2015, 46(4):1-8. DOI: 10.6041/j.issn.1000-1298.2015.04.001
摘要:為使免耕播種機在秸稈覆蓋地作業(yè)時自動保證播種深度的一致性和穩(wěn)定性,設(shè)計了一種主動作用式播種深度自動控制系統(tǒng)。采用聚偏二氟乙烯(Polyvinylidence fluoride,PVDF)壓電薄膜傳感器將免耕播種機限深輪的胎面形變量轉(zhuǎn)換為電壓信號,信號處理電路對傳感器產(chǎn)生的信號放大濾波,提取信號峰值,系統(tǒng)根據(jù)峰值信號實時監(jiān)測播種單體對地表的壓力,控制信號形成電路在壓力不足時發(fā)出控制信號,控制安裝在播種機機架與播種單體四連桿間的空氣彈簧產(chǎn)生推力,使播種單體能夠產(chǎn)生對地表的壓力,從而保證播種深度的一致性。試驗結(jié)果表明,所設(shè)計的主動作用式播種深度自動控制系統(tǒng)能夠精確控制開溝深度,仿形性能可靠,作業(yè)速度為5~8km/h時,播深合格率達到90%,作業(yè)速度大于8km/h時,播深合格率明顯高于被動作用式播種深度控制裝置。
苗中華 , 李闖 , 韓科立 , 郝付平 , 韓增德 , 曾力
2015, 46(4):9-14,27. DOI: 10.6041/j.issn.1000-1298.2015.04.002
摘要:針對采棉機作業(yè)速度影響采棉效率的問題,提出基于模糊PID控制技術(shù)的采棉機作業(yè)速度實時調(diào)整算法,建立行走速度調(diào)節(jié)模型,實現(xiàn)采棉機作業(yè)速度最優(yōu)控制。該算法通過實時獲取棉花在線流量,經(jīng)采棉輸入負荷梯度堵塞條件約束,并將模糊算法和常規(guī)PID控制相結(jié)合,應用模糊規(guī)則和推理方法對PID參數(shù)進行在線整定,實時調(diào)節(jié)行走速度,實現(xiàn)作業(yè)速度最優(yōu)控制。借助基于FPGA的硬件控制器在4MZ—5型采棉機上進行了試驗研究。試驗表明:所提出的算法可以根據(jù)棉花在線流量當量大小實時調(diào)整作業(yè)速度,提高了采棉機作業(yè)效率;有效避免了因采棉量過大造成的輸棉管堵塞故障,提高了采棉機智能化水平。
2015, 46(4):15-20. DOI: 10.6041/j.issn.1000-1298.2015.04.003
摘要:基于微小尺度荷電噴霧燃燒系統(tǒng),進行了組合電場下乙醇的荷電霧化實驗,得出了穩(wěn)定的錐—射流霧化模式,并基于該模式,進行了理論分析計算。借助直角坐標系與極坐標的關(guān)系,采用橢圓積分的方法,求解出組合電場下射流區(qū)的場強分布。研究結(jié)果表明:環(huán)形電極在射流區(qū)產(chǎn)生的場強在噴嘴中心處產(chǎn)生的電場強度最大,環(huán)形電極圓心處的場強為0V/m,當其他條件相同時,場強隨著半錐角的增大而增大。環(huán)形電極的半徑遠大于噴嘴半徑,極距較小,環(huán)形電極在射流區(qū)產(chǎn)生的場強與噴嘴電極所產(chǎn)生的場強相比可以忽略。在球坐標系φ為0°~49.3°范圍內(nèi),射流區(qū)的電場強度電場分布是軸對稱的極不均勻的場強,噴嘴中心處值較小,周圍場強較高,利于霧滴荷電,改變環(huán)形電極電壓參數(shù),對射流區(qū)的場強分布沒有影響,但對霧化區(qū)的場強起到了明顯增強作用。
2015, 46(4):21-27. DOI: 10.6041/j.issn.1000-1298.2015.04.004
摘要:為研究小流量下離心泵的空化特性,采用ANSYS CFX 14.5,基于k—ε湍流模型和Rayleigh—Plesset空化模型,以3種葉片數(shù)葉輪的IS50—65—160型離心泵為研究對象,對其內(nèi)部空化流動分別進行了數(shù)值模擬。為了提高數(shù)值計算準確性,進行了網(wǎng)格無關(guān)性分析,且從泵空化性能、葉輪所受扭矩及軸向力分析了葉片數(shù)對泵小流量下空化特性的影響規(guī)律。研究結(jié)果表明:當葉片數(shù)從4增加至8時,離心泵揚程增加,但其效率變化較復雜。小流量工況下,隨著空化系數(shù)降低,各葉片數(shù)葉輪扭矩與泵揚程均不同步地發(fā)生陡降,且出現(xiàn)相似地匍匐下降規(guī)律;當揚程下降3%后,各葉輪所受軸向力的大小幾乎恒定;單個葉片流道的空泡體積出現(xiàn)突增,明顯較其他葉片流道大,各葉片流道空泡分布極不對稱。研究發(fā)現(xiàn),離心泵揚程及扭矩匍匐下降特性很可能與不對稱葉片空化相關(guān)。
權(quán)輝 , 李仁年 , 蘇清苗 , 韓偉 , 蔣雷 , 金毅
2015, 46(4):28-32,58. DOI: 10.6041/j.issn.1000-1298.2015.04.005
摘要:為了研究螺旋離心泵內(nèi)部流體流動機理,通過對螺旋離心泵改造和透明化處理,應用PIV測試技術(shù),取螺旋離心泵軸截面和徑向截面分階段獲得各截面上速度變化,進而得到各個截面上的流動信息,揭示螺旋離心泵內(nèi)部流動狀態(tài)。結(jié)果表明:整個軸向截面中,物理參量擾動大于徑向截面,尤其在葉輪流道的軸截面,有明顯的渦旋出現(xiàn)。在深入蝸殼的葉輪流道中,渦旋數(shù)量明顯增加,這是因為該區(qū)域的流體方向在葉輪旋轉(zhuǎn)和蝸殼使其變化過程中,同時受力分配促進了這種變化;在徑向截面上,能明顯看到速度方向和流線沿一個方向旋轉(zhuǎn),同時,流體均有由中心向外運動的趨勢,這是葉輪螺旋段螺旋推進作用后又一個重要組成部分離心段的離心力作用決定的,葉輪的螺旋段螺旋推進作用和離心段的能量轉(zhuǎn)換相互配合,構(gòu)成了螺旋離心泵工作的過程。
2015, 46(4):33-39. DOI: 10.6041/j.issn.1000-1298.2015.04.006
摘要:為研究多級離心泵導葉內(nèi)的流動損失,基于DES數(shù)值模擬方法,對某型多級離心泵進行瞬態(tài)模擬,并利用試驗驗證了數(shù)值方法的可靠性。在此基礎(chǔ)上,通過分析樣機流場模擬結(jié)果提出導葉內(nèi)損失的3種機理:漩渦、環(huán)流和碰撞。為減少導葉內(nèi)損失,運用葉輪設(shè)計方法重新設(shè)計了反導葉,并對過渡段進行光滑改進。模擬結(jié)果顯示改進反導葉和過渡段均能改善泵內(nèi)的流場,泵效率分別提高2.4%和1.7%;耦合優(yōu)化后導葉內(nèi)的速度矢量和流線均未顯示漩渦,環(huán)流和碰撞大大降低,泵效率提高2.9%。
2015, 46(4):40-46. DOI: 10.6041/j.issn.1000-1298.2015.04.007
摘要:為了研究可調(diào)后置導葉對軸流泵裝置水力性能的影響,基于雷諾時均方程和RNG k—ε湍流模型計算了各工況時7種調(diào)節(jié)角的后置導葉泵裝置的水力性能,分析了不同調(diào)節(jié)角時后置導葉的翼型繞流速度矢量,構(gòu)建了可調(diào)后置導葉對泵裝置能量性能影響的BP-ANN預測模型,并通過理論計算結(jié)合數(shù)值模擬驗證了預測模型的有效性。結(jié)果表明:當后置導葉調(diào)節(jié)角沿順時針方向增大時,軸流泵裝置的高效區(qū)向大流量方向偏移;沿逆時針方向增大時,泵裝置的高效區(qū)向小流量方向偏移。通過調(diào)節(jié)后置導葉可達到改善導葉體內(nèi)部流態(tài),減弱甚至消除導葉片進口沖角及尾部脫流等不良流態(tài)的目的,從而提高泵裝置的水力效率。建立的BP-ANN預測模型具有比較高的預測精度,預測精度在1%以內(nèi),可滿足實際工程預測要求。
