果汁等温结晶过程冰晶生长的相场法模拟

针对冷冻浓缩过程冰晶夹带造成果汁可溶性固形物损失而限制其推广使用的问题,采用国内外描述相变微观结构的相场模型,将果汁体系视为水和溶质二元系统,从微观上模拟冰晶生长的演变过程。探讨扰动对晶体二次分枝生长的影响,修正各向异性的模数,并通过改变各向异性强度系数,获得冰晶模拟的各向异性强度系数合适取值,进一步分析结晶模拟时间对模拟结果的影响,与试验结果进行验证。结果表明:扰动通过诱发侧向分枝的生长,从而影响晶体形貌;各向异性会影响冰晶生长形貌,各向异性强度系数太小,分枝不明显,太大,会造成冰晶非对称生长;模拟结果与试验结果两者吻合较好。     

界面厚度对果汁等温结晶冰晶生长影响的相场法模拟

将果汁体系视为水和溶质组成的二元系统,采用相场法模拟二元系统的相变微观结构,研究了等温结晶过程中,界面厚度对冰晶生长的形貌及溶质分布的影响,确定模型中界面厚度的合理取值。结果表明:界面厚度对冰晶的形貌有正负影响。在扰动干扰的范围内,二次枝晶随着界面厚度的增大而越来越发达,枝晶尖端也尖锐;在扰动干扰范围外,晶粒不产生二次枝晶,同时主轴枝晶变细,部分主轴枝晶消失。界面厚度取值越大,晶粒生长速率越快,而枝晶尖端半径减小。界面厚度取值在3dx左右能较好地反应枝晶生长形貌及提高计算效率。     

荔枝汁冷冻浓缩冰晶生长的动力学分析和相场模拟

针对冷冻浓缩工艺因冰晶夹带造成果汁中可溶性固形物损失的问题,以荔枝汁为研究对象,探讨冷冻浓缩过程冰晶生长的影响因素。在采用冷冻浓缩动力学模型进行分析的基础上,借鉴国内外金属微观结构研究领域的相场模型,模拟冰晶生长的规律。结果表明:冰晶增长速率与冰晶质量成正比,同时也受最大冰晶质量的抑制。相场模拟冷冻时间越长,降温速率越大,冰晶枝状越发达,引起冰晶的夹带率越高,果汁可溶性固形物损失越大。     

北疆典型土壤纵向弥散系数试验

[目的]研究不同土壤质地对土壤纵向弥散系数和弥散度的影响.[方法]根据土壤物理学及水动力弥散理论,以新疆北疆较为常见的典型砂壤土、粉壤土、壤土为例,NaCI为示踪剂,采用室内一维土柱垂直入渗试验测定纵向弥散系数.[结果]不同土壤质地,渗流速度越小弥散系数越小,渗流流速越大,达到土壤溶质浓度峰值的时间越短,且峰值浓度越大...     

揉碎玉米秸秆螺旋输送仿真离散元模型参数标定

为进一步揭示揉碎玉米秸秆饲料在螺旋输送器中的输送机理，提高揉碎玉米秸秆螺旋输送过程中离散元仿真研究所用参数的准确度，将揉碎玉米秸秆分为秸秆穰、秸秆叶、秸秆皮，采用物理试验和仿真优化设计相结合的方法对离散元仿真参数进行标定。首先，通过物理试验得到穰、叶、皮各项本征参数和接触参数的平均值和范围，将范围相对较大的接触参数通过Plackett-Burman试验利用其显著性进行筛选。结果表明，对仿真堆积角影响显著的因素有穰-叶滚动摩擦系数、皮-叶滚动摩擦系数、叶-叶静摩擦系数。对这3个显著性参数进行最陡爬坡试验，将其取值范围进行优化缩小，通过Box-Behnken试验建立堆积角与显著性参数的二阶回归模型，堆积角的目标值设置为物理试验测得的30.4°，寻优得到最佳的显著性参数的取值：叶-穰滚动摩擦系数为0.325，皮-叶滚动摩擦系数为0.377，叶-叶静摩擦系数为0.411，在此组合下仿真堆积角为30.77°。为进一步检验参数取值的准确性，通过t检验得到P>0.05，表明仿真与物理试验堆积角的值无明显差异，验证了最佳参数取值的可靠性。由此表明，应用上述各物理试验和优化试验来测定及标定离散元仿...     

