基于Penman-Monteith方程的节水灌溉稻田蒸散量模型

为利用Penman-Monteith方程直接计算非充分灌溉条件下的稻田蒸散量,该文根据国家“863”节水农业重大专项试验资料,在K-P表层阻抗模型修正研究基础上,提出改进的稻田蒸散量模拟模型。结果表明：根据土壤相对含水率修正后的K-P模型较好地模拟了水稻表层阻抗,且反映出不同土壤水分状况下表层阻抗的变化规律;采用改进的Penman-Monteith方程模拟水分胁迫条件下的稻田蒸散量后,误差从改进前的18.57%降低至10.84%,且对冠层未完全覆盖条件下的稻田蒸散量也具有较好的模拟效果;土壤含水率、空气温度和空气湿度是改进的Penman-Monteith方程最为敏感的因子,它们的准确观测对于提高模型的估算精度至关重要;模型回归系数（c1、c0）的变化对模型估算结果的影响较小。表明当某一特定作物的回归系数值确定后,改进的Penman-Monteith方程可应用于不同地区、不同灌溉模式下作物蒸发蒸腾量的估算。     

仓内稻谷干燥的多尺度多层结构热质传递模拟及试验

为研究仓内稻谷干燥的热质传递机理,确定稻谷颗粒内部不同组织结构特性对干燥过程的影响,以仓内稻谷堆为研究对象,针对谷粒的多层结构问题,运用多尺度理论、热质传递原理和孔道网络方法等知识,建立了仓内稻谷热风干燥的多尺度多层结构热质传递模型,并进行了稻谷堆热风干燥试验,模拟分析了仓内稻谷的干基含水率、温度分布以及孔隙汽相的温度分布等情况。结果表明:建立的热质传递模型可有效模拟仓内稻谷干燥过程,干燥器尺度下仓内稻谷的平均干基含水率的模拟值与试验值的最大相对误差为7.6%,颗粒尺度下单颗粒稻谷干基含水率的模拟值与试验值的最大相对误差约为6.8%;稻谷颗粒内部传热比传质速率快,颗粒内存在较大的水分梯度。稻谷胚扩散系数对干燥的影响较大,其次是稻谷壳扩散系数,稻谷衣扩散系数影响最小。研究结果为稻谷就仓干燥的品质及工艺分析提供了理论基础。     

基于三维湿热传递的玉米籽粒干燥应力裂纹预测

为了揭示热风干燥过程玉米籽粒的应力裂纹形成机理,该文利用图像处理技术构建玉米籽粒的三维几何模型,将湿热传递数学模型与应力模型耦合获得应力信息,并与其屈服应力比较以预测玉米籽粒开裂特性。结果表明:该模型模拟的含水率和温度与试验值的最大误差分别为7.28%和9.64%,可以用于模拟玉米籽粒温度梯度、水分梯度和应力分布变化。干燥过程玉米籽粒的温度、水分梯度和应力表层较大而内部较小,干燥过程玉米籽粒主要受湿应力作用。干燥过程(热风温度40～80℃、相对湿度12%～52%)玉米籽粒的最大应力逐渐减小,其随着热风温度的升高而增大、随着相对湿度的升高而减小。玉米籽粒的最大应力在干燥前期大于其屈服应力而发生开裂,较低的温度和较高的相对湿度可以抑制玉米籽粒在干燥前期形成裂纹。研究结果为预测干燥过程玉米籽粒应力裂纹提供参考。     

黄土高原北部草地表层土壤水分状态空间模拟

为探明黄土高原北部草地表层土壤水分空间分布特征及其与环境因素的关系,该文用自回归状态空间模型和经典统计的线性回归模型对该区草地表层土壤含水率的分布状况进行了模拟。结果表明,状态空间方程可以应用于环境因素复杂的黄土高原水蚀风蚀交错区,其拟合效果优于线性回归模型。单因素中基于饱和导水率的模拟效果最佳（R2 = 0.936）;多因素模拟中以饱和导水率+海拔+凋落物模拟效果最佳（R2 = 0.976）,可以很好地解释表层土壤水分的变异状况。自回归状态空间模型可用于研究黄土高原北部水蚀风蚀交错区表层土壤水分与其他因素的空间关系。     