朱榮生 , 曹梁 , 龍云 , 朱冬欣 , 付強 , 王振偉
2015, 46(4):47-52. DOI: 10.6041/j.issn.1000-1298.2015.04.008
摘要:針對350QW 1500—16—90型排污泵,運用CFD軟件ANSYS CFX對采用不等揚程水力設(shè)計方法2種方案和傳統(tǒng)等揚程水力設(shè)計方法1種方案在不同工況下泵內(nèi)部流動進行模擬分析,做出性能預測,并選取最優(yōu)方案進行試驗。研究結(jié)果表明:采用不等揚程水力設(shè)計方法可以減小葉輪工作面低壓區(qū)和回流,從而使泵有均勻的葉片出口靜壓及流速分布;利用CFD技術(shù)所獲得的揚程、效率的預測曲線和試驗所得到的性能曲線變化規(guī)律一致,無馬鞍區(qū),無過載現(xiàn)象發(fā)生,滿足設(shè)計要求,表明數(shù)值模擬較準確,對高比轉(zhuǎn)數(shù)排污泵設(shè)計有一定指導意義;隨著流量的增加,揚程曲線斜率絕對值增加,泵的最高效率點出現(xiàn)在1699.93m3/h時,最高效率為80.256%,最高效率點向大流量偏移,大流量區(qū)域效率曲線平緩,0.9Q~1.3Q為高效率區(qū),符合排污泵在大流量工況下運行的工作特性。
2015, 46(4):53-58. DOI: 10.6041/j.issn.1000-1298.2015.04.009
摘要:建立了包括混流式水輪機轉(zhuǎn)輪上冠和頂蓋間的空腔、泄水孔以及轉(zhuǎn)輪前密封間隙流道中的水體模型在內(nèi)的全流道幾何模型,通過三維數(shù)值模擬,研究了主流道內(nèi)速度和壓力分布以及空腔、泄水孔和密封間隙內(nèi)的流動特征,揭示了混流式水輪機上部空腔壓力與泄漏水量隨不同密封間隙尺寸、不同泄水孔直徑和數(shù)目的變化規(guī)律。根據(jù)數(shù)值模擬結(jié)果,最終確定水輪機泄水孔數(shù)目為6個,直徑為40mm,間隙寬度為1mm,該模型額定工況下流量為5109m3/h,間隙泄漏水量占機組流量的0.3%,水輪機效率為86.75%,與試驗測試結(jié)果基本一致,表明所研究的間隙流計算方法可為水輪機泄水孔直徑、數(shù)目以及密封間隙等細部結(jié)構(gòu)尺寸的權(quán)衡確定提供參考依據(jù)。
2015, 46(4):59-64. DOI: 10.6041/j.issn.1000-1298.2015.04.010
摘要:抽水蓄能電站的安全穩(wěn)定運行與水泵水輪機反S特性直接相關(guān)。在電站甩負荷工況下,時有發(fā)生調(diào)速器事故,導致水泵水輪機導葉拒動,使機組進入飛逸工況。而由于水泵水輪機的反S特性會使得機組參數(shù)不能像常規(guī)水輪機一樣快速收斂,甚至出現(xiàn)振蕩的現(xiàn)象,導致事故進一步擴大。針對布置有下游調(diào)壓室的抽水蓄能電站,采用線性化處理方法獲得了水泵水輪機反S特性曲線的傳遞函數(shù),并建立了流道—水輪機—發(fā)電機耦合的常微分數(shù)學模型,并進一步推導了水泵水輪機飛逸工況穩(wěn)定性的判別條件。結(jié)果表明飛逸振蕩的現(xiàn)象由多種因素共同決定,其中水泵水輪機飛逸點的曲線斜率為關(guān)鍵因素。利用已建立的物理模型平臺,對這些影響因素進行了分析,并驗證了所得的理論分析結(jié)論。
田麗梅 , 梅浩然 , 李新紅 , 王銀慈 , 楊樂 , 邵鵬
2015, 46(4):65-69,119. DOI: 10.6041/j.issn.1000-1298.2015.04.011
摘要:海豚特殊的皮膚結(jié)構(gòu)具有減阻功能,模仿其結(jié)構(gòu),設(shè)計了一種具有實際工程應用價值的仿生耦合功能表面,將其應用到離心式水泵的葉輪表面,進行水泵增效試驗研究。研究結(jié)果表明:這種仿生耦合功能表面可提高離心式水泵效率3%及以上;仿生耦合功能表面面層材料的硬度對水泵的效率影響顯著。分析認為其增效機制主要在于:表面面層材料與基底材料仿生結(jié)構(gòu)的耦合變形降低了葉輪流道壁面的摩擦力及吸收流體介質(zhì)對葉輪進、出口湍動能的方式實現(xiàn)對流體介質(zhì)的控制,從而降低離心泵水力損失,實現(xiàn)增效。
2015, 46(4):70-76,112. DOI: 10.6041/j.issn.1000-1298.2015.04.012
摘要:以內(nèi)蒙古河套灌區(qū)1982—2012年長系列農(nóng)業(yè)凈引水量和年降水量資料為基礎(chǔ),運用均值分析、方差分析、相關(guān)分析、時間序列分析和生存分析等數(shù)理統(tǒng)計學方法,并結(jié)合內(nèi)蒙古河套灌區(qū)農(nóng)業(yè)種植發(fā)展進程,分析了河套灌區(qū)多年農(nóng)業(yè)凈引水量變化趨勢與影響因素,得出年降水量(超過211.76mm時,即豐水年)和節(jié)水工程改造分別獨立地與農(nóng)業(yè)凈引水量呈明顯負相關(guān)關(guān)系的結(jié)論。運用時間序列法預測了2013、2014和2015年河套灌區(qū)的農(nóng)業(yè)凈引水量分別為44.5、44.18和43.86億m3;同時運用生存分析法預測了在灌區(qū)現(xiàn)有節(jié)水改造規(guī)模條件下,河套灌區(qū)農(nóng)業(yè)凈引水量區(qū)間為35~55億m3,平均為45億m3。
周罕覓 , 張富倉 , Roger Kjelgren , 吳立峰 , 高明霞
2015, 46(4):77-87. DOI: 10.6041/j.issn.1000-1298.2015.04.013
摘要:為探明半干旱地區(qū)蘋果幼樹水肥精準管理模式,研究了蘋果幼樹生理特性和水分生產(chǎn)率對不同水肥的響應機制,試驗設(shè)置4個灌水水平,其灌水上下限分別為田間持水率的75%~85%(W1)、65%~75%(W2)、55%~65%(W3)、45%~55%(W4)和3個施肥水平(N—P2O5—K2O),即高肥:0.6—0.6—0.2g/kg干土(F1)、中肥:0.4—0.4—0.2g/kg干土(F2)、低肥:0.2—0.2—0.2g/kg干土(F3)。結(jié)果表明:蘋果葉片相對含水率和飽和含水率以及葉綠素SPAD值均可以反映土壤水分的虧缺狀況;葉片脯氨酸含量最高和最低分別為F1W4和F3W1處理(F1W4比F3W1增加440.8%),丙二醛含量最高和最低分別為F3W4和F1W1處理(F3W4 比F1W1增加167%);葉片水分利用效率(WUE)最大值出現(xiàn)在F2W2處理,與F1W1相比,其凈光合速率Pn、蒸騰速率Tr、氣孔導度Gs分別減小了18.8%、29.1%、23.2%,但WUE卻增加了14.2%;水分生產(chǎn)率(CWP)最大值也基本上出現(xiàn)在F2W2處理,與F1W1相比,雖然其干物質(zhì)質(zhì)量減少了5.2%,但耗水量卻減少了16.4%,CWP增加了13.4%;葉片水分利用效率在一定程度上能夠反映其水分生產(chǎn)率,F(xiàn)2W2處理為節(jié)水、節(jié)肥的最佳水肥耦合模式。
衛(wèi)新東 , 汪星 , 汪有科 , 周玉紅 , 繆凌
2015, 46(4):88-97. DOI: 10.6041/j.issn.1000-1298.2015.04.014
