散粒农业物料孔口出流成拱的离散单元仿真

简述了离散单元法的基本原理，离散单元法不仅能反映散粒相互间移动形态，而且能从动力学方面反应物料之间的力学关系。编制了仿真程序，对散粒农业物料孔口出流落粒成拱的影响因素进行了计算仿真。找出了粒结力、摩擦系数、粒径与临界孔口直径、拱高之间的关系，并把仿真结果和实验值对比分析，结果基本一致     

基于离散元模拟筒仓贮料卸料成拱过程及筒仓壁压力分布

筒仓卸料时贮料作用在仓壁上的卸料压力出现骤然增大以及震荡分布的现象,该文从贮料的散体颗粒性入手,采用离散元法和模型试验法研究贮料在静止储粮状态和卸料过程中的力学行为,从细观颗粒层次探求卸料时贮料内部土拱效应与宏观仓壁卸料压力增大及产生震荡的本质联系。模型为平底立筒仓,高1.0 m,宽0.5 m,卸料口直径0.1 m,数值模型填充20 400个球形单元,模型试验贮料为大豆。首先,通过分析卸料中仓底压力分布的周期性变化规律,证实了卸料口附近拱效应的存在。然后选取结拱起始、结拱完成及拱塌落3个时间点仓内贮料的力链网络、竖向应力、横向应力、主应力方向和速度场分布,分析了卸料时的拱效应及其对仓壁卸料压力分布的影响。研究发现,卸料中,筒仓底部的卸料口附近有拱形成,其跨度为卸料口直径的4.0倍,高度为卸料口直径的2.5倍。随着物料的流出,卸料口附近的颗粒物质遵循"拱形成-拱塌落"的动态规律,并据此提出了筒仓卸料的动态成拱机制。深高比0.35处,动态压力修正系数最大为2.70。在深高比0.85处,结拱完成时的仓壁压力达到峰值3.57 kPa。分析结果表明,拱的形成是仓壁压力增大的根本原因,动态成拱机制则是宏观仓壁压力产生震荡的根本原因,仓壁压力峰值作用点和最大动态压力修正系数作用点并不一致。动态成拱机制以及由此引发的仓壁卸料压力分布规律,可为构建机理研究的筒仓结构安全设计提供参考。     

环模制粒挤压过程力学建模及影响因素分析

该文旨在通过研究环模制粒机挤压过程受力状况为其节能降耗及优化设计提供一定的参考。根据环模制粒机制粒成形过程与机理的分析和对环模系统受力状况的研究,建立了环模扭矩力学模型,推导出最大物料挤压高度及最大环模扭矩的计算公式;以力学模型为基础,分析了泊松比、摩擦系数等物料特性及环模、压辊系统的结构参数对环模扭矩的影响规律。研究结果表明,物料特性对制粒能耗影响很大;在一定范围内减小模孔长径比、减小压辊直径有利于降低能耗;而采用大尺寸的环模与压辊不仅可以提高产量,同时还可以降低能耗。该研究对于降低环模制粒机的能耗具有重要意义,并可为相关的试验提供理论依据。     

降雨作用下坡面红土起动条件研究

揭示降雨作用下坡面红土起动的影响因素,建立降雨作用下坡面红土起动条件,为深入研究云南红土坡面侵蚀提供参考。根据红土特性,结合降雨作用下坡面红土的侵蚀过程和现象,采用模型试验及力学模型相结合的研究方法。结果表明:(1)降雨作用下坡面红土侵蚀主要呈现溅蚀和结皮2种现象。(2)红土黏聚力对坡面红土颗粒起动有阻碍作用,且抗剪强度越大,坡面红土颗粒起动的临界切应力也越大。降雨及孔隙水压力对坡面红土颗粒起动有促进作用,且雨滴密度与雨滴终速越大,降雨的影响也越大;红土颗粒粒径越大、雨滴直径与水深之比越小,降雨的影响也越小。(3)建立了坡面红土颗粒在联结和松散状态下起动的临界切应力计算公式。降雨作用下坡面红土颗粒起动的临界切应力与红土颗粒粒径大小、抗剪强度以及降雨雨滴特性、坡面径流特性密切相关。松散状态的坡面红土颗粒在降雨作用下只需很小的径流切应力即可起动。     