水稻间歇干燥工艺的模拟分析

在稻谷颗粒内部水分扩散模拟和应力计算的基础上,编制了水稻间歇干燥工艺的模拟程序,并对模拟结果作了实验验证,然后利用模拟程序对水稻间歇干燥工艺的特点进行了分析,得出了间歇参数对水稻降水速度,内部水分梯度和内部应力的影响规律,为间歇干燥工艺的设计和参数选择提供了理论依据。     

有机玻璃材料的浓缩风能装置流固耦合分析

用于制造浓缩风能装置的材料直接影响浓缩风能型风力发电机的推广及应用。该文通过流固耦合分析方法,对有机玻璃用于制造浓缩风能装置的可能性进行分析。采用计算流体力学(computational fluid dynamics,CFD)软件对浓缩风能装置在特定风场下进行仿真模拟,得到了不同温度下浓缩风能装置所处流场的风速和风压分布。将不同温度下的流场计算风压分布结果作为载荷加载到对应温度下的浓缩风能装置上,得到该装置在不同温度下所受最大应力。这些不同温度下的最大应力均远小于有机玻璃在对应温度下的断裂应力,如温度为293.15 K时该装置所受最大应力为1.5378 MPa,而该温度下有机玻璃的断裂应力为71.704 MPa,因此有机玻璃在强度上满足浓缩风能装置要求,可以用于制造浓缩风能装置。当选择泊松比、杨氏模量和断裂应力均随温度发生变化的材料作为流体机械备选材料时,该研究过程可以为其可行性研究提供参考。     

不同覆膜开孔率下土壤水分和潜水蒸发的模拟研究

为研究蒸发阶段不同覆膜开孔条件下土壤水分运动,在室内进行蒸发模拟试验的基础上,采用HYDRUS-1D模型对不同覆膜开孔率和大气蒸发能力条件下土壤剖面含水率和潜水蒸发量动态变化进行了模拟,并与实测资料进行比较。结果表明:土壤剖面含水率同时受大气蒸发能力和覆膜开孔率的共同作用,随覆膜开孔率和大气蒸发能力的增加,土壤剖面含水率减小,且上层土壤含水率差异比下层土壤明显;覆膜开孔率和大气蒸发能力一定时,土壤剖面含水率在蒸发初期有所增加,蒸发后期基本保持稳定;覆膜对潜水蒸发的阻滞作用明显,但开孔率增加到一定数值时,表层盐分的影响大于覆膜的影响,使土壤含水率增大,累积蒸发量减小。经实测数据验证,模型精度较好,表明HYDRUS-1D模型用于不同覆膜开孔率下的土壤水分运动模拟是可行的。     

滴灌用水力旋流器中颗粒分离的数值模拟

针对滴灌用水力旋流器,采用高浓度混合多相流模型并结合雷诺应力模型和颗粒动力学理论对其内部颗粒体积浓度分布和分离效率进行了数值模拟。模拟首先得到了水力旋流器内不同粒径颗粒浓度分布情况和分离效果,对于小粒径颗粒主要集中在内旋流区域,分离效率较差,而大粒径颗粒集中在外旋流区域,分离效率较高;对于颗粒分离效率,混合多相流模型和欧拉多相流模型的计算结果基本一致;最后分析了旋流器进口速度和浓度变化对颗粒分离效率的影响。计算结果表明,混合多相流模型可用于水力旋流器内高浓度多相流的数值模拟,对滴灌用水力旋流器的选择和结构优化设计具有重要的指导意义。     