摘要:為明確半干旱黃土丘陵區(qū)不同年齡無灌溉旱作矮化修剪密植棗林的根系分布范圍與其土壤水分的空間關(guān)系,利用根鉆法測定棗林株間不同深度的根系分布、棗樹主干就近位置的根系量,并采用土鉆取土和中子儀定位測定結(jié)合了解不同年齡的棗林10m深度的土壤水分。結(jié)果表明:隨著樹齡增加,1、3、5、12a棗樹根系最大深度年平均增值在減小,12a棗林垂直根系達520cm。棗樹株間100cm處向下的根系深度較淺,棗林的垂直根系最大和最小值之差先增加后減小,12a棗林垂直根系之差只有180cm。研究區(qū)棗樹株間水平根系在棗林3a時開始交匯,棗樹水平根系延伸無法確定,所得到的水平方向根系實際是棗林多株樹匯集的根系。棗林垂直根系對土壤水分的垂直變化作用顯著,但矮化修剪密植棗林株間根系深度差異并沒有造成土壤水分因此而波動。隨著棗樹樹齡的增加根系深度和土壤水分干層均增加,0~2m土層的土壤水分年內(nèi)變化幅度也增加,而且根層范圍的土壤水分隨著樹齡增加在降低,但是土壤干層深度稍大于測得的根系深度。
2015, 46(4):98-105. DOI: 10.6041/j.issn.1000-1298.2015.04.015
摘要:在河套灌區(qū)進行不同覆蓋措施秋澆田間凍融試驗,研究其對鹽漬土壤凍融特性及秋澆灌水質(zhì)量的影響,試驗設(shè)5個處理,分別為秸稈覆蓋量0.9kg/m2(F0.9)、秸稈覆蓋量0.6kg/m2(F0.6)、玉米整稈覆蓋(YZ)、地膜覆蓋(DM)、未覆蓋(CK)。研究表明:覆蓋秋澆后,不同地面覆蓋的輸熱能力對地層的熱響應有著不同的影響,不同覆蓋影響了土壤凍結(jié)融化推進過程,改變了土壤凍結(jié)深度對氣溫負積溫的響應關(guān)系,通過初步確定凍結(jié)期凍土深度與負積溫變化的定量關(guān)系,可用氣溫負積溫來判斷和預測凍結(jié)期內(nèi)土壤凍結(jié)深度的變化。從凍融期結(jié)束后春玉米播期的土壤水、鹽、熱3方面綜合考慮不同地面覆蓋對秋澆灌水質(zhì)量的影響,各覆蓋處理均較CK顯著提高了春玉米播期0~10、0~40和0~120cm的土壤儲水量,但覆蓋使得土層0~20cm土壤含水率偏高,不利于春玉米播種及出苗。覆蓋處理均較CK顯著降低了表層0~10cm及耕層0~40cm土壤含鹽量,整稈覆蓋YZ的控鹽效果最好。地膜覆蓋下春玉米的適宜播期較CK提前了7d,而秸稈覆蓋較CK延后了6~7d。覆蓋措施顯著提高了玉米的出苗率,處理YZ與F0.9出苗率顯著高于F0.6和DM。
王升 , 陳洪松 , 聶云鵬 , 付智勇 , 王克林 , 丁亞麗
2015, 46(4):106-112. DOI: 10.6041/j.issn.1000-1298.2015.04.016
摘要:選取都安氣象站5年(2008—2012年)的逐日氣象數(shù)據(jù),包括日最高氣溫、最低氣溫、平均風速、日照時數(shù)以及相對濕度5個氣象要素的不同組合作為輸入,并以FAO—56 Penman—Monteith法(FAO P—M)的計算結(jié)果作為標準值,采用基因表達式編程算法(GEP)及徑向基函數(shù)網(wǎng)絡算法(RBFNN)對參考作物騰發(fā)量ETo進行模擬計算,并將模擬結(jié)果與Hargreaves模型的計算結(jié)果進行比較,用決定系數(shù)R2和均方根誤差RMSE作為評價指標。結(jié)果表明,GEP模型能夠捕捉到ETo的變化,具有較強的適用性,與FAO P—M公式的計算值有很高的一致性。引入關(guān)鍵氣象因子(氣溫和相對濕度)后,模型的決定系數(shù)R2達到0.914,均方根誤差RMSE為0.240mm/d。在相同輸入情況下GEP模型計算精度高于RBFNN模型和Hargreaves模型,并建立了可以替代Hargreaves模型的GEP模型及缺少相對濕度RH時的GEP模型。結(jié)果表明,在缺乏相關(guān)氣象因子時,可以利用GEP模型模擬ETo。
2015, 46(4):113-119. DOI: 10.6041/j.issn.1000-1298.2015.04.017
摘要:依據(jù)土壤水動力學理論,結(jié)合負壓灌溉條件下土壤水分運動特征,建立了土壤水分入滲模型。利用HYDRUS—2D對所建模型求解,并模擬在負壓地下灌溉下,水分在土壤垂直剖面隨時間的入滲變化規(guī)律。將模擬結(jié)果與試驗測量結(jié)果進行對比驗證,結(jié)果表明,兩者相對誤差為2%~4%,所建模型可以有效描述負壓地下灌溉條件下土壤水分入滲規(guī)律。利用該模型模擬研究了不同灌水器半徑(8、10、12cm)和不同土質(zhì)(北京地區(qū)土壤和基質(zhì))下土壤水分的入滲情況。結(jié)果表明:灌水器半徑是影響土壤水分入滲的顯著性因素。灌水器半徑越大,水分入滲速率越快。灌水器尺寸對入滲起始時的入滲延遲有較大影響,灌水器半徑越大,延遲越小。土壤水分入滲速率與灌水器半徑呈正相關(guān)。
王衛(wèi)華 , 李建波 , 王鑠 , 王全九 , 周廣林
2015, 46(4):120-125. DOI: 10.6041/j.issn.1000-1298.2015.04.018
摘要:采用3S技術(shù)相結(jié)合的方法,在陜西省涇惠渠灌區(qū)研究了土壤熱特性參數(shù)區(qū)域尺度的空間變異性,結(jié)果表明:土壤熱容量、熱擴散率及土壤導熱率在該區(qū)域尺度下屬于中等變異,土壤熱擴散率和導熱率的空間異質(zhì)性較強,而土壤熱容量的空間異質(zhì)性相對土壤熱擴散率和導熱率表現(xiàn)較弱,三者均具有較強的空間依賴性。土壤熱容量、熱擴散率及土壤導熱率的最優(yōu)擬合模型分別為指數(shù)、球型、高斯模型,推薦三者的采樣間距分別為2.67、3.68、2.7km,推薦該區(qū)域范圍內(nèi)土壤熱特性參數(shù)空間變異采樣間距的最優(yōu)值為3km。在描述土壤熱特性參數(shù)空間變異特征的基礎(chǔ)上,建立利用土壤物理基本參數(shù)擬合土壤熱特性參數(shù)的簡單公式,并驗證了此方法的適用性,決定系數(shù)R2達0.80以上,利用此方法能夠?qū)崿F(xiàn)土壤熱特性參數(shù)的空間變異特征在復雜程度上的定量化。
2015, 46(4):126-131,125. DOI: 10.6041/j.issn.1000-1298.2015.04.019
摘要:采用田間試驗,對不同保水劑用量條件下冬小麥碳吸收、碳排放、碳成本、碳效率及碳凈匯等進行了研究。結(jié)果表明:農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程中雖然保水劑和各種農(nóng)資投入會產(chǎn)生一定的碳足跡,但其同時促進了作物生長,提高了作物的干物質(zhì)量,從而顯著提高碳吸收,降低碳成本,提高碳效率和碳凈匯。各處理中60kg/hm2保水劑用量的碳成本最低,較對照減少了25.6%,而其碳效率和碳凈匯最大,較對照分別提高了35.3%和30.6%。施用保水劑提高了冬小麥的水分利用效率,且以60kg/hm2保水劑用量效果最佳。相關(guān)性分析表明水分利用效率與碳吸收、碳效率和碳凈匯呈顯著正相關(guān),而與碳成本呈極顯著負相關(guān)。
胡玉福 , 鄧良基 , 肖海華 , 舒向陽 , 黃成毅 , 羅瀾芳
2015, 46(4):132-140. DOI: 10.6041/j.issn.1000-1298.2015.04.020
摘要:以西昌市邛海盆地為研究區(qū)域,隨機均勻布點采集386個耕作層土壤樣點,分析化驗土壤理化性質(zhì),運用地統(tǒng)計學方法和GIS技術(shù)研究邛海盆地表層土壤氮素含量的空間變異特征,利用方差分析、緩沖區(qū)分析和回歸分析定量分析區(qū)域內(nèi)土壤氮素空間變異的影響因素。研究結(jié)果表明,研究區(qū)表層土壤全氮和速效氮含量分別為(1.85±0.51)g/kg和(138.5±47.7)mg/kg,屬較豐富水平,變異系數(shù)分別為27.52%和32.24%,屬中等差異強度;土壤全氮和速效氮具有中等程度的空間相關(guān)性,空間變異均以隨機變異為主,具有各向異性特征,在西北—東南方向上空間變異相對劇烈;研究區(qū)土壤全氮和速效氮含量總體上呈條帶狀或斑塊狀分布特征,高值區(qū)主要位于西昌市的東南郊區(qū),并以此高值中心向南、向東和向北3個方向逐步遞減,低值區(qū)主要出現(xiàn)在邛海北面近湖岸地帶。影響因素分析結(jié)果表明,土地利用方式、土壤母質(zhì)、土壤質(zhì)地、土壤pH值、城鎮(zhèn)、河流、邛海湖對土壤全氮和速效氮空間變異具有顯著影響,而道路對土壤氮素空間變異影響不顯著。