西南区坡耕地紫色土离散元模型参数标定

土壤离散元模型是离散元法研究土壤与触土部件相互作用的基础。为了获得西南区坡耕地紫色土离散元模型，本文基于堆积试验，采用EDEM2020软件中的Hertz-Mindlin with JKR接触模型，以休止角为响应值，结合土壤本征参数实测试验，对模型参数进行标定。实测参数包括土壤密度、含水率、休止角、粒径分布、颗粒-颗粒静摩擦系数、颗粒-45钢静摩擦系数，利用Origin2021b软件图像数字化工具处理图像，得到实际休止角为34.11°，变异系数为0.452%。利用Design-Expert11软件设计了Plackett-Burman试验，对影响拟合休止角的9个参数进行筛选，得到4个影响显著参数，即颗粒表面能、颗粒-颗粒滚动摩擦系数、颗粒-45钢静摩擦系数、颗粒-45钢滚动摩擦系数。设计最陡爬坡试验进一步缩小模型参数取值范围，设计Box-Behnken试验，对模型进行分析优化，得到4个参数最优组合，即颗粒表面能0.134 J/m²，颗粒-颗粒滚动摩擦系数0.231，颗粒-45钢静摩擦系数1.045，颗粒-45钢滚动摩擦系数0.228。结果表明，仿真休止角与实际休止角相...     

致密储层地层参数对体积压裂缝网的影响研究

针对致密储层的关键地层参数如何影响水平井体积压裂缝网效果这一问题,应用岩石力学参数计算方法和储层压裂裂缝启裂和延伸基本原理,建立了岩石脆性系数、水平应力差异系数、天然裂缝密度3个地层参数对缝网影响的模拟模型,计算和评价了页岩储层的缝网效果,分析了3个地层参数不同情况下对缝网的有效压裂体积、增产储层体积、增产储层体积百分比等参数的影响变化规律,算例分析认识到:岩石脆性系数越大或者水平应力差异系数越小,分支缝密度会越大,缝网区域半长相反越小,早期生产优于后期;天然裂缝密度越大,近井缝网沟通越密集,缝网区域外仍可参与渗流,由此可弱化缝网半长。模型的建立和参数影响分析可以为现场提供参考依据。     

各向异性地层中随钻地层测试压力响应数值模拟

在随钻地层测试器测试过程中,钻井液动态侵入和地层各向异性会导致不同的压力响应特征,并直接影响地层压力测试结果的解释精度。为此,基于各向异性多孔介质渗流理论,建立了钻井液侵入条件下横观各向同性地层随钻地层测试压力响应数学模型,采用有限元方法对模型进行求解,通过与经典解析解对比进行了模型验证,并分析了渗透率各向异性、地层产状、抽吸间歇时间、抽吸探头半径对随钻地层测试压力响应的影响规律。结果表明：在抽吸前阶段,地层各向异性和地层产状对钻井液侵入导致的井周增压影响较大;在压力恢复阶段,由于井周地层增压作用的影响,测试压力响应初始值会高于原始地层压力,且压力呈先升高后降低的演化趋势;渗透率各向异性程度越小、地层倾角和倾向越小,抽吸压降阶段的压力响应初始值越大、压降值越大、压力恢复速率越低;抽吸间隔时间和抽吸探头半径对压力响应也有一定影响,抽吸间隔时间越小,测试初始压力越大,探头半径越大,压力恢复速率越快。揭示了渗透率各向异性对随钻地层测试压力响应的影响规律,研究结果可为随钻地层测试结果解释和地层参数反演提供理论依据。     

灵空山自然保护区油松—辽东栎林多度-面积关系分析(英文)