基于介电特性与SPA-SVR算法的水稻含水率检测方法

为提高基于介电法水稻含水率的检测精度,以北粳3号水稻为研究对象,利用阻抗分析仪及自制同轴圆柱型电容器测量了不同含水率水稻在1 kHz～1 MHz频率下的相对介电常数ε′及介质损耗因数ε"。采用x-y共生距离法划分了72个样本校正集和48个样本预测集。利用无信息变量消除法及连续投影法选取介电参数(ε′、ε"及ε′和ε"两者结合)的特征变量,分别利用所提取的特征变量以及单频、全频下的介电参数来建立预测水稻含水率的多元线性回归及支持向量机回归模型,分析模型的预测性能,并对最佳模型的含水率预测结果进行温度补偿。结果表明:基于ε′与ε"两者结合并利用连续投影法提取特征变量建立的支持向量机回归模型预测效果最佳,其预测集决定系数为0.980,预测均方根误差为0.403%。最佳预测模型对不同品种水稻的含水率预测值与烘干法测得的含水率实测值的绝对误差集中分布在±0.5%内,该研究可为粮食含水率的检测提供参考。     

参数模型在壤土类土壤颗粒大小分布中的应用

颗粒大小分布是土壤的基本物理性质之一 ,可以用来预测其它难以直接测定的土壤性质。采用参数模型描述土壤的颗粒大小分布有许多优点。本文利用河南封丘地区三种壤土类土壤共 30 0个样本的颗粒分析资料 ,研究了五种参数模型的适用情况。结果表明 ,包含四个参数的Fred4P模型对三种土壤颗粒大小分布的模拟效果最为理想 ;三参数的Fred3P和MLog模型对砂壤土的描述效果较差 ,对另外两种质地土壤的模拟效果与Fred4P模型相当。四参数的Gomp模型计算误差大于Fred3P和MLog模型。在这五种参数模型中 ,MVG模型的误差最大 ,不能精确描述封丘地区壤土类土壤的颗粒大小分布。     

基于微波反射法的谷物含水率在线检测装置研制

针对稻麦联合收割机在收获作业时难以对小麦、水稻等谷物的含水率进行准确在线测量的问题,该文基于微波反射法研究了谷物含水率在线检测方法,建立了稻麦含水率检测模型,研发了一种稻麦联合收割机谷物含水率在线检测装置。该装置采用微波测量模块对稻麦含水率进行非接触式测量,设计了电压转换电路将微波参数转换成电压信号,采用滑动平均滤波算法进行信号滤波,最后通过标定试验所建立的含水率检测模型进行稻麦含水率计算,计算结果经CAN总线通讯在显示器上实时显示。基于上述理论研究、技术开发和结构设计对所研制的谷物含水率在线检测装置分别进行了室内静态试验和田间收割试验研究,试验结果表明:检测装置的对稻麦含水率的测量范围为14%～34%,在室内静态试验和田间收割试验中的性能标准差分别为0.458 3%和1.078 0%,相对误差分别在2.5%和5%左右,具有良好的准确性与实用性。     

Distribution of amylose,nitrogen, and minerals in rice kernels with various characters

The distribution of chemical constituents is known not to be even within a rice kernel. To improve the eating quality of rice or to give it some special traits by adjusting the milling intensity, we investigated the distribution of amylose, nitrogen (N), and specific minerals (P, K, Mg, Ca, and Mn) in rice kernels of 11 cultivars with various characteristics cultivated under similar conditions. The distributions of these constituents were determined using flour samples prepared consecutively by abrasive milling from the outer to the inner portions of hulled rice. In all the cultivars tested, N and the minerals were found to be more abundant in the outer than in the inner portion, but amylose was rich in the inner portion. P, Mg, K, and Mn were extremely rich in the outer portion, while N and Ca were only relatively rich there. Koshihikari, which is the most popular cultivar in Japan because of its excellent eating quality, showed the highest Mg/K ratio in the outermost portion of polished rice. The color of flour samples became pure white going from outside portions toward the center of the kernel, even if the sample was from red rice or purple-black rice because only the surface of hulled rice contains pigments. These findings suggest that the outer portion contains various compounds other than starch and the inner portion contains relatively pure starch. Rice palatability and other characteristics can be improved through controlling the degree of milling using the biased distribution of chemical constituents within a rice kernel.     