2015, 46(4):141-146. DOI: 10.6041/j.issn.1000-1298.2015.04.021
摘要:采用室內(nèi)試驗,用平均粒徑約2cm的礫石,在長4m、寬15cm、高50cm的水槽內(nèi)堆積厚為5cm的礫石層,在坡度為4°、8°、12°和流量為3、6、12L/min條件下,距離電解質(zhì)脈沖發(fā)生器0.3、0.6、0.9、1.2、1.5m處放置探針,測量電導率變化過程,計算水流的最大流速、優(yōu)勢流速和平均流速,并用染色劑示蹤法對比礫石層中水流的最大測量流速。結(jié)果表明,試驗所用各工況,流量對流速的影響不顯著,坡度增大,流速明顯增大。試驗條件下,水流的優(yōu)勢流速變化范圍為0.031~0.070m/s,優(yōu)勢流速與最大流速的比值穩(wěn)定,在0.81~0.83之間。平均流速與優(yōu)勢流速的比值隨坡長的增加逐漸增大,增長的速率逐漸減小并趨于穩(wěn)定。平均流速與最大流速的比值在0.68~0.78之間,并隨距離的增加稍有增大。
2015, 46(4):147-154,182. DOI: 10.6041/j.issn.1000-1298.2015.04.022
摘要:通過室內(nèi)模擬降雨試驗,研究降雨強度和地形因子(坡度和坡長)對黑土區(qū)坡面土壤侵蝕過程的影響。試驗處理包括2個降雨強度(50、100mm/h),2個坡度(5°、10°),2個坡長(5、10m)。結(jié)果表明:不同試驗處理條件下,當降雨強度由50mm/h增加到100mm/h,坡面徑流量增加1.4~12.4倍;當坡長由5m增加到10m,坡面徑流量增加0.1~3.1倍;坡度對坡面徑流量的影響較復雜,受降雨強度和坡長的綜合影響。降雨強度、坡度和坡長皆對坡面侵蝕量有重要影響。當降雨強度由50mm/h增加到100mm/h時,坡面侵蝕量增加4.2倍;當坡度由5°增加到10°時,侵蝕量增加0.4倍;當坡長由5m增加到10m時,侵蝕量增加0.5倍,表明降雨強度增加對黑土區(qū)坡面侵蝕量影響最大。而當降雨強度、坡度和坡長均增大時,坡面侵蝕量增加18.0倍,說明這3個因素交互作用對坡面侵蝕的影響遠大于各因素的單獨影響或2個因素交互作用的影響。坡面徑流量與降雨強度的關(guān)系最密切,其次是降雨強度—坡長交互作用和降雨強度—坡度—坡長交互作用;坡面侵蝕量與降雨強度—坡度—坡長交互作用的相關(guān)關(guān)系最顯著,其次是降雨強度和降雨強度—坡長交互作用。分別建立了坡面徑流量和侵蝕量與降雨強度、坡度和坡長的經(jīng)驗關(guān)系式。
2015, 46(4):155-160. DOI: 10.6041/j.issn.1000-1298.2015.04.023
摘要:提出了一種室內(nèi)土壤入滲試驗裝置,可以直接觀測入滲過程中水分在環(huán)內(nèi)土壤中的運動過程。詳細描述了該裝置的構(gòu)成、工作原理和試驗方法與過程。該裝置由可以拆分的土槽和入滲環(huán)及可以透視的有機玻璃板組成。將入滲環(huán)打擊進入土槽內(nèi)土壤后,用鋼板將環(huán)內(nèi)的土壤沿徑向切分成兩半,移去其中一個半環(huán)及其中的土壤。用有機玻璃板封閉和固定另一半環(huán)內(nèi)的土壤,用于進行土壤水分入滲過程的可視化試驗,觀察環(huán)式入滲儀內(nèi)的水分運動過程。用采自北京的粉壤土進行入滲過程試驗,同時根據(jù)水量平衡原理計算得到土壤入滲性能曲線。剖切面的濕潤過程直觀地顯示了入滲環(huán)內(nèi)水分的入滲過程存在優(yōu)先流,不僅影響初始入滲過程,而且對整個入滲過程均產(chǎn)生影響。根據(jù)土壤濕潤體所指示的土壤入滲特征將整個入滲過程劃分為3個階段: 初始入滲階段、過渡階段和穩(wěn)滲階段。
2015, 46(4):162-167. DOI: 10.6041/j.issn.1000-1298.2015.04.024
摘要:為克服傳統(tǒng)地形分類方法中僅依據(jù)單一指標(如高程)的缺點,以鐘祥市土壤有機質(zhì)空間分布為例,綜合由30m精度數(shù)字高程模型生成的地形因子,依據(jù)其在不同地形條件下的層次組合規(guī)律構(gòu)建地形分類規(guī)則,精確地劃分為13種典型地形單元,并運用普通克里金法對不同地形單元內(nèi)的土壤樣本插值,獲得相應區(qū)域的土壤有機質(zhì)空間分布。通過組合各地形范圍下的結(jié)果,以獲取蘊含地形因素影響的有機質(zhì)空間分布。研究發(fā)現(xiàn),地形起伏較大的地形單元的預測精度與全局預測結(jié)果精度相似度達0.75,而地勢平緩區(qū)域內(nèi)的預測精度大幅度提升,比全局預測結(jié)果精度提升了16.39%,因此基于地形單元的空間預測可以精確有效地獲取土壤有機質(zhì)空間特征。利用地形分區(qū)獲取較高精度的有機質(zhì)空間分布,進一步探討了有機質(zhì)地統(tǒng)計學研究中地形的協(xié)同影響。
2015, 46(4):168-175. DOI: 10.6041/j.issn.1000-1298.2015.04.025
摘要:選取河南省北部、中部和南部典型研究樣區(qū),將空間粒度方法引入并應用于地表水體多樣性的研究中。在總結(jié)前人研究水體多樣性測度方法的基礎(chǔ)上,提出新的方法——空間分布長度指數(shù)(MSHDLI),并在1km×1km網(wǎng)格尺度下研究MSHDLI、水網(wǎng)密度(RD)和空間分布面積指數(shù)(MSHDAI)的粒度效應、相關(guān)性和相關(guān)系數(shù)的粒度響應、尺度效應關(guān)系及回歸模型。結(jié)果表明:隨著粒度的增加,MSHDLI、RD和MSHDAI的粒度響應曲線均為下降型;MSHDLI與RD和MSHDAI有顯著的相關(guān)關(guān)系,平均相關(guān)系數(shù)r分別為0.997和0.878(P<0.01),且MSHDLI與RD、MSHDAI相關(guān)系數(shù)的粒度效應屬于顯著正相關(guān)關(guān)系;MSHDLI與RD的擬合度函數(shù)均是對數(shù)函數(shù),MSHDLI與MSHDAI的擬合度函數(shù)均是多項式函數(shù);由三者的多元線性回歸模型可知MSHDLI與RD、MSHDAI線性相關(guān)且對它們的解釋程度達到95%以上。MSHDLI可以將RD描述水資源廣度和MSHDAI描述水資源空間分布離散性的優(yōu)勢結(jié)合起來。
2015, 46(4):176-182. DOI: 10.6041/j.issn.1000-1298.2015.04.026
摘要:采用單重和多重分形方法分析晉西黃土丘陵溝壑區(qū)土壤粒徑分布特征、不同土地利用類型對土壤粒徑分形參數(shù)的影響以及分形參數(shù)與土壤粒徑分布之間的關(guān)系。結(jié)果表明:黃土高原不同地區(qū)的土壤粒徑分布不同,采用激光法測定的土壤粒徑分布在粉粒域和砂粒域內(nèi),需要通過優(yōu)化來重新確定粘粒域、粉粒域和砂粒域3個尺度域的界線。通過測定得出研究流域內(nèi)土壤粒徑分布在20~100μm 較為狹窄的范圍內(nèi),呈現(xiàn)明顯的非均勻性,需要采用多重分形來表述其分布特征。粉粒域維數(shù)Dsilt與粘粒和粉粒的體積分數(shù)呈極顯著正相關(guān)關(guān)系(P<0.01),而砂粒域維數(shù)Dsand與砂粒體積分數(shù)呈負相關(guān)關(guān)系且不顯著,可以利用Dsilt預測土壤質(zhì)地的變化和不同土地利用類型遭受侵蝕的程度。不同土地利用類型對土壤粘粒、粉粒、砂粒的體積分數(shù)以及粉粒域維數(shù)Dsilt、容量維數(shù)D0、信息維數(shù)D1和信息維數(shù)與容量維數(shù)的比值D1/D0有極顯著影響(P<0.01),對砂粒域維數(shù)Dsand有顯著影響(P<0.05),表明可用多重分形參數(shù)作為反映土地利用類型對土壤物理性質(zhì)影響的指標。