雨滴击溅对耕作层土壤团聚体粒径分布的影响

为研究不同雨滴直径的降雨对耕作层团聚体的破碎及其粒径分布特征的影响,该文选取4个雨滴直径(2.67~3.79 mm)对耕层土壤(0~20 cm)团聚体进行雨滴击溅试验,每次试验各滴5 000滴,每1 000滴收集1次溅蚀团聚体。结果表明:1)所有收集次序中雨滴直径3.79 mm溅蚀量最大,累积雨滴数为2 000、3 000和4 000时,溅蚀量与雨滴直径均呈显著的指数函数关系。2)各雨滴直径的溅蚀量随粒径减小呈增大-减小-增大趋势,2 mm粒径的溅蚀量几乎为0,0.053 mm粒径的溅蚀量随雨滴直径增大而增大。3)相同雨滴直径不同累积雨滴数之间平均重量直径值差异不显著,相同累积雨滴数不同雨滴直径之间平均重量直径值差异不显著(P0.05)。4)不同雨滴直径溅蚀团聚体富集率随粒径变化一致,1 mm粒径溅蚀量团聚体富集率值接近0,0.053~1 mm粒径团聚体富集,1 mm粒径团聚体主要破碎成0.053~1 mm粒径团聚体,且粒级越小,富集率越高。研究可为黄土高原地区水土保持提供理论依据。     

不同有机物料对原生盐碱地水稳性团聚体特征的影响

为了研究不同种类和形态的有机物料对原生盐碱地水稳性团聚体特征以及物理性质的影响,以吉林西部地区原生盐碱地为研究对象,通过大田试验,分析了颗粒玉米秸秆、正常玉米秸秆、牧草以及羊粪等有机物料对原生盐碱地的浸水容重、沉降系数、田间持水量和蒸发速率等物理指标的影响,以及对土壤水稳性大团聚体和微团聚体的数量、形态、平均质量直径(MWD)、破坏率(PAD)、水稳系数、平均质量比表面积和分形维数等指标的影响。结果表明:(1)各处理中水稳性团聚体组成以微团聚体占主要成分,其中以0.05~0.25mm粒径为主,不同有机物料处理对各粒级含量影响差异显著。(2)各有机物料处理的土壤水稳性团聚体的稳定性相对CK处理均有所提高,羊粪处理对MWD提高效果最好,提高了104%,而颗粒处理提高水稳系数和降低PAD效果最好。(3)不同有机物料处理对水稳性团聚体形态均有改善作用,颗粒处理改善效果最好,形态圆润表面粗糙,大小孔径分布适中。(4)颗粒处理与其他处理的土壤团聚体分形维数差异显著,其他处理之间差异不显著,颗粒处理分形维数最低,相比CK处理降低了2.62%。各有机物料处理的平均质量比表面积与CK差异显著,其中正常秸秆处理最好,相比CK提高了171.01%。(5)各有机物料处理与CK处理相比,对原生盐碱土物理性质均有改善作用,颗粒处理整体效果最好。浸水容重与PAD和分形维数具有显著正相关性,与水稳系数和平均重量直径呈显著负相关性。沉降系数相关性类似浸水容重,田间持水量相反,蒸发速率则未显示出显著相关性,各物理参数与平均质量比表面积未显示出显著相关性。综合得出,有机物料能够改善原生盐碱土壤结构,同种有机物料不同形态作用效果不同,本试验中经过粉碎高温高压处理的颗粒秸秆效果远好于其他处理,有效地缩短了改良时间。     

谷物穿过水平孔口重力流动的流量

分析了影响谷物穿过水平孔口重力流动流量的因素,推导出流量的计算公式。对小麦、玉米、大豆等谷物重力流动流量进行了试验研究。研究结果表明:谷物穿过水平孔口重力流动流量与孔口尺寸、形状大小、含水量有关,在一定条件下受料柱高度的影响很小。     

超临界CO2喷雾干燥制备乙基纤维素微粒的实验研究

为了扩大喷雾干燥技术在生物物料微粒制备方面的应用,在自行设计的实验台上,以超临界CO2为干燥介质进行了乙基纤维素微粒的制备.研究了喷嘴出口直径、气液比、溶液浓度、温度、压力对微粒粒径及其粒径分布的影响.实验结果表明:改变工艺参数,可在较大范围内调控微粒大小,所制微粒平均粒径为1.07～9.84μm;气液出口为8 mm的喷嘴所得微粒粒径比4 mm的要小且分布变窄、粒度均匀;气液比对微粒粒径的影响存在一个粒径最大值;高浓度溶液所得微粒粒径比低浓度溶液大,粒径分布略有变宽;随温度升高,微粒粒径增大,高温时所得微粒的粒径分布比低温时宽;随压力增加,微粒粒径减小,高压时所得微粒的粒径分布比低压时略有变窄.     

