研究區(qū)內(nèi)準(zhǔn)同步馬尾松LAI地面觀測(cè)數(shù)據(jù),通過研究各種指數(shù)與馬尾松LAI之間的關(guān)系,選擇與馬尾松LAI相關(guān)最密切的RVI同實(shí)測(cè)LAI建立6種非線性回歸模型,6種模型中以理查德模型建立的模型精度為最高,總體均值預(yù)報(bào)偏差相對(duì)誤差為3.1%,并以此模型實(shí)現(xiàn)了福建省馬尾松LAI遙感反演。
2014, 45(3):262-267. DOI: 10.6041/j.issn.1000-1298.2014.03.043
摘要:為自動(dòng)識(shí)別椪柑病蟲害,研究了以椪柑病蟲害為害狀多重分形譜特性參數(shù)為輸入變量的小波神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)病蟲害識(shí)別方法。利用改進(jìn)型分水嶺算法提取椪柑病蟲害為害狀邊界,對(duì)非連續(xù)的邊界進(jìn)行邊界跟蹤,將過分割區(qū)域進(jìn)行區(qū)域合并,標(biāo)記為害狀邊界,提取標(biāo)記區(qū)域,生成病蟲害為害狀目標(biāo)圖像;對(duì)病蟲害為害狀目標(biāo)圖像0°~120°這一主要色相區(qū)域4等分,產(chǎn)生4幅色相二值圖像;對(duì)二值圖像進(jìn)行多重分形分析,計(jì)算其標(biāo)度不變區(qū)多重分形譜的高度及寬度;以此高度及寬度作為小波神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的輸入,進(jìn)行椪柑病蟲害識(shí)別,5種病蟲害的平均識(shí)別正確率為87%。試驗(yàn)結(jié)果表明:椪柑病蟲害為害狀的4對(duì)多重分形譜高度及寬度值較充分地反映了椪柑病蟲害色相累計(jì)信息、分布信息及區(qū)間形狀的典型特征,能用此方法進(jìn)行椪柑病蟲害機(jī)器識(shí)別。
2014, 45(3):268-274. DOI: 10.6041/j.issn.1000-1298.2014.03.044
摘要:針對(duì)同一場(chǎng)景紅外圖像與可見光圖像的融合問題,提出了一種基于非抽樣Shearlet變換(NSST)的融合算法。首先對(duì)源圖像進(jìn)行多尺度、多方向NSST分解,得到低頻子帶系數(shù)和各帶通方向子帶系數(shù);然后,在局部區(qū)域結(jié)構(gòu)相似度的基礎(chǔ)上,采用基于局部區(qū)域能量的方法選擇融合圖像的低頻子帶系數(shù);基于脈沖耦合神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)(PCNN)對(duì)帶通方向子帶空間頻率(SF)的響應(yīng)而得到的點(diǎn)火次數(shù)選擇融合圖像的帶通方向子帶系數(shù),得到融合圖像的NSST系數(shù);最后經(jīng)過非抽樣Shearlet逆變換得到融合圖像。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明:與其他5種相關(guān)的融合方法相比,該方法可獲得具有更好視覺效果和更優(yōu)量化指標(biāo)的融合圖像。
2014, 45(3):275-281. DOI: 10.6041/j.issn.1000-1298.2014.03.045
摘要:提出了一種基于模糊BP綜合神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的田間雜草分類識(shí)別方法。對(duì)分類特征進(jìn)行模糊化處理,充分考慮了雜草的分類特征本身存在的不確定性。使用遺傳算法對(duì)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化處理,提高了該綜合神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的收斂性和穩(wěn)定性。并基于特征級(jí)數(shù)據(jù)融合方法進(jìn)行雜草識(shí)別。對(duì)田間7種雜草進(jìn)行識(shí)別的實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,7種雜草的混合識(shí)別率達(dá)到94.2%;另外,對(duì)玉米及其伴生雜草進(jìn)行分類測(cè)試,混合識(shí)別率達(dá)到96.7%,具有較好的識(shí)別精度。
2014, 45(3):282-287. DOI: 10.6041/j.issn.1000-1298.2014.03.046
摘要:為使機(jī)床精度設(shè)計(jì)有定量的理論數(shù)值供參考,依據(jù)線性空間集合與映射的數(shù)學(xué)理論,以多體系統(tǒng)誤差建模理論為基礎(chǔ),建立了機(jī)床幾何誤差綜合作用時(shí)的產(chǎn)品加工質(zhì)量近似模型。運(yùn)用蒙特卡羅法對(duì)滿足加工精度要求的產(chǎn)品進(jìn)行關(guān)鍵參數(shù)數(shù)據(jù)抽樣,從而依據(jù)近似模型逆向推導(dǎo)數(shù)控機(jī)床各軸幾何精度。以螺旋錐齒輪銑齒機(jī)各軸精度逆設(shè)計(jì)為例,近似模型以顯式的方式揭示了機(jī)床幾何誤差和齒面加工誤差間的定量關(guān)系,可有效地依據(jù)齒輪精度要求逆向推導(dǎo)機(jī)床各軸幾何精度。
2014, 45(3):288-292. DOI: 10.6041/j.issn.1000-1298.2014.03.047