通过4hm2样地调查的数据资料,采用随机分布多度模型和聚集分布多度模型,在对山西灵空山海拔1500～1800m的油松—辽东栎林物种多度及其水平空间分布分析的基础上,运用估计优度评价了2个模型预测分布多度的适宜性。结果表明:①在不同像元的30种木本植物中有20种的多度依次增加且所占的水平空间也依次扩展,有10种不表现为上述关系。②随着像元面积的扩大,遇到多度序列中面积小于上一个种时,多度—面积曲线呈现较大波动;剔除波动节点的物种时,多度—面积曲线的波动趋于平缓。对于同一个物种来说,像元面积越大,其物种所占面积也越大。③估计优度评价结果显示聚集分布多度模型用于预测多度—面积关系优于随机分布多度模型。④无论是随机分布多度模型还是聚集分布多度模型均依赖于m的取值,即物种在固定像元下所占像元数。对于分散程度较高的物种,采用2种模型进行预测时结果较精确,反之预测结果误差越大;在样地总面积一定时,像元面积越小,预测结果越精确。     

灵空山自然保护区油松—辽东栎林多度-面积关系分析

通过4 hm2样地调查的数据资料,采用随机分布多度模型和聚集分布多度模型,在对山西灵空山海拔1 500～1 800 m的油松—辽东栎林物种多度及其水平空间分布分析的基础上,运用估计优度评价了2个模型预测分布多度的适宜性。结果表明:①在不同像元的30种木本植物中有20种的多度依次增加且所占的水平空间也依次扩展,有10种不表现为上述关系。②随着像元面积的扩大,遇到多度序列中面积小于上一个种时,多度—面积曲线呈现较大波动;剔除波动节点的物种时,多度—面积曲线的波动趋于平缓。对于同一个物种来说,像元面积越大,其物种所占面积也越大。③估计优度评价结果显示聚集分布多度模型用于预测多度—面积关系优于随机分布多度模型。④无论是随机分布多度模型还是聚集分布多度模型均依赖于m的取值,即物种在固定像元下所占像元数。对于分散程度较高的物种,采用2种模型进行预测时结果较精确,反之预测结果误差越大;在样地总面积一定时,像元面积越小,预测结果越精确。     

Atomic force microscopy of the electrochemical nucleation and growth of molecular crystals

In situ atomic force microscopy reveals the morphology, surface topography, and growth and dissolution characteristics of microscopic single crystals of the low-dimensional organic conductor (tetrathiafulvalene)Br(0.76)' which are grown by electrocrystallization on a highly oriented pyrolytic graphite electrode in an atomic force microscope liquid cell. The growth modes and the distribution and orientation of topographic features on specific crystal faces, whose identity was determined by "atomic force microscope goniometry," can be correlated with the strength and direction of anisotropic solid-state intermolecular bonding. Growth on the (011) face of (tetrathiafulvalene)Br(0.76) crystals involves the formation of oriented self-similar triangular islands ranging in size from 200 to 5000 angstroms along a side. These nuclei eventually transform into rectangular rafts at larger length scales, where bulk intermolecular bonding interactions and surface energies dominate over nuclei-substrate interactions.     

In situ observations of a high-pressure phase of H2O Ice

A previously unknown solid phase of H2O has been identified by its peculiar growth patterns, distinct pressure-temperature melting relations, and vibrational Raman spectra. Morphologies of ice crystals and their pressure-temperature melting relations were directly observed in a hydrothermal diamond-anvil cell for H2O bulk densities between 1203 and 1257 kilograms per cubic meter at temperatures between -10 degrees and 50 degreesC. Under these conditions, four different ice forms were observed to melt: two stable phases, ice V and ice VI, and two metastable phases, ice IV and the new ice phase. The Raman spectra and crystal morphology are consistent with a disordered anisotropic structure with some similarities to ice VI.     

Textural and crystal-fabric anisotropies and the flow of ice masses

Accurate modeling and prediction of glacier response requires a better understanding of the influence of physical anisotropies on creep. To investigate the effects of variations in the degree of preferred crystallographic orientation and ice crystal size on creep, 19 samples of anisotropic glacier ice were deformed in simple shear. Results indicate that the time required for ice samples to reach the minimum strain rate decreases as crystal size increases; an increase in crystal-fabric development from an isotropic fabric to one with a strong single maximum results in an enhancement of the minimum strain rate by a factor of 4; and a doubling of the crystal size results in about a ninefold increase in the minimum strain rate.     