序批式秸秆牛粪混合厌氧干发酵过程物料理化及渗滤特性

序批式厌氧干发酵技术在规模化处理农业废弃物方面具备优势,通过工艺调控优化使产气效率得到明显改善,但对其物质转化特性的综合研究尚待深入。该文在发酵温度和秸秆粒径交互因素下,对不同干发酵环境理化特性及微生物群落进行比较,探寻提高物质转化效率机制、物料形态及渗滤液流动特性。结果表明,高温和细粒径条件显著改善生物转化效率,通过加速有机酸转化,使物料降解率和沼气产量提升了22.61%和56.17%。发酵10 d,细粒径物料结构-渗滤液流动规律基本稳定,形成渗滤液由反应器中区向外区流动趋势,并与Clostridiales、Bacillales、Methanosarcina、Methanoculleus丰度呈正相关（P＜0.05）,形成最佳转化状态。该研究可为评价和改善不同序批式厌氧干发酵体系运行效率提供理论依据。     

生物质成型燃料热解半焦产率及理化特性

序批式厌氧干发酵技术在规模化处理农业废弃物方面具备优势,通过工艺调控优化使产气效率得到明显改善,但对其物质转化特性的综合研究尚待深入。该文在发酵温度和秸秆粒径交互因素下,对不同干发酵环境理化特性及微生物群落进行比较,探寻提高物质转化效率机制、物料形态及渗滤液流动特性。结果表明,高温和细粒径条件显著改善生物转化效率,通过加速有机酸转化,使物料降解率和沼气产量提升了22.61%和56.17%。发酵10 d,细粒径物料结构-渗滤液流动规律基本稳定,形成渗滤液由反应器中区向外区流动趋势,并与Clostridiales、Bacillales、Methanosarcina、Methanoculleus丰度呈正相关（P＜0.05）,形成最佳转化状态。该研究可为评价和改善不同序批式厌氧干发酵体系运行效率提供理论依据。     

Reaction Times of Twenty Limestones

Abstract

Particle size and calcium carbonate equivalent characterize agricultural limestone. When agricultural limestone is used for horticultural container substrates, variations in pH among batches of substrate produced with the same limestone rate, as well as pH drift from initial pH, occur. Horticultural endeavors require more detailed characterization of limestone neutralization capacity than is provided for agricultural limestones. Reactivity of twenty limestones encompassing a broad range of calcium and magnesium carbonate were compared. Limestones were wet‐sieved into three particle‐diameter fractions and reacted with ammonium chloride in the presence of steam. Fine particles reacted faster than coarse; however, there was a point beyond which degree of fineness of calcitic limestone no longer affected reactivity. Dolomitic limestones were slower reacting than calcitic. Reactivity within particle fractions of dolomitic and coarse calcitic limestones varied significantly. These results indicate that particle diameter and calcium carbonate equivalent are not the only factors influencing limestone neutralization capacity.     

气力式小粒径种子精量排种器吸种效果影响因素研究

针对油菜、青菜等类球形小粒径种子粒径小、质量轻,通过排种合格指数、漏播指数等指标研究吸种环节影响机制易受后续卸种、导种等串联环节影响的问题,以正负气压组合式小粒径种子精量排种器为研究对象,通过吸种运移状态图像拍摄试验,确定型孔漏吸、单粒吸种及重吸发生概率,开展吸种环节研究。吸种状态分析发现小粒径种子质量轻,-200Pa时即可被吸附,在负压绝对值较大时会出现4～6粒重吸;型孔单粒吸种发生概率与种子千粒质量、排种盘转速、型孔直径、工作负压等因素相关性极显著(P0.01);排种器存在稳定吸种临界负压,当工作负压在临界负压1～2倍范围内,型孔单粒吸种概率高于0.92,漏吸与重吸发生概率均低于0.04;结合吸种过程受力分析可知排种盘转速变化造成单粒吸种概率变化的主要机制是影响型孔与种子吸附作用时间,进而影响单粒吸种可靠性;当转速增加,实现稳定吸种的临界负压绝对值增大,吸种负压计算的可靠性系数应增大;以漏吸概率0.02及单粒吸种概率0.92的工作负压为参考值,建立了可靠性系数与排种盘工作转速及型孔直径相关的数学模型,利用该模型计算排种器吸种可靠性系数,进而确定吸种负压临界值,可使排种器漏吸发生概率小于0.04,单粒吸种概率大于0.92,排种器稳定工作。研究明确了正负气压组合式小粒径种子精量排种器吸种环节影响机制和用于计算吸种临界负压的可靠性系数模型,为气吸式排种器设计与性能提升提供了参考。     