摘要:提出了基于SMP實(shí)時(shí)架構(gòu)的EtherMAC實(shí)時(shí)以太網(wǎng)主站的設(shè)計(jì)方法,開發(fā)了一種運(yùn)行于內(nèi)核空間的運(yùn)動(dòng)控制引擎,并給出了一種通過在共享內(nèi)存建立內(nèi)存堆棧方式的跨平臺(tái)編程接口設(shè)計(jì)方法。通過設(shè)計(jì)總線抽象層將總線控制資源抽象,降低了運(yùn)動(dòng)控制引擎與總線之間耦合性,增強(qiáng)了總線系統(tǒng)或從站設(shè)備的可替換性。原型機(jī)進(jìn)行功能驗(yàn)證表明,該引擎實(shí)現(xiàn)了較好的易用性和可移植性,并間接增強(qiáng)了EtherMAC的實(shí)時(shí)性能。
2014, 45(3):293-298. DOI: 10.6041/j.issn.1000-1298.2014.03.048
摘要:針對(duì)某小型浮式并聯(lián)光電跟蹤平臺(tái)體積小、負(fù)載慣量大的特點(diǎn),提出了一種以少自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)為基礎(chǔ)的改進(jìn)型并聯(lián)機(jī)構(gòu)。推導(dǎo)了平臺(tái)的系統(tǒng)雅可比矩陣,基于拉格朗日方法得到了平臺(tái)的動(dòng)力學(xué)模型。針對(duì)并聯(lián)平臺(tái)的內(nèi)部耦合、參數(shù)不確定和干擾的問題,基于工作空間提出了一種帶有干擾觀測(cè)器的復(fù)合滑??刂撇呗浴@酶蓴_觀測(cè)器觀測(cè)系統(tǒng)干擾,減小干擾上界,基于反步法設(shè)計(jì)了滑??刂破鞲櫮繕?biāo)軌跡并進(jìn)一步抑制未觀測(cè)出的干擾。仿真和實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,提出的數(shù)學(xué)模型和控制策略使平臺(tái)跟蹤誤差減小到±0.08°,為PID控制誤差的14.5%,特別適用于并聯(lián)平臺(tái)等內(nèi)部耦合及干擾較顯著的場(chǎng)合。
2014, 45(3):299-305. DOI: 10.6041/j.issn.1000-1298.2014.03.049
摘要:普通四元數(shù)方法在串聯(lián)機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)學(xué)反解時(shí)存在方程數(shù)量不足和求解困難的問題,為了解決這些問題并建立新的串聯(lián)機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)學(xué)反解方法,提出串聯(lián)機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)學(xué)反解的D-H四元數(shù)方法。首先給出了包含D-H參數(shù)的四元數(shù)變換通用方程式,提出將四元數(shù)變換方程式分離為位置和姿態(tài)兩個(gè)方程式,這兩個(gè)方程式可構(gòu)造出含有7個(gè)方程的方程組,使方程數(shù)量滿足4R以上串聯(lián)機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)學(xué)反解的要求。為了降低方程組的求解難度,提出了取姿態(tài)方程中三角函數(shù)的一半組成新的姿態(tài)方程,將方程次數(shù)降低為原來的一半。采用所提出的D-H四元數(shù)方法對(duì)PUMA機(jī)器人進(jìn)行運(yùn)動(dòng)學(xué)反解分析,得到了該機(jī)器人的8組反解。根據(jù)所求得的8組解,建立了PUMA機(jī)器人的8個(gè)位姿的三維模型,并測(cè)量了PUMA機(jī)器人三維模型的末端位姿數(shù)值,與所給末端位姿數(shù)值完全相同,驗(yàn)證了所提出的D-H四元數(shù)方法的正確性和有效性。
朱 勇 , 姜萬錄 , 王 夢(mèng) , 劉志強(qiáng)
2014, 45(3):305-313. DOI: 10.6041/j.issn.1000-1298.2014.03.050
摘要:以液壓缸系統(tǒng)為研究對(duì)象,研究了爬行現(xiàn)象的產(chǎn)生機(jī)理及抑制方法。通過理論研究,揭示了液壓彈簧剛度和摩擦力內(nèi)在的非線性時(shí)變規(guī)律及作用機(jī)理。用非線性動(dòng)力學(xué)研究方法對(duì)實(shí)測(cè)的液壓缸系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)進(jìn)行了深入分析,揭示了液壓彈簧剛度非線性時(shí)變特性引起的“跳躍現(xiàn)象”和摩擦力非線性時(shí)變特性引起的“極限環(huán)型振蕩”現(xiàn)象。指出非線性液壓彈簧力和非線性摩擦力的共同作用是液壓缸產(chǎn)生低速爬行的主要原因,并提出了相應(yīng)的抑制措施來有效提高液壓缸的低速傳動(dòng)性能。
2014, 45(3):314-319. DOI: 10.6041/j.issn.1000-1298.2014.03.051
摘要:對(duì)一類5-5臺(tái)體型并聯(lián)機(jī)器人機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)特征進(jìn)行了深入分析,提出了其位置正解分析與求解的簡(jiǎn)單方法。首先利用序單開鏈的思想對(duì)該機(jī)構(gòu)進(jìn)行拓?fù)涮卣鞣治龊徒Y(jié)構(gòu)分解,將其運(yùn)動(dòng)學(xué)方程維數(shù)降至最小,然后利用一維搜索法得到全部實(shí)數(shù)解,最后將該方法應(yīng)用于具體實(shí)例,結(jié)果不僅表明了該方法的有效性,而且首次給出了具有20組實(shí)數(shù)解的機(jī)構(gòu)實(shí)例。
