玉米秸秆切割过程的非线性数值模拟与仿真试验

应用Solidworks软件建立玉米秸秆—切割刀片参数化模型,借助LS-DYNA971非线性有限元软件模拟切割刀片切割玉米秸秆的过程。玉米秸秆切割的有限元数值模拟能降低试验成本和缩短试验时间,可视化数值模拟过程可为玉米秸秆收获机械的设计提供理论参考。利用参数化模型特点,通过改变玉米秸秆直径大小、秸秆含水率、切割方式和刀片刀端线速度进行正交仿真试验。结果表明：对切割力来说,含水率对其影响最显著,其它影响依次为：秸秆直径、切割方式、刀片刀端线速度;对切割功耗来说,含水率影响最显著,其次分别为：秸秆直径、刀片刀端线速度、切割方式。经正交综合平衡法分析可知：当刀片刀端线速度为28 m·s^-1,采取滑切方式,玉米秸秆含水率、直径分别为45%、26 mm时为最优。玉米秸秆—切割刀片动力学可视化数值模拟仿真模型的构建和分析, 对玉米秸秆收获机械设计具有重要的参考价值。     

混合沙跃移运动数值模拟

采用数值模拟方法分析了混合沙的跃移运动规律,模拟结果表明:模型能够合理反映混合沙实际跃移行为,模拟结果与野外试验和他人实验结果基本相符;混合沙跃移输运主要集中于地表之上30cm以下,达总输沙量95%以上;总输沙率垂向分布整体呈指数规律递减,靠近地表处形成输沙率峰值;不同粒径沙粒输沙率随高度的变化与总输沙率基本一致,但是各粒径输沙量、输沙率峰值大小、峰值所处的高度各不相同;风速的增大并不改变混合沙和各粒径沙粒输沙率垂向分布的结构形式,只是风速增高,输沙率峰值和峰值所处的高度均增大;随着风速的增大,总输沙量中小粒径沙粒份额逐渐降低,大粒径沙粒份额逐渐升高。     

作物估产的遥感—数值模拟方法

本文在分析遥感估产、数值模拟估产方法的基础上 ,提出了作物估产的新思路—即利用遥感与农业气象数值模拟技术相结合的办法来进行作物估产研究 ,供同行们商讨。     

基于FlexPDE的膜孔灌土壤水分运动数值模拟

基于实测扩散率资料和土壤水分特征曲线,利用FlexPDE软件对膜孔灌溉的土壤水分运动进行模拟,探索恒定水头条件下膜孔灌溉土壤水分入渗特性和剖面水分分布特征。结果表明：FlexPDE软件模拟粉粘壤土（处理2、3）和砂壤土（处理1、4）的含水率与实测之间的平均相对误差分别为5.930%、8.340%、9.600%和14.040%,其中粉粘壤土模拟与实测土壤含水率相对误差小于5%、10%和20%的比例分别为40%、68%和84%,砂壤土相对误差小于5%、10%和20%的比例分别为12%、40%和72%,粉粘壤土的模拟效果较砂壤土理想;基于模拟获取的土壤储水量与土壤实测累积入渗量呈线性关系,相关系数均大于0.9,且二者与入渗时间呈幂函数关系,随入渗时间增加而增大,但增速逐渐变缓;利用FlexPDE预测分析膜孔间距、膜孔直径和入渗水深对粉粘壤土膜孔灌溉单向交汇时刻、水分分布和储水量的影响,发现膜孔间距对于交汇初期土壤的水分分布影响较大,膜孔直径对于土壤交汇时间以及储水量影响显著。     

基于网式过滤器滤网过滤两种模型的流场模拟分析

为探究滤网模型对网式过滤器流场的影响,对翻板网式过滤器采用CFD软件模拟计算不同过滤流速下两种不同形式滤网模型,将两种滤网模型的模拟值与试验值进行对比,并对滤网内部流场和压强场进行分析。结果表明：多孔阶跃模型具有计算耗时少、效率高的特点,多孔阶跃模型在模拟的耗时数值上约为三维滤网简化模型的1/6;多孔阶跃模型和三维滤网简化模型的流场和压强沿x轴都呈现逐渐减小的变化趋势;分析多孔介质交界面流速和压强的模拟数值,发现三维滤网简化模型能较好地模拟出多孔介质网孔结构阻挡作用和微观孔道的流动规律;三维滤网简化模型可以较好地还原介质结构参数对水头损失的影响而多孔阶跃模型能较好地还原介质过流量与水头损失的关系。研究可为实际工程中综合考虑介质特性选取高精度、高效率模型提供参考。     

基于数值模拟的格尔木地区地下水位致灾性抬升机理研究

根据收集的格尔木地区地下水位动态资料、各水库出入库流量资料以及泉集河实测资料等,基于数值模拟方法,分析了温泉水库、南山口一级电站以及洪水等因素对格尔木河地下水位上升程度的影响.结果表明:格尔木市地下水位的上升是南山口一级电站、洪水以及温泉水库调节共同作用的结果.南山口一级电站的蓄水使得市区地下水位上升0.44 m;洪水...     