蔡耀輝 , 吳普特 , 朱德蘭 , 李向明 , 張林 , 陳俊英
2015, 46(4):183-188. DOI: 10.6041/j.issn.1000-1298.2015.04.027
摘要:提出了一種滲灌用粘土基微孔陶瓷的低成本制備工藝,通過對比不同制備工藝對粘土基微孔陶瓷的抗彎強度、線收縮率和開口孔隙率的影響規(guī)律,篩選出綜合具有較高抗彎強度、較小線收縮率和較高開口孔隙率微孔陶瓷的最佳制備工藝。研究表明: 燒結(jié)溫度及爐渣的摻量和粒徑對粘土基微孔陶瓷的物相成分、抗彎強度、線收縮率、開口孔隙率和微觀結(jié)構(gòu)有較大影響。其中,燒結(jié)溫度為1.075℃,爐渣摻量質(zhì)量分數(shù)為10%~30%的粗顆粒粘土基微孔陶瓷具有9.0~11.0MPa的抗彎強度、3.8%~4.7%的線收縮率和36.8%~44.8%的開口孔隙率,是制備滲灌灌水器的理想材料。
2015, 46(4):189-193,232. DOI: 10.6041/j.issn.1000-1298.2015.04.028
摘要:設(shè)計了生物質(zhì)高溫蒸汽氣化實驗平臺,主反應器為高溫蒸汽發(fā)生系統(tǒng)和帶有喉口的下吸式氣化爐。利用該實驗平臺對木屑進行高溫蒸汽氣化研究,氣化過程通入的蒸汽溫度控制在600~1000℃。實驗結(jié)果表明:高溫蒸汽既是氣化過程的氣化劑又是部分熱載體,能有效提高氣化效率,并維持爐內(nèi)溫度場的穩(wěn)定。實驗條件下,氣化氣可燃組分體積分數(shù)達到77%以上,當蒸汽溫度為(948±4)℃時,氣化氣中H2體積分數(shù)達到(51.83±0.12)%,氣體熱值為9.81MJ/m3,H2/CO組分比達到2.17,氣化氣可持續(xù)穩(wěn)定燃燒,氣化性能較為理想。
程洪 , 孫宇瑞 , Wolfgang Buescher , 程強
2015, 46(4):194-199. DOI: 10.6041/j.issn.1000-1298.2015.04.029
摘要:為了實現(xiàn)對青黃貯裹包飼料有氧變質(zhì)的風險預測,針對破損青黃貯裹包飼料內(nèi)部溫度變化問題,以青黃貯黑麥草及青黃貯苜蓿為對象展開了研究。設(shè)計了特定的貫入儀,在不引入空氣的情況下將溫度傳感器植入裹包飼料內(nèi),實現(xiàn)了監(jiān)測裹包內(nèi)特定位置溫度變化的可操作化。采用兩種方案分別對黑麥草裹包飼料與苜蓿裹包飼料內(nèi)特定位置的溫度進行監(jiān)測,發(fā)現(xiàn)在裹包破損后,距離裹包破損口越近的飼料發(fā)生溫升越早;對裹包內(nèi)上部與下部相對應的溫度檢測值進行配對t檢驗,試驗結(jié)果表明,破損裹包內(nèi)與破損口距離相等但分處在裹包上部與下部對稱的兩點溫升過程具有顯著差異;分別對不同干物質(zhì)含量的青黃貯苜蓿與黑麥草裹包飼料溫升曲線進行對比,干物質(zhì)含量較高的青黃貯裹包飼料較干物質(zhì)含量低的溫升快。制定了裹包內(nèi)溫度場分布數(shù)據(jù)的獲取方案,并實現(xiàn)了溫度場的可視化。
王頌萍 , 任發(fā)政 , 羅潔 , 彭海鑫 , 王宇涵
2015, 46(4):200-210. DOI: 10.6041/j.issn.1000-1298.2015.04.030
摘要:嬰幼兒配方奶粉是非母乳喂養(yǎng)嬰兒最重要的營養(yǎng)來源,我國嬰幼兒配方奶粉市場需求巨大,但基礎(chǔ)營養(yǎng)與加工技術(shù)研究起步較晚。本文從母乳營養(yǎng)需求、配方奶粉標準和奶粉基料研發(fā)等方面,詳細介紹了嬰幼兒配方奶粉的營養(yǎng)學研究進展;從干法與濕法等生產(chǎn)工藝對配方奶粉特性的影響方面論述了嬰幼兒配方奶粉加工技術(shù)的研究進展;同時也討論了嬰幼兒奶粉中存在的危害風險,為我國嬰幼兒配方奶粉在基料選擇、生產(chǎn)技術(shù)和產(chǎn)業(yè)發(fā)展方面提供參考。
2015, 46(4):211-218. DOI: 10.6041/j.issn.1000-1298.2015.04.031
摘要:凝固工序是豆腐生產(chǎn)的關(guān)鍵工序,直接影響豆腐的品質(zhì)和得率。凝固溫度和凝固時間是影響凝固工序的2個關(guān)鍵因素。為了分析凝固溫度和時間對豆?jié){凝固過程的影響,研究了豆?jié){在凝固過程中流變特性的在線檢測方法,采用電阻抗圖譜法和動態(tài)流變法檢測豆?jié){在凝固過程中電特性和流變特性的變化,建立了不同凝固溫度下電特性和流變特性的關(guān)系模型。結(jié)果表明,電阻抗圖譜法和動態(tài)流變法均能分析豆?jié){的凝固過程,其過程由兩段一級反應組成且符合連續(xù)一級反應模型;第1段反應速率隨著溫度的增加而增大,是第2段反應速率的10多倍;根據(jù)電阻率、彈性模量和黏性模量計算得到活化能分別為17.82、112.90、53.72kJ/mol,表明豆?jié){在凝固過程中流變特性的變化受溫度的影響更大。電特性測量提供了豆?jié){在凝固過程中流變特性的在線檢測方法。
董慶利 , 王海梅 , Pradeep K Malakar , 劉陽泰
2015, 46(4):219-225,272. DOI: 10.6041/j.issn.1000-1298.2015.04.032
摘要:為定量描述氣單胞菌在不同介質(zhì)間的轉(zhuǎn)移及變化過程,基于單個細菌在每次轉(zhuǎn)移過程中只能被轉(zhuǎn)移到一個介質(zhì)表面的假設(shè),采用矩陣方式將氣單胞菌的轉(zhuǎn)移路徑及被轉(zhuǎn)移的可能性集中于一個二維的數(shù)據(jù)表格之中,并對不同場景下氣單胞菌在不同介質(zhì)表面的交叉污染水平進行分析。結(jié)果表明,采用矩陣方式不僅可用于探究交叉污染對細菌受體表面帶菌量的變化,同時可定量分析細菌供體表面帶菌量的變化,如在分割冷卻豬肉前、后,豬肉中氣單胞菌的帶菌量平均值分別為3.02 lg CFU/g、1.82 lg CFU/g。對不同場景下各介質(zhì)帶菌量的量化結(jié)果證實:分割冷卻豬肉后,若及時對被污染的案板、刀具等介質(zhì)進行清洗或更換,可有效降低交叉污染水平并可預防二次交叉污染的發(fā)生。
趙金紅 , 朱明慧 , 溫馨 , 姜云棟 , 康佳琪 , 倪元穎
2015, 46(4):226-232. DOI: 10.6041/j.issn.1000-1298.2015.04.033
摘要:研究了25℃下芒果的吸附等溫線,實驗數(shù)據(jù)采用GAB模型進行非線性擬合,結(jié)果表明芒果的吸附等溫線呈“J”型,其單分子層干基含水率為0.107g/g。芒果的狀態(tài)圖由凍結(jié)曲線、玻璃化轉(zhuǎn)變溫度曲線和最大凍結(jié)濃縮狀態(tài)組成,其中凍結(jié)溫度和玻璃化轉(zhuǎn)變溫度由差示掃描量熱儀(DSC)測量得到。凍結(jié)溫度和玻璃化轉(zhuǎn)變溫度的實驗數(shù)據(jù),分別采用Clausius—Clapeyron方程和Gordon—Taylor方程進行非線性擬合。實驗結(jié)果顯示,最大凍結(jié)濃縮狀態(tài)時的固形物濕基質(zhì)量分數(shù)為84%,在此狀態(tài)下的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度為-52.9℃。狀態(tài)圖的建立能夠預測芒果貯藏過程的穩(wěn)定性,并且能夠提供最適干燥或冷凍加工條件。