基于蜂窝结构的仿生立式环模生物质颗粒机设计与试验

针对传统生物质颗粒环模成型机生产成型效率低、环模失效严重等问题，基于仿生蜂窝状有序多模孔结构，该研究提出了一种立式环模生物质颗粒成型机仿生设计方法。对蜂窝单体几何模孔结构进行图像处理，对蜂窝相邻模孔边缘轮廓拐点坐标进行提取，并获取模孔网格坐标，构建环模-压辊-物料耦合作用受力模型，以物料摄取量、挤压力为设计目标，对颗粒成型机仿生环模、模孔、压辊等参数进行设计。样机通过三压辊与仿生环模孔之间摩擦作用，实现对成型区域内物料的挤压成型，从而形成致密的生物质颗粒。温室条件下以颗粒度为2～4 mm的玉米秸秆为物料，物料含水率为12%、压辊主轴转速为100 r/min，结果表明：在相同转速下，优化后的仿生立式环模生物质颗粒成型机较传统环模成型机吨料能耗降低10.08%，生产的成型颗粒密度大于等于1.32 g/cm³，抗跌碎性指数为99.4%，样机能耗为40.46 kW·h/t，该研究各项指标均达到了相关标准的要求且高于传统生物质颗粒机。     

蔬菜育苗高压静电吸附播种机理及系统参数优化

针对现有气吸式穴盘育苗播种机对含杂较多且没有丸粒化的不规则小颗粒蔬菜种子存在吸孔堵塞而导致排种精度下降的技术难题,该研究摒弃小孔径、长导程吸孔,设计了一种基于高压静电吸附特性的蔬菜育苗播种机。通过理论分析及电势等值线分布仿真试验确定介电绝缘层材料;构建静电吸附力学模型,明确影响静电吸附力的主要因素及其相互关系,确定影响播种性能的电参数及范围;以型孔加工直径、正向高压静电发生器输出电压和种箱底面倾斜角度为试验因素,以播种合格指数、重播指数和漏播指数为响应指标进行三因素三水平Box-Behnken中心组合试验,得到各试验因素与响应指标间的数学模型,应用 Design-Expert 10.0.4 软件对数学模型进行多目标优化,得到最佳参数组合为：型孔加工直径5.91 mm、正向高压静电发生器输出电压17.67 kV、种箱底面倾斜角度14.69°,此时播种合格指数为91.13%、重播指数为3.02%、漏播指数为5.85%。播种性能验证试验的播种合格指数相较于优化结果降低了0.61%、重播指数相较于优化结果降低了0.17%、漏播指数相较于优化结果增加了0.78%。试验误差在允许范围内,参数优化结果可靠,满足精量播种技术要求。研究结果可为不规则小颗粒蔬菜种子精量播种机械装备的研发提供参考,同时也可为不规则小颗粒物料定量吸附和快速分离方法研究及设备开发提供学术参考。     

Sedimentary aggregates in the Peoria Loess of Nebraska, USA

Loess grain size data used to infer transport direction or wind strength are generally derived from vigorously disaggregated samples. However, these data may not adequately represent the effective particle size distribution during loess transport, if the transported dust contained aggregates of fine-grained material. Thin sections of minimally altered C and BC horizons in the late Pleistocene Peoria Loess of Nebraska, USA, indicate the presence of aggregates with diameters of 30–1000 μm. The larger aggregates (>250 μm) are unlikely to have been transported, and are interpreted as the result of soil faunal activity and other pedogenic processes after deposition. Aggregates smaller than 250 μm could have a similar origin, but laser diffraction particle size analysis suggests that many are sedimentary particles. Comparison of minimally and fully dispersed particle size distributions from each sampling site was used to estimate the modal diameter of aggregates. The aggregate modal diameter becomes finer with decreasing loess thickness, representing increasing distance from the source. A similar trend was observed in the modal diameter of fully dispersed particle size distributions, which represents the mode of sand and silt transported as individual grains. We interpret both trends as the result of sorting during transport, supporting the interpretation that many of the aggregates were transported rather than formed in place. Aggregate content appears to increase with distance from the source, explaining a much more rapid downwind increase in clay content than would be expected if clay were transported as particles smaller than 2 μm diameter. Although the Peoria Loess of Nebraska contains sedimentary aggregates, many of the coarse silt and sand grains in this loess were transported as primary particles, were thoroughly exposed to sunlight and are potentially well suited for luminescence dating.     