2014, 45(3):320-326. DOI: 10.6041/j.issn.1000-1298.2014.03.052
摘要:2D高頻轉(zhuǎn)閥是利用閥芯雙自由度運(yùn)動(dòng)而設(shè)計(jì)的一種轉(zhuǎn)閥,閥芯高速旋轉(zhuǎn)時(shí),閥口油液流速的變化對(duì)閥芯會(huì)產(chǎn)生周期性的液動(dòng)力矩,干擾閥芯的正常驅(qū)動(dòng),甚至影響2D高頻轉(zhuǎn)閥的正常工作。對(duì)不同結(jié)構(gòu)閥芯的2D高頻轉(zhuǎn)閥閥腔流場(chǎng)進(jìn)行了數(shù)值計(jì)算,研究閥芯結(jié)構(gòu)變化對(duì)閥芯溝槽流體近壁平均壓力、近壁平均流速和閥芯液動(dòng)力矩的影響,研究結(jié)果表明3號(hào)和4號(hào)閥芯單元結(jié)構(gòu)布局合理,且閥芯溝槽底面高度h越大,液動(dòng)力矩變化越平穩(wěn),閥口流量越大。
2014, 45(3):327-332. DOI: 10.6041/j.issn.1000-1298.2014.03.053
摘要:為滿足壓電泵系統(tǒng)流體精確控制及小型化的需要,提出利用壓電自感知及神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的單腔單振子壓電泵流量自測(cè)量方法。壓電泵結(jié)構(gòu)上采用雙壓電晶片振子同時(shí)作為執(zhí)行元件與傳感元件使用。首先分析了流量影響因素,并分析了傳感壓電片輸出信號(hào)與振子變形關(guān)系。得出:壓電泵流量與振子振動(dòng)狀態(tài)存在函數(shù)關(guān)系,振子的振動(dòng)狀態(tài)可由傳感壓電信號(hào)實(shí)時(shí)反映,因此在信號(hào)中隱含著壓電泵流量信息。據(jù)此制作了傳感壓電信號(hào)參數(shù)測(cè)量電路樣機(jī),將參數(shù)測(cè)量結(jié)果作為神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)輸入,建立了用于壓電泵流量預(yù)測(cè)的BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明:利用該方法得到的預(yù)測(cè)值與實(shí)驗(yàn)測(cè)量值之間相關(guān)系數(shù)在0.9993以上,最大相對(duì)誤差率小于3.46%,預(yù)測(cè)結(jié)果與測(cè)量值接近。該流量自測(cè)量方法具有較好的準(zhǔn)確性。
2014, 45(3):333-340. DOI: 10.6041/j.issn.1000-1298.2014.03.054
摘要:By adopting the concepts of “rise and return travel” and “F/P type mechanism” and dividing the conjugate cam mechanism into main cam and assistant cam mechanism, which were studied respectively, the basic schematic diagram of instantaneous one dimensional linear area of the assistant cam (i.e. P type mechanism) and the curves of vC1-θ1、vC2-θ1 and uK-θ1 were proposed. And the differences between the main cam (i.e. F type mechanism) and the assistant cam (i.e. P type mechanism) were presented. The class Ⅱ synthesis of P type mechanism and conjugate cam mechanism with floating flat face pushrod was resolved.
2014, 45(3):341-346. DOI: 10.6041/j.issn.1000-1298.2014.03.055
摘要:搭建同步光學(xué)可視化實(shí)驗(yàn)臺(tái),以并聯(lián)三角形微通道硅基熱沉為實(shí)驗(yàn)段,微通道入口玻璃蓋板內(nèi)側(cè)濺射5個(gè)Pt微加熱器構(gòu)成種子汽泡發(fā)生器陣列。研究了低入口質(zhì)量流量下不同種子汽泡觸發(fā)頻率對(duì)微通道內(nèi)沸騰不穩(wěn)定性的影響。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,種子汽泡觸發(fā)頻率作為控制微通道內(nèi)流動(dòng)沸騰不穩(wěn)定的重要參數(shù),單相液體區(qū)域,種子汽泡對(duì)微通道內(nèi)流動(dòng)影響很小;兩相區(qū)域,隨著熱流密度增大,壓降呈線性上升,壁面溫度呈指數(shù)式上升。觸發(fā)頻率越高,壓降越高,壁面溫度下降越大。相同熱流密度條件下,高頻種子汽泡能夠完全消除沸騰不穩(wěn)定性,壁面溫度顯著下降,溫度均勻性得到明顯提升。
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