呂為喬 , 韓清華 , 李樹君 , 周海軍 , 趙東林 , 朱衛(wèi)華
2015, 46(4):233-237. DOI: 10.6041/j.issn.1000-1298.2015.04.034
摘要:研究了姜片在單位質(zhì)量微波功率0.8、1.2、1.6W/g(干基)條件下的干燥過程,擬合分析了微波流態(tài)化干燥姜片的數(shù)學模型,認為Wang—Singh模型最適合描述微波干燥姜片的降水過程。通過核磁共振(NMR)技術(shù)研究了姜片干燥過程中水分的流動特點,發(fā)現(xiàn)干燥過程中自由水很快轉(zhuǎn)變成不易流動的束縛水,整個干燥過程以干燥束縛水為主;在最后階段束縛水降低到一定程度,結(jié)合水含量增加;微波流態(tài)化干燥過程中去水不均的現(xiàn)象沒有完全消除。研究為控制微波干燥姜片的降水過程和工藝優(yōu)化提供了理論依據(jù)。
2015, 46(4):238-245. DOI: 10.6041/j.issn.1000-1298.2015.04.035
摘要:針對移動環(huán)境的檢測需要,設(shè)計了一套基于GPRS的遠程檢測無線電子鼻系統(tǒng),主要包括氣敏傳感陣列、信號調(diào)理模塊、微處理器模塊、GPRS模塊和遠程測控系統(tǒng)5部分。對系統(tǒng)的遠程通信性能進行測試,發(fā)現(xiàn)電子鼻數(shù)據(jù)發(fā)送周期在400ms以上時,系統(tǒng)的通信時延、傳輸速率和累計丟包率都能滿足無線電子鼻檢測的要求;利用本系統(tǒng)對采摘后的芒果實施檢測研究,得到的香氣響應特性曲線清晰、穩(wěn)定;構(gòu)建芒果貯藏天數(shù)的預測模型,結(jié)果發(fā)現(xiàn),對照組逐步回歸模型雖然整體預測效果不理想,但對第4和6天的芒果仍有一定的預測效果,而試驗組逐步回歸模型、對照組基于線性判別的支持向量機(LDA—SVM)模型和試驗組LDA—SVM模型對芒果貯藏天數(shù)都具有較好的預測效果。
2015, 46(4):246-251. DOI: 10.6041/j.issn.1000-1298.2015.04.036
摘要:為研究引起蘋果濃縮汁污染腐敗的高滲酵母,采用YPD高滲培養(yǎng)基對陜西蘋果汁加工廠的蘋果濃縮汁中的高滲酵母進行分離純化,并對分離菌株的耐糖能力進行了研究。對分離菌株菌落形態(tài)、細胞形態(tài)、生理生化特征進行了分析,并以26S rDNA 序列構(gòu)建系統(tǒng)發(fā)育樹,確定了7株分離菌的遺傳學位置。進一步研究了分離株在蘋果濃縮汁中的生長情況。除一株分離菌為熱帶假絲酵母(Candida tropicalis)外,其余分離株均為魯氏接合酵母(Zygosaccharomyces rouxii)。魯氏接合酵母(Z. rouxii)能夠在葡萄糖質(zhì)量濃度為900g/L的培養(yǎng)基中生長,耐糖能力明顯強于熱帶假絲酵母(C. tropicalis),并且魯氏接合酵母(Z. rouxii)也能夠在蘋果濃縮汁中生長。結(jié)果表明:魯氏接合酵母(Z. rouxii)會對蘋果濃縮汁質(zhì)量造成威脅,需要加強控制。
2015, 46(4):252-260,218. DOI: 10.6041/j.issn.1000-1298.2015.04.037
摘要:為探究土壤環(huán)境中無線地下傳感器網(wǎng)絡節(jié)點部署要求、信號傳輸及其應用環(huán)境的特性,分別以240、433和868MHz為載波頻率,研究了無線信道下地上至地下、地下至地上和地下至地下3種通信方式中無線射頻信號的傳播特性和節(jié)點埋藏深度、水平節(jié)點間距離以及土壤含水率等影響因素之間的關(guān)系,獲得了接收信號強度、誤碼率等數(shù)據(jù),并進行了統(tǒng)計分析。試驗結(jié)果表明,節(jié)點埋藏深度和土壤含水率對AG—UG和UG—AG通信中RSSI和BER影響的24種模型擬合優(yōu)度,R2最大為0.997,最小為0.910。水平節(jié)點間距離和土壤含水率對UG—UG通信中RSSI和BER影響的12種模型擬合優(yōu)度,R2最大為0.971,最小為0.866。此外,建立了433MHz頻率下RSSI變化的三維曲面,可直觀反映土壤環(huán)境下無線信號的傳播特性,并采用SPSS軟件對模型進行了驗證。AG—UG和UG—AG通信中,擬合優(yōu)度R2最小為0.954,最大為0.998,均方根誤差RMSE在0.729~3.198dBm之間。UG—UG通信中,擬合優(yōu)度R2最小為0.854,最大為0.960。均方根誤差RMSE在3.238~6.553dBm之間。驗證試驗結(jié)果表明,該模型可以較好地預測不同條件通信中的接收信號強度,為土壤環(huán)境中無線地下傳感器網(wǎng)絡的部署和系統(tǒng)的建立提供了技術(shù)支持。
周海洋 , 孫宇瑞 , P. Schulze Lammers , 單桂林 , 程強 , 溫渤嬰
2015, 46(4):261-265. DOI: 10.6041/j.issn.1000-1298.2015.04.038
摘要:設(shè)計了一種水平放置管式結(jié)構(gòu)的介電水分傳感器測量系統(tǒng),通過水平往復移動掃描,測量一定深度下水平剖面的土壤水分。水分傳感器的測量原理為頻域(FD)外緣場阻抗法,該系統(tǒng)實現(xiàn)了土壤水平剖面含水率的線掃描測量,其最大掃描長度為380cm。為了檢驗該測量系統(tǒng)的技術(shù)性能與可應用性,結(jié)合農(nóng)田滴灌試驗給出了2個點源激勵下土壤入滲的應用測試案例。試驗結(jié)果顯示了不同質(zhì)地土壤的入滲差異并記錄了點源激勵下土壤入滲過程的時間、空間三維數(shù)據(jù)。
2015, 46(4):266-272. DOI: 10.6041/j.issn.1000-1298.2015.04.039
摘要:以2014年兩次在陜西省乾縣田間采集的129個黃綿土土壤樣本為研究對象,建立土壤含水率定量反演模型。在土壤風干過程中測量光譜反射率及含水率,分析土壤含水率與光譜反射率之間的關(guān)系,并利用一元線性及指數(shù)回歸建立土壤含水率光譜預測模型。結(jié)果表明在400~1340、1460~1790、1960~2390nm波長范圍內(nèi),與含水率相關(guān)性最大的反射率對應的波長分別為570、1460、1960nm;吸收深度最大的波長位于490、1460、1960nm。土壤光譜特征指標與含水率之間的線性相關(guān)關(guān)系優(yōu)于指數(shù)相關(guān)關(guān)系。以特征波長1980nm(C1980)、1980nm的吸收深度(D1980)和1480nm的吸收深度(D1480)為自變量建立的線性模型為土壤含水率預測的最優(yōu)模型,校正和驗證的決定系數(shù)R2大于0.92,相對預測偏差(RPD)大于2.5,均方根誤差(RMSE)小于2.5%。研究表明利用自然土樣,在風干過程中進行土壤含水率光譜快速預測是完全可行的,從而為遙感實時、快速監(jiān)測土壤水分含量及大面積土壤水分反演提供了參考。
2015, 46(4):273-276,251. DOI: 10.6041/j.issn.1000-1298.2015.04.040