基于AquaCrop模型的夏玉米生长模拟及灌溉制度优化

为评价AquaCrop模型在关中地区的适用性并寻求最佳的灌溉制度,对夏玉米在不同灌溉与施氮水平下的生长进行模拟和验证,并利用校验后的模型研究了3种不同降雨年型以及11种灌溉模式下夏玉米产量和水分利用效率的变化特征。结果表明：AquaCrop模型可以较好地模拟关中地区不同灌溉与施氮水平下夏玉米产量和生物量,模型模拟的产量与实测值之间的决定系数（R²）、均方根误差（RMSE）、标准均方根误差（NRMSE）、符合度指数（d）和纳什效率系数（E_NS）分别为0.919、0.249 t·hm^-2、4.112、0.977和0.915;对于地上部生物量,模拟值与实测值的R²、RMSE、NRMSE、d和E_NS分别为0.860、0.977 t·hm^-2、6.407、0.933和0.694。利用校验后的模型分析了试验区内3种不同降水年型条件下11种灌溉模式的夏玉米产量和水分利用效率的变化特征,依据模拟结果及夏玉米生理需水规律,同时为了实现高产和高水分利用效率,得出不同年型的优化灌溉制度为：若能保证出苗整齐,湿润年可不灌水,此时也能获得较高产量和水分利用效率;平水年推荐在拔节期灌水60 mm,能节约50%水资源,亦能保证稳产;干旱年推荐在拔节期和抽雄期各灌水60 mm,可获得高产和高水分利用效率。     

基于ADINA的河套灌区预制混凝土渠道保温防冻胀效果数值模拟

近年来,内蒙古河套灌区在渠道防冻胀方面取得了大量试验研究成果,但采用有限元模型模拟渠道保温防冻胀效果目前还没有相关研究,特别是对于河套灌区预制混凝土渠道适宜的保温模式目前还没有相关报道。文中在原位渠道试验的基础上依托ADINA软件建立了有限元渠道模型,对铺设不同厚度聚苯板渠道温度场和冻胀量进行了模拟,提出了预制混凝土渠道适宜保温模式。研究得出,预制混凝土渠道各处理渠段均阴坡温度梯度>渠底温度梯度>阳坡温度梯度,并且随着保温板铺设厚度的增加,阴坡和阳坡渠基地温的温度梯度逐渐减小,渠基最大冻胀部位位于渠道下坡1/5～1/3处;铺设6～12cm以上聚苯板对渠基冻量减小幅度最为明显,将最大冻胀量控制在3cm以内;河套灌区6cm预制混凝土板衬砌渠道适宜铺设的聚苯板厚度为6～8cm。     

基于空-地协同调查的西天山阿尔先沟雪崩过程数值模拟

为精确识别雪崩流动特性及流态信息,全面分析其运动过程。本研究基于无人机倾斜摄影技术获取高分辨率航拍数据,以阿尔先沟雪崩易发区为例,通过现场调查、无人机遥感解译精细探测雪崩活动过程,确定RAMMS模型输入参数,在此基础上对不同类型雪崩事件进行模拟和重建,对比分析传统地面调查、无人机遥感解译结果与模拟结果的差异,探讨不同类型、不同雪层释放条件下雪崩活动过程。研究结果表明：(1)以倾斜摄影技术为核心的雪崩调查分析体系,将传统的地面调查方法结合无人机遥感和数值模拟相互验证,提高了灾害发育状况评估的准确性。(2)2月中旬阿尔先沟坡面积雪厚度趋近于临界厚度值,持续降雪使雪层失稳触发新雪雪崩。调查时仍处于灾害孕育阶段,雪层裂缝加剧变形,风力作用下雪檐自重逐步增大,有超过雪的抗断强度的趋势,整体稳定性较差。(3)以坡面上方积雪平台为潜在释放区的坡面型雪崩,释放量可达8.2669×10⁴m³,运动时长约为128 s,并在120s内堆积区流动高度达到最大,约为3.55 m,最大流动速度为18.34 m·s^-1,最大冲击力可达到32.67 k...     