Mechanism for multiplication of atmospheric ice crystals: apparent charge distribution on laboratory crystals

Replication of ice crystals with vapor of methyl 2-cyanoacrylate has produced evidence of whiskers on them; an additional mechanism for the necessary multiplication of ice crystals in the atmosphere is suggested. This replication technique also confirms crystal clustering in the atmosphere and appears to confirm the distribution of electrical charge on ice crystals.     

棉花作物系数的遥感获取——以新疆石河子棉花垦区为例

作物系数是计算作物需水量和农田蒸散量必要的参数,作物系数的遥感获取对于农田生态系统的水分平衡研究具有重要意义。利用Landsat ETM 遥感影像及Penman-Montieth方程,通过计算不同生长状况下棉花的作物需水量和参考作物蒸散量,实现棉花作物系数的遥感获取;在此基础上进一步分析作物系数对反照率、气象因子和植被生长参数等的敏感性。结果表明:1)利用遥感获取作物系数的空间分布是有效可行的;2)作物系数主要受植被生长状况的影响,反照率和气象因子对作物系数的影响相对次要;3)作物系数随气温、大气压、空气湿度和风速等气象因素的增大而增大,并且这种正效应随着植被覆盖度的增大而增大;4)作物系数与作物生长状况直接相关,仅仅根据作物生长阶段确定作物系数存在不合理性。     

海岛棉纤维含糖量,微观结构与比强度关系的研究

对海岛棉40个品种(系)的纤维水溶性总糖量、水溶性糖组分、微观结构参数和纤维比强度的分析测试表明:从整体看,零式果枝类型海岛棉纤维总糖量、晶区取向参数均优于长果枝类型;纤维总糖量、晶区取向参数具有中段优势的空间分布特点;葡萄糖 纤维二糖对晶区取向参数少(?)、φ有较显著的正向作用;纤维总糖量通过三个晶区取向参数对纤维比强度有大的负向间接作用,从而抵削了它对纤维比强度的正向直接作用,使其总作用呈负效应;Len、(?)角、纤维总糖量是影响海岛棉纤维比强度的重要性状指标.这对指导海岛棉高强育种和调控纤维发育以提高纤维比强度有重大意义.     

猪笼草叶笼滑移区各向异性超疏水润湿特性表征与机理分析

为获取各向异性超疏水表面研制的仿生原型,采用接触角测量仪测试表征了猪笼草(Nepenthes alata)叶笼滑移区的各向异性超疏水润湿特性,采用扫描电镜和三维形貌干涉仪观测滑移区形貌结构并提取三维特征信息,分析滑移区形貌结构对各向异性超疏水润湿特性的影响机理。结果表明:水滴在滑移区的接触角为(155.07±1.14)°,朝向叶笼底部和顶部的滚动角分别为(2.82±0.45)°和(5.40±0.31)°;滑移区覆盖着两端朝向叶笼内部弯曲且具有不对称凸面表层轮廓的微米级月骨体,以及形貌轮廓不规则且交错排列成致密孔洞结构的纳米级蜡质晶体,其中能够蓄留空气的蜡质晶体是产生超疏水润湿特性的重要因素;月骨体在不同方向的斜坡结构、悬崖结构致使水滴在滑移区滚动难易程度呈现差异,从而导致滚动角的显著不同与各向异性超疏水润湿现象的产生。     

含蜡原油乳化机制影响下的蜡晶形态及聚集行为

以含蜡原油-水两相为代表的混输是油田集输生产中普遍采用的储运工艺,在油田地面工艺优化及节能增效开发的背景下,混输过程中面临的流动保障问题因油水乳化机制的影响而更为复杂、严峻。集偏光显微观察实验与普通光显微观察实验于一体,通过建立油水乳化体系中蜡晶形态及聚集行为的表征方法,实现了乳化水存在下蜡晶微观形态及聚集结构特征的直观再现,并定量化构建了乳化机制影响下蜡晶特征参数的分布规律。结果表明:随着温度升高、乳化剪切作用增强,蜡晶形态、结构趋向规则化,且其聚集行为受到抑制;含水体积分数对油水乳化体系中蜡晶形态及其聚集行为的影响则表现出在转相点附近发生特征转变。对乳化环境下蜡晶形态及其聚集行为的定量表征和分析,为深化理解管输剪切流场中油水两相蜡沉积过程的作用机制提供了必要基础和依据。