摘要:基于激光誘導葉綠素熒光光譜分析技術(shù),提出了一種基于支持向量機理論的光能利用效率預測方法。同步采集黃瓜葉片的葉綠素熒光光譜、凈光合速率和光合有效輻射,選取500~800nm波段的葉綠素熒光光譜作為研究對象,首先對原光譜進行SG—FDT預處理;其次對預處理的光譜采用PCA方法提取特征值,根據(jù)累計貢獻率選取前10個主成分代替原光譜信息;最后通過支持向量機建立光能利用效率預測模型。通過對懲罰系數(shù)C和核函數(shù)參數(shù)g的大量測試,最終確定C為0.03125、g為1,并利用60個訓練樣本對模型進行訓練。10個測試樣本的預測結(jié)果表明,測試樣本的平均誤差為8.94%,具有很好的預測效果。
2015, 46(4):277-281,308. DOI: 10.6041/j.issn.1000-1298.2015.04.041
摘要:針對當前水產(chǎn)致病菌傳統(tǒng)檢測方法中存在目標菌分離難、檢測時間長、自動化程度低等問題,提出了一種基于磁控分離的水產(chǎn)致病菌微流控檢測方法。設(shè)計了具有自動進樣、磁控分離以及電化學阻抗檢測等一體化功能的微流控芯片,創(chuàng)建了檢測系統(tǒng)實驗平臺,優(yōu)化選擇了系統(tǒng)阻抗檢測頻率、磁控力及目標菌捕獲時間等參數(shù),并以常見水產(chǎn)致病菌大腸桿菌O157:H7為例對檢測性能指標進行了實驗驗證,結(jié)果表明,與精度較高的標準平板計數(shù)法相比,檢測精度基本相同,但避免了人工培養(yǎng),檢測時間由48h減少為50min,具有較高的分離檢測速度和檢測自動化水平。
包瑞新 , Edoardo Sabbioni , 于會龍 , 張濤
2015, 46(4):282-288,301. DOI: 10.6041/j.issn.1000-1298.2015.04.042
摘要:單獨的輪胎魔術(shù)公式參數(shù)通常需要通過昂貴的試驗設(shè)備和大量的試驗數(shù)據(jù)才能夠確定,之后這些參數(shù)在設(shè)計階段將被應用于車輛模型來模擬車輛的操縱動力學行為。建立了包含定常統(tǒng)計特性噪聲的汽車動力學模型,利用龍格—庫塔方法模擬模型,引入輔助粒子濾波技術(shù),通過二次加權(quán)操作,較好地實現(xiàn)了輪胎參數(shù)的估計,并最終代入動力學方程,實現(xiàn)了車輛側(cè)向力等參數(shù)的估計。同時進行了場地試驗。結(jié)果表明,輔助粒子濾波技術(shù)改善了標準粒子濾波算法的精度,驗證了算法的有效性。
張紅光 , 劉昊 , 李嘉辰 , 趙光耀 , 姚寶峰 , 王焱
2015, 46(4):289-295,350. DOI: 10.6041/j.issn.1000-1298.2015.04.043
摘要:設(shè)計了一套快速壓縮機試驗臺架,并進行了壓縮性能試驗。在分析液壓緩沖、驅(qū)動壓力等因素對快速壓縮機試驗臺架性能的影響,并進行壓縮性能優(yōu)化后,快速壓縮機壓縮平均速度大于8m/s,燃燒缸內(nèi)壓縮溫度的可控范圍為650~1120K。使用DME-O2-N2混合氣進行了快速壓縮機的燃燒性能試驗,觀察到了混合氣兩階段放熱現(xiàn)象與兩階段著火延遲期。在不同的壓縮比、壓縮溫度與壓縮壓力條件下,對DME-O2-N2混合氣兩階段著火延遲期、總著火延遲期的變化規(guī)律進行了研究。試驗結(jié)果表明:在相同初始壓力下,隨著燃燒缸內(nèi)壓縮溫度與壓縮壓力的增加,DME-O2-N2混合氣的第一階段著火延遲期與總著火延遲期均縮短;在相同壓縮溫度下,燃燒缸內(nèi)壓縮壓力的增加導致混合氣第二階段著火延遲期與總著火延遲期均縮短,混合氣第一階段著火延遲期略有縮短。
2015, 46(4):296-301. DOI: 10.6041/j.issn.1000-1298.2015.04.044
摘要:為了更加精確地辨識汽油機進氣道油膜模型參數(shù),從而更加精確地控制空燃比,在油膜動力學模型的基礎(chǔ)上,考慮模型誤差和隨機誤差,建立了油膜辨識方程。根據(jù)遞推最小二乘算法得到油膜參數(shù)估計的加權(quán)矩陣表達式,利用馬爾可夫估計得到該加權(quán)矩陣,進而得到油膜參數(shù)的最優(yōu)估計。應用GT-power建立了發(fā)動機模型,在轉(zhuǎn)速1000~3500r/min、節(jié)氣門開度5%~75%變化時,分別利用提出的算法和最小二乘法對油膜參數(shù)進行了辨識,并與標定值進行了比較。結(jié)果表明,燃油沉積系數(shù)X在同一轉(zhuǎn)速時,隨著節(jié)氣門開度的增大而減小,在同一節(jié)氣門開度時,隨著轉(zhuǎn)速的增加而減??;油膜質(zhì)量蒸發(fā)時間常數(shù)τ在同一轉(zhuǎn)速時,隨著節(jié)氣門開度的增大而增加;在同一節(jié)氣門開度時,隨著轉(zhuǎn)速的增加而減小。通過誤差分析,表明所提出的方法比最小二乘算法的辨識結(jié)果精度更高。
2015, 46(4):302-308. DOI: 10.6041/j.issn.1000-1298.2015.04.045
摘要:提出了一種基于視覺測量的挖掘機工作裝置姿態(tài)測量方法。使用工業(yè)相機獲取工作裝置側(cè)視圖像,采用鞍點檢測方法快速捕捉工作臂上的人工靶標;將靶標間的固定幾何尺寸關(guān)系作為約束條件篩選出靶標中的鞍點并計算相應工作臂的姿態(tài)角;通過預判靶標的運動范圍以縮小圖像檢測區(qū)域,提高算法處理速度。試驗表明,與挖掘機上原有的拉線傳感器測量系統(tǒng)相比較,動臂和斗桿姿態(tài)角動態(tài)測量偏差分別小于1°和2°,處理每幀工作裝置運動圖像平均用時在100ms以內(nèi),驗證了該方法對挖掘機工作裝置姿態(tài)測量的可行性。
朱大林 , 詹騰 , 張屹 , 鄭小東 , 張燈皇 , 余竹瑪
2015, 46(4):309-315,324. DOI: 10.6041/j.issn.1000-1298.2015.04.046
摘要:為了解決應力約束類桁架結(jié)構(gòu)的尺寸優(yōu)化多目標問題,提出一種多領(lǐng)域結(jié)構(gòu)的多目標遺傳算法應用于尺寸優(yōu)化設(shè)計。利用個體之間歐氏距離信息,將種群劃分為多個領(lǐng)域以形成多個小生境種群。該算法為每個個體提供一定數(shù)量的鄰居個體,并規(guī)定只能同鄰居個體進行交叉變異操作,通過實驗分析了不同鄰居規(guī)模對算法性能的影響。將新算法與其他經(jīng)典算法在18個標準測試函數(shù)上進行了仿真分析,結(jié)果表明,所得到的Pareto前端分布更加均勻且更加逼近真實Pareto前端,具有良好的收斂性和多樣性。將該算法應用于經(jīng)典的25桿空間桁架結(jié)構(gòu)優(yōu)化的求解,獲得Pareto前端更均勻,收斂性更好,相對于其他的優(yōu)化算法具有更好的優(yōu)化效果。該算法在程序設(shè)計、求解空間及其方法通用性等方面表現(xiàn)出良好的性能,并且簡單、實用,更加適合于工程實際應用。
2015, 46(4):316-324. DOI: 10.6041/j.issn.1000-1298.2015.04.047
摘要:在分析蝙蝠算法性能基礎(chǔ)上,將蝙蝠算法融入分解機制,提出了一種基于分解機制的多目標蝙蝠算法。為了進一步提高算法的多樣性,將差分進化策略引入算法中。對14個具有復雜Pareto前沿的多目標優(yōu)化問題(LZ—09系列和ZDT系列)測試不同鄰域規(guī)模對算法性能的影響,結(jié)果表明新算法的鄰域規(guī)模為20時性能最優(yōu);將其與MOEA/D—DE和NSGA—II算法進行對比分析,結(jié)果顯示該算法的分布性、收斂性和多樣性均優(yōu)于另外兩種算法。為了驗證其求解含有約束問題的性能,將其應用于滑動軸承多目標優(yōu)化設(shè)計問題中,獲得的Pareto前沿分布均勻,表明算法具有工程實用性,是求解復雜高維多目標問題的有效方法。