低场核磁共振分析聚乙二醇对萌发期水稻种子水分吸收的影响

为研究聚乙二醇(PEG,polyethylene glycol)处理下水稻种子萌发过程中内部水分分布和变化规律,进而揭示水稻耐旱性在水分吸收规律上的重要特征。应用低场核磁共振的T2弛豫谱和质子密度加权成像分析了PEG处理下水稻种子萌发过程中的水分变化,研究了利用蒸馏水(对照)和质量分数分别为10%、20%PEG6000处理对两个水稻品种旱9710、辽星1发芽指标的影响,以及对两个水稻品种萌发0、6、22、48、72 h吸水量的影响,确定单位质量核磁信号幅值与水稻种子湿基含水率的回归函数关系。发芽指标检测结果显示:旱9710耐旱性高于辽星1。质子密度加权成像结果显示:在水分吸收初期,水分子直接通过种子表面裂缝进入种子体内,胚乳中的淀粉粒等物质开始吸水膨胀,种子体积增大。24 h后,种子内营养物质向种胚流动。PEG处理下,水稻种子吸水量明显减少,发芽速度明显降低,且PEG质量分数越高,发芽速度越慢。基于核磁共振理论及T2弛豫谱的多组分特征,当反演频率为10 000时,水稻种子萌发过程中的水分分为束缚水与自由水两部分。T2弛豫谱结果表明:在蒸馏水和质量分数分别为10%、20%PEG处理下,种子湿基含水率和核磁信号幅值均逐渐增长。PEG处理下,核磁信号幅值增长相比对照处理显著降低(P0.05)。PEG处理抑制了两个水稻品种种子对水分的吸收,PEG质量分数越高,抑制作用越强。PEG处理24 h后,耐旱性强的水稻品种吸水率相比对照处理的降低幅度小于耐旱性弱的品种。回归分析表明,3种处理下,核磁信号幅值和湿基含水率具有一致的线性关系(R2=0.983),由回归方程可以求得水稻种子萌发过程中各状态水分的含量。试验为研究水稻种子萌发过程对干旱胁迫的反应机制,开发种子水分微观活体无损检测技术等方面的研究提供理论支持和数据参考。     

Soaking Conditions During Brown Rice Parboiling Impact the Level of Breakage‐Susceptible Rice Kernels

If properly executed, parboiling, a hydrothermal treatment consisting of soaking, steaming, and drying of rice, substantially reduces its milling breakage susceptibility. Here, brown rice was soaked at 40, 55, or 65°C for different times (150 s to 240 min) and subsequently parboiled under standardized steaming and drying conditions. The moisture absorption during initial soaking induced fissures in more than 90% of the rice grains, which disappeared with further soaking. The fissuring incidence in the soaked rice samples was related to that of the parboiled rice samples. The extent of starch gelatinization during steaming increased with the moisture content of the soaked grains. In addition, as a result of starch gelatinization, the level of white bellies (i.e., parboiled grains with translucent outer layers and an opaque center) decreased from over 90% to less than 3%. Rice grains need to absorb sufficient moisture during soaking to minimize the level of breakage‐susceptible white bellies and fissured rice grains in the parboiled end product.     