干旱区地膜覆盖玉米农田地表反照率动态参数化方法及其模拟效果分析

利用2015年6月1日至7月24日干旱区地膜覆盖玉米农田下垫面的观测资料,分析地表反照率在植被生长期间的变化特征及其与土壤湿度的关系。与未覆盖地膜情形的下垫面相比,地膜覆盖农田下垫面地表反照率的变化特征及其与土壤湿度的相关性具有显著性差异。为此建立了相应的地表反照率动态参数化方案,并将修改的地表反照率动态参数化方案应用到陆面过程模式Co LM中进行了3组模拟试验,分析和检验新方案在地膜覆盖农田下垫面的准确性和适用性。数值模拟结果表明:3组试验都能很好地反映陆面过程特征的日变化趋势,但是相比较而言,利用新建立的地表反照率动态参数化方案模式的模拟效果最好,明显提高了模式对向上短波和长波辐射的模拟能力,使浅层土壤温度和湿度的模拟效果有了一定的改善。因此,地表反照率动态参数化方法对干旱区地膜覆盖农田下垫面陆面过程的模拟效果有一定的改进,对今后陆面过程模式的发展和完善有较好的参考价值。     

基于LabVIEW的玉米果穗立式烘干仓监测系统的设计

利用研华ADAM4000系列数据采集模块,在LabVIEW平台上开发出玉米果穗立式烘干仓监测系统。该系统是由主控、信号通道、文件操作、数字滤波、频谱分析、统计分析、系统监测等模块组成,当烘干过程中的种子接触的温度的数值除以10的值大于等于监测阈值4.3时,系统就实时完成报警,实现了温度、压力数据的采集、处理和监测。应用情况表明果穗接触温度在256.41 K和484.71 K之间变化,能达到玉米种子果穗烘干的安全要求,证明该监测系统有效的提高了果穗干燥的安全性。     

旱地全膜双垄沟播直插式玉米播种装置的仿真优化

针对膜上播种需求,设计了一种新型曲柄滑块机构驱动平行四杆机构直插式播种装置,该装置结构简单,能够实现播种时成穴器\"零速\"播种,不易挑膜、撕膜。以成穴器相对于机架x方向的速度差v、排种管入出土后水平位移差s为优化目标,在Solidworks Motion中进行了该装置结构优化仿真。得到结果为:当以0.5 m·s~(-1)为前进速度时,曲柄Ⅱ长度69 mm、连杆长度167 mm、曲柄机构转速100 r·min~(-1)的播种装置能得到较好的直插播种性能。     

风沙运动数值模拟研究的进展

本文从模型建造，模拟结果两方面对风沙流，沙波纹，沙丘，粉尘运动等的数值模拟研究进展作了简便介绍和评述，并提出了研究展望。     

沙漠化对内蒙地区水热通量及降水影响的数值研究

ＲＡＭＳ模式被应用于内蒙干旱地区气系统水热通量交换及水循环过程研究。本文通过敏感性试验,模拟了在半沙漠化和土壤含量变化的情况下内蒙地区地气通量交换的变化及其对降水的影响。     

一次冷锋型沙尘暴过程对流层-平流层交换的数值模拟

利用观测资料、ERA-Interim再分析资料,结合MM5数值模拟结果,对一次强沙尘暴过程的沙尘对流层—平流层输送问题进行初步分析.结果表明:高空强冷空气下传、地面冷锋强烈发展和对流层中低层斜压强迫是本次沙尘暴过程的主要影响因素.在系统发展和减弱的整个过程中,西南急流和高空冷空气下传是斜压不稳定形成的主导因素.与冷锋锋面匹配的对流层顶折叠沿纬向呈“V”形分布,其底部到达550 hPa左右,同时伴随高空急流接近垂直下落,急流核位于高空槽的南侧和东侧,且南侧最强.高空位涡下传与西南急流共同作用,促使冷锋前气旋强烈发展,气流上升运动中心位于500 hPa和600 hPa,但其外围气流未直接穿过对流层顶.对流层顶折叠区上升气流在300～500 hPa与高空槽底部偏西、偏南气流叠加,以斜升或准垂直的形态穿过对流层顶折叠底部进入平流层.气旋发展过程中,冷空气下沉并向东南扩展,暖空气则向西北方向爬升.平流层—对流层的净输送主要发生在高空位涡下传过程,高空位涡停止下传后,出现对流层—平流层净输送,且强度随时间呈增长趋势.     