2015, 46(4):325-330. DOI: 10.6041/j.issn.1000-1298.2015.04.048
摘要:提出了空間并聯(lián)機構(gòu)運動學分析的集幾何表示和計算為一體的共形幾何代數(shù)方法。以動平臺上的坐標原點描述動平臺的位置,以歐拉角描述動平臺的姿態(tài),給出了動平臺上任意一點在定坐標系中位置的共形幾何代數(shù)表達式,進而提出了一種建立空間并聯(lián)機構(gòu)運動學方程的數(shù)學建模方法。根據(jù)所建立的運動學方程,可進行空間并聯(lián)機構(gòu)的運動學正解和運動學反解分析。通過一種4-UPU空間并聯(lián)機構(gòu)運動學分析,進一步闡述了所提出的共形幾何代數(shù)運動學分析方法,通過數(shù)值實例驗證了所提出方法的正確性和有效性。
2015, 46(4):331-337. DOI: 10.6041/j.issn.1000-1298.2015.04.049
摘要:針對八桿機構(gòu)四位置尺寸綜合問題,提出了一種解域綜合方法。首先根據(jù)給定4R開鏈的4個位置求解出滿足要求的解曲線,并根據(jù)解曲線的可行區(qū)段建立解域。應用提出的八桿機構(gòu)運動缺陷判斷方法剔除解域中存在運動缺陷的機構(gòu),最后根據(jù)實際要求建立約束條件形成可行解域。設(shè)計者可以從可行解域中快速準確地挑選出滿足要求的機構(gòu)。解域綜合方法有效地解決了八桿機構(gòu)四位置尺寸綜合問題,為八桿機構(gòu)的綜合及在現(xiàn)實中得到更廣泛的應用提供了行之有效的新理論和方法。最后舉例說明了八桿機構(gòu)的四位置綜合過程。
2015, 46(4):338-343. DOI: 10.6041/j.issn.1000-1298.2015.04.050
摘要:基于稀疏存儲技術(shù)和直接稀疏求解器提出了一種有限元結(jié)構(gòu)分析高效縮聚并行計算方法。該方法將縮聚過程轉(zhuǎn)換為一系列線性方程組的求解過程,并通過直接稀疏求解器進行求解。它能夠避免傳統(tǒng)變帶寬格式縮聚并行計算方法對帶寬內(nèi)大量零元素的存儲和運算,從而大幅度節(jié)省內(nèi)存空間和有效減少計算量。最后通過發(fā)動機曲軸的有限元數(shù)值仿真實驗對算法的有效性進行了驗證。結(jié)果表明:相對傳統(tǒng)變帶寬格式縮聚并行計算方法,稀疏存儲格式縮聚并行計算方法能夠大幅度節(jié)省內(nèi)存空間和有效提高計算效率;各子區(qū)域規(guī)模越大,該方法對內(nèi)存空間的節(jié)省和計算效率的提高效果就越明顯。
2015, 46(4):344-350. DOI: 10.6041/j.issn.1000-1298.2015.04.051
摘要:在研究柔性作業(yè)車間多目標調(diào)度問題現(xiàn)狀和不足的基礎(chǔ)上,提出了包括最大完工時間、加工成本以及加工質(zhì)量3個優(yōu)化目標的多目標柔性作業(yè)車間調(diào)度模型;并針對上述模型,提出了基于近親變異的改進非支配排序遺傳算法(Non-dominated sorting genetic algorithm,NSGA-Ⅱ),該算法根據(jù)計算交叉染色體的血緣關(guān)系,確定子代個體的變異率,優(yōu)化了NSGA-Ⅱ的變異策略,避免了算法的早熟問題;最后,針對實際案例,構(gòu)建相應的調(diào)度模型和算法,計算結(jié)果證實了模型和算法的可行性和有效性。
2015, 46(4):351-359,337. DOI: 10.6041/j.issn.1000-1298.2015.04.052
摘要:針對n次λ-Bézier曲線造型中的復雜曲線難以用單一曲線來構(gòu)造的問題,研究了該曲線光滑拼接時的連續(xù)性條件。通過分析λ-Bézier曲線的基函數(shù)及其端點性質(zhì),給出了相鄰兩段λ-Bézier曲線間C1、C2和G1、G2光滑拼接的充要條件;最后,給出了λ-Bézier曲線光滑拼接的具體步驟與幾何造型實例,并分析了形狀參數(shù)對拼接后曲線形狀的影響規(guī)律。實例結(jié)果表明,所提方法不僅易實現(xiàn)且簡單有效,在工程復雜曲面的構(gòu)造與外形設(shè)計中將有一定的應用價值。
2015, 46(4):360-364,343. DOI: 10.6041/j.issn.1000-1298.2015.04.053
摘要:復雜曲面在制造中的廣泛應用對曲面配準技術(shù)提出了新的要求,特別是不同區(qū)域精度存在差異的復雜曲面配準問題日益突出。為了穩(wěn)健估計思想推廣到不同區(qū)域精度存在差異的復雜曲面配準,給出了基于M-估計的一種穩(wěn)健配準算法。該算法利用M估計子削弱復雜曲面低精度數(shù)據(jù)對配準結(jié)果的影響,但是這一模型目標函數(shù)是高度非線性的分段函數(shù),求解效率不高。現(xiàn)有配準方法已能夠迅速獲得較好初始位置,因此利用Taylor展式線性逼近偏差函數(shù),得到配準問題M-估計的線性化模型,提高了配準模型估計效率。每步迭代利用F-范數(shù)最小逼近旋轉(zhuǎn)矩陣。對仿真數(shù)據(jù)和實測葉片數(shù)據(jù)進行試驗,結(jié)果證明,對精度存在差異的復雜曲面所提算法比最近點迭代算法更加合理。
2015, 46(4):365-371,337. DOI: 10.6041/j.issn.1000-1298.2015.04.054
摘要:根據(jù)給定的并聯(lián)機構(gòu)末端執(zhí)行器的任務要求,在其結(jié)構(gòu)參數(shù)優(yōu)化設(shè)計中,為保證各分支運動學傳遞性能相對均較優(yōu),利用離差的性質(zhì),定義了局域和全域運動(速度)、力及功率分配性能指標,以此反映各分支共同承擔負載要求的能力。對于單驅(qū)動分支功率輸出,探討了速度和力兩個可變的物理量對功率的作用大小,并定義了運動、力作用系數(shù),以此對機構(gòu)的工作空間進行了分析。最后以用作姿態(tài)調(diào)整部件的3-RPS空間并聯(lián)機構(gòu)為例,對上述指標進行了詳細的求解,在改進的設(shè)計空間中疊加性能圖譜,優(yōu)化了機構(gòu)的結(jié)構(gòu)參數(shù)尺寸,同時求出了相應的工作空間。
張國梁 , 瞿國富 , 侯曉鵬 , 劉鑫鈺 , 朱軍 , 周玉成
2015, 46(4):372-378,343. DOI: 10.6041/j.issn.1000-1298.2015.04.055
摘要:基于鋼材彎曲變形的特點,提出一種矩形截面的入口上熱壓板彎曲變形來調(diào)節(jié)入口角度的方法。在分析上熱壓板彎曲變形原理并推導曲率半徑與拉弧高度幾何關(guān)系的基礎(chǔ)上,仿真計算上熱壓板彎曲強度,構(gòu)建基于現(xiàn)場總線的分布式系統(tǒng)和人機交互控制系統(tǒng),設(shè)計油缸位移梯度漸進算法并在國產(chǎn)連續(xù)平壓機上實現(xiàn)控制。研究結(jié)果表明:入口上熱壓板彎曲變形滿足彎曲強度要求,入口角度調(diào)節(jié)方法及控制算法能夠?qū)崿F(xiàn)油缸位移梯度變化的漸進性和入口角度調(diào)節(jié)的動態(tài)性;當入口曲率半徑R為100000mm時,入口上熱壓板拉弧高度理論值與實際值最大偏差為0.4mm,橫向?qū)嶋H值最大偏差為0.6mm,達到控制精度要求。
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