稻谷收获期粒间水分分布的研究

利用计算机和单粒水分测定装置,测定了稻谷成熟、收获、堆放过程中粒体之间的水分分布,研究了粒体之间的水分交换机理。发现在收获期稻粒的含水率受外界环境条件的影响很大,高温高湿的气候特点造成稻粒表层吸附大量自由水分是形成稻谷高湿的主要原因。比较新收稻谷和糙米粒间水分分布发现,稻谷的含水率始终比糙米的含水率高出很多,由此推测稻壳中的含水率比较高,这为安排工艺快速去除新收稻谷表面水分提供了依据。     

稻谷颗粒内部水分迁移过程的有限元分析

研究稻谷颗粒内部水分的迁移规律,以求达到较好的烘干效果,是一个重要的问题。该文研制了可用于空间轴对称湿扩散问题的有限元计算软件,并用其对描述圆粒、长粒稻谷的３层圆球和椭球两种模型进行计算,得到了两种模型在干燥、缓苏状态下的湿度及其梯度场随时间变化规律。经分析发现,烘干温度较低时,椭球脱湿速度低于圆球,烘干温度较高时,两者差异变小。两模型的含水率（干基）及其梯度分布有明显差别。     

Effect of Flour‐Blasting Brown Rice on Reduction of Cooking Time and Resulting Texture

Long‐grain nonparboiled, long‐grain parboiled, and American basmati‐type brown rice were bombarded with parboiled rice flour particles to create microperforations on the water‐resistant outer layer of the kernels. These microperforations in the treated rice significantly increased the rate of hydration. Optimum conditions to produce microperforations without removal of the bran included air pressure maintained at 413 kPa and a parboiled rice flour average particle size of 124 μm. The optimum blasting time was 40–60 sec, depending on the type of rice. The relative hardness of the fully cooked flour‐blasted rice was the same at half the cooking time of the untreated brown rice but % water absorption of the untreated flour‐blasted brown rice was higher because it required longer time to cook. Overall, untreated brown rice was ≈4.7% higher in % water absorption due to longer cooking time in comparison with the treated counterpart. The blasting treatment resulted in shorter cooking time and firmer and less gummy cooked rice as compared to freshly cooked untreated brown rice.     

Dry Matter Loss for Hybrid Rough Rice Stored Under Reduced‐Oxygen Conditions

The objectives of this research were to characterize dry matter loss of hybrid long‐grain rough rice during storage under reduced‐oxygen conditions and develop a new approach to predict the dry matter loss by using storage temperature and relative humidity data as input. Two long‐grain hybrid rice cultivars, CL XL745 and XL760, harvested in the year 2015 were stored in rough‐rice form in sealed glass jars at moisture contents of 12.5, 16, 19, and 21%, (wet basis) and temperatures of 10, 15, 20, 27, and 40°C for a total of 16 weeks, with samples taken at 2, 4, 6, 8, 10, 12, and 16 weeks of storage. Results revealed no differences in dry matter loss connected with the rough‐rice moisture content levels and temperature during the storage duration. However, the dry matter loss was statistically different based on rough‐rice cultivar. Experimental data were fitted to a dry matter loss equation for long‐grain rice found in literature. The dry matter loss equation developed for conditions of grain storage without oxygen limitation did not accurately predict rough‐rice dry matter loss under reduced‐oxygen conditions. Equation constants generated for reduced‐oxygen storage conditions were significantly lower than the typical constants used for long‐grain rice in literature. Hence, integration of rice cultivar and storage conditions such as oxygen supply is crucial for accurate determination of kinetics of dry matter loss during storage of hybrid long‐grain rough rice.     

逆流式糙米加湿调质机技术参数对加湿均匀性的影响

为实现糙米加湿调质机的均匀加湿,该研究以糙米（含水率12.0%）为原料,采用二次旋转组合试验,研究了逆流式糙米加湿调质机喷头高度、圆盘倾角及清粮拨爪转速等关键工作部件的不同技术参数对加湿均匀性的影响规律。用SAS软件处理试验结果,表明喷头距加湿圆盘高度为242.05 mm、圆盘倾角为下倾8.41o、清粮拨爪转速为77.1 r/min的参数条件下加湿调质,糙米加湿调质机仓内的糙米含水率标准差为最小值0.04。研究结果为糙米加湿调质技术的推广应用提供参考。