滴灌施肥条件下土壤水氮运移数值模拟

为了研究滴灌施肥条件下土壤水、氮的运移分布规律,本文通过室内土柱滴灌水氮入渗试验,研究了滴灌结束时及再分布过程中土壤水、氮的运移变化规律;同时用HYDRUS软件建立了土柱滴灌水氮入渗的几何模型,用来模拟滴灌土壤水氮运移过程。对试验及模拟中12个观测点测得的土壤含水率、土壤铵态氮、硝态氮质量浓度进行对比分析,结果表明：土壤含水率模拟值与实测值的相对误差变化在10%以内;土壤铵态氮、硝态氮质量浓度的模拟值与实测值变化范围在20%以内。滴灌结束时土体剖面内土壤含水率随距滴头距离的增大而减小,再分布72 h土层25~30 cm土壤含水率增大到0.2 cm³·cm^-3,120 h后土体剖面内土壤含水率较滴灌结束时下降了18%。土壤铵态氮质量浓度主要分布于距滴头20 cm的范围;24 h土壤铵态氮质量浓度最大,且随着时间的推移逐渐减小,到120 h时减少了40%;各观测点24 h至120 h土壤硝态氮质量浓度随着时间的推移逐渐增大,且硝态氮质量浓度在滴头20 cm的范围内由0.442 mg·cm^-3增加到1.2 mg·cm^-3。各观测点24 h土壤硝态氮质量浓度在空间分布上差异不大,其中观测点1,3,6,8,5的土壤硝态氮质量浓度分别为0.437,0.467,0.451,0.482 mg·cm^-3和0.447 mg·cm^-3,差值均小于0.05 mg·cm^-3;48 h后土体剖面内土壤硝态氮质量浓度空间分布随离滴头距离的增加而减小,垂直方向上从距滴头5 cm的观测点1到距滴头25 cm的观测点8减少了53%。依据研究结果,可用数值模型模拟滴灌施肥条件下土壤水氮运移的变化规律。     

玉米田节肢动物群落研究进展

玉米是世界上种植最广泛的粮食作物之一,播种面积仅次于小麦和水稻居第三位。中国的玉米播种面积大,分布广,是全球第二大玉米生产国和消费国。节肢动物是包括玉米田在内的农田生态系统重要组成部分,也是维持农田生态系统正常生态功能的重要因素。目前玉米田节肢动物群落的研究主要集中在两个方向:常规玉米田节肢动物群落和转基因玉米田节肢动物群落。现有的研究大多集中于常规玉米田。随着转基因玉米种植规模及商业化进程的快速推进,国内外许多学者开始关注转基因玉米田节肢动物群落结构、动态及其食物网。研究者认为转基因玉米作物的大面积种植对昆虫群落生态功能的影响研究将会成为新的热点与方向。     

矩形农渠机翼形量水槽水力特性数值模拟

采用VOF方法与标准k-ε紊流模型相耦合,对矩形农渠中三种不同收缩比的机翼形量水槽进行三维数值模拟,并将渠道下游断面水深、过流流量等数值计算结果与物理模型试验结果进行对比,结果表明,二者吻合得较好,从而证明采用三维CFD数值模型对实体模型内部流场的模拟是可靠的,为今后机翼形量水槽的深入研究和优化设计提供了新的方法和依据。     

导致一例强沙尘暴的若干天气因素的观测和模拟研究

利用常规观测资料和数值模拟方法对影响2001年4月6-8日强沙尘暴天气发生的若干天气因素进行了研究。结果表明在本次“锋面气旋型”沙尘暴过程中,气旋冷锋是引发强沙尘暴的主要系统,冷锋过境对沙尘暴的触发作用远强于气旋发展。冷锋的动力学特点决定其常与强沙尘暴伴随。影响沙尘暴的诸多天气因素中,影响地面大风形成的有效动量下传机制为高空急流下沉支使高空动量下传至对流层中层,其下方形成的深厚混合层使这一动量继续下传到地面。“混合层”从本质上反映了有利沙尘暴形成的大气层结特征,深厚混合层的是否形成很大程度决定着沙尘暴的强度。本次过程深厚混合层的形成是长时间地面加热的结果,这也是特强沙尘暴仅发生在内蒙古中部偏北地区而不是下垫面条件更为适宜的内蒙古西部的原因。混合层空气的平流对内蒙古中部偏北地区深厚混合层的形成具有相当的贡献,其影响程度与地形分布密切相关。地面热通量试验表明地面加热对冷锋过境时上升运动的强度、深厚混合层形成、高空动量下传等具有重要影响,并因此影响沙尘暴强度。