改进颗粒组构力学模型模拟筒仓卸粮成拱细观机理

现有研究表明筒仓卸粮成拱和粮食的内外摩擦密切相关,但现行相关离散元模拟采用单一圆形颗粒,模拟粮食的真实接触面积要小很多,不能客观反映卸粮过程粮食的摩擦情况,也较难还原卸粮成拱现象的细观动态过程。该文针对离散元模拟中圆形颗粒的内摩擦力小于真实粮食内摩擦力的缺陷,在已有PFC离散元程序基础上,添加了黏度系数较大的微型颗粒模拟粉尘,建立了一种改进颗粒组构力学模型,采用几何方法判断圆形颗粒间的接触情况,推导出基本单元间力-位移关系。基于典型事故案例和室内试验成果,采用建立的颗粒组构力学模型模拟了卸粮成拱动态过程中圆形大颗粒间以及圆形小颗粒与仓壁之间的力-位移关系。研究表明在卸粮过程中,切应力在剪切位移达到0.3 mm的过程中,迅速提高,达到最大值切应力的60%,所得的切应力位移图与其应力特征曲线与试验成果基本吻合。以试验结果曲线各点值为标准值,改进后模拟结果曲线值的标准差相比改进前减小37%,说明曲线相似度更高,利用该模型可更加客观反映筒仓卸粮成拱的动态细观机理。该文提出的改进颗粒组构力学模型,不仅可用于模拟卸粮成拱机理模拟,而且对于模拟散颗粒流动特性、散体-仓壁相互作用机理都具有一定借鉴意义。     

生物质灰渣粒径及净化柱高径比对沼液净化效果的影响

为解决生物质灰渣利用和沼液排放引起的污染环境问题,以生物质灰渣为滤料采用自然渗滤对沼液进行了净化处理试验.结果表明:灰渣对沼液具有较好的净化能力,粒径是影响灰渣对沼液净化效果的重要因素,灰渣粒径越小净化效果越明显,相同质量灰渣粒径＞3 mm时,渗滤速率为4.17 mL/s,出水COD为1 880 mg/L,出水TS为1.46 g/L,COD和TS去除率为58.71％和67.69％;而粒径＜0.5 mm时,渗滤速率为0.46 mL/s,出水COD为221 mg/L,出水TS为0.61 g/L,COD和TS去除率达到94.07％和87.16％.净化柱的高径比直接影响沼液流通路径,以COD去除率作为评价指标时,为获得较好的沼液净化效果,不同粒径灰渣(＜0.5、0.5～1、＞1～1.5、＞1.5～2、＞2～3 mm)所采用净化柱的高径比应不小于1.34、2.3、2.68、5.01、10.66,此时对应出水COD值分别为236、276、305、315、342 mg/L,COD去除率分别达到94.82％、93.94％、93.3％、93.08％和92.49％,出水水质接近农田灌溉用水要求.不同粒径(＜0.5、0.5～1.0、＞1.0～1.5、＞1.5～2.0、＞2.0～3.0)灰渣对沼液的最大的过滤能力分别为9～10、10～11、8～9、4～5、3～4 mL/g.     

秸秆类生物质原料筛分除杂试验及滚筒筛改进

为解决秸秆收获后小杂质去除问题,针对粒度在10 mm以下的玉米秸秆原料,利用样品分析筛,将原料分为9个粒度等级,之后进行热工特性测定、沉降试验。通过对不同粒度的玉米秸秆原料进行热工特性对比试验,分析灰尘等细颗粒物杂质在不同粒度原料中的比例及影响,发现粒度级别为0.2~0.33、0.2 mm这2个物料尘土质量分数超过50%,而占总质量的百分含量仅为3.39%,故提出原料的最佳筛分粒度范围为0.33 mm。优化改造筛分除杂装置,其最佳工况下的技术参数为:筛筒长1 000 mm,筛筒直径500 mm,筛筒倾斜角10°,转速34 r/min,筛网孔径0.33 mm。利用该装置,进行筛分工况确定试验、验证对比试验及经济分析,发现:使用筛网后的物料压块成型后,挥发分及热值有大幅度提升,灰分减少25.21%,大大降低了秸秆物料对成型机关键部件造成的磨损及对燃烧设备的结渣风险。其过筛后的压块成型燃料经济价值提高到563.5元/t,可提高收益6.91%。该文提出了一种适合中国生物质成型燃料大规模生产的筛分技术及配套装置,为生物质燃料清选工艺提供技术支撑,为秸秆的能源化利用提供重要参数依据。