筒仓静态储粮的边界压力及仓壁摩擦力试验研究

为了研究筒仓散装粮堆的边界压力和仓壁摩擦力的分布规律,研制了模型筒仓试验装置,基于仓体的微缝分离设计,实现各分离仓体受力的独立测量。以小麦为例,通过实测,发现不同装粮高度下,粮堆底部压力沿径向呈现不均匀分布特征,其不均匀分布程度随装粮高度逐渐增加;当装粮高度大于筒仓直径后,仓壁侧压力开始逐渐小于Janssen公式计算结果;而仓壁摩擦力在整个粮堆深度范围内均小于Janssen公式计算结果。试验表明,仓壁实测摩擦力与侧压力之比小于小麦与仓壁的摩擦系数,且随粮堆深度的增加不断变化,表明静态储粮下储料与仓壁边界之间尚未达到极限平衡状态;侧压力系数接近主动态,且小于主动土压力系数。研究结果可为散体物料压力理论提供参考。     

球形食品真空冷却过程中参数分析

建立了描述球形食品在真空冷却中传热、传质的数学模型。通过数值求解得到真空压力、产品质量、产品温度(表面温度、中心温度、质量平均温度)随时间的变化曲线。实验装置中高精度的数据采集系统能够在线测定和记录真空室压力、产品质量、产品不同位置的温度随时间的变化。在春收甘蓝的真空冷却实验中，模拟的压力和实测的压力在10000～600 Pa的降压过程中最大相差100 Pa；模拟值和实测值间温度的最大差值小于1℃；真空冷却中，模拟的甘蓝的水分损失率是3.32%，实测的甘蓝水分损失率是2.97%，相差0.35%。研究结果对     

单坑变水头入渗条件下均质土壤水分运动的数值模拟

变水头入渗条件下的土壤水分运动是蓄水坑灌的基本理论问题。该文根据土壤水动力学的基本理论，分析了蓄水坑变水头入渗的复杂边界条件，并推导了其坑水位变化与坑壁变水头入渗关系的数学表达式，进而建立了蓄水坑灌单坑变水头入渗及土壤水分运动的数学模型。采用ADI交替方向隐式差分格式将土壤水分运动方程离散，用Gauess-Seidel迭代算法求解非线性差分方程，实现了单坑变水头条件下的土壤水分运动的数值模拟。实验验证表明，数值计算结果与实测值有着较好的一致性。     

熟肉真空冷却过程的数值模拟

该文主要针对熟肉的真空冷却进行了研究，并模拟了真空冷却过程中的系统的压力变化、产品温度变化以及质量损失。模拟结果与试验数据相比较，结果发现数值模拟的结果与试验数据吻合得很好，模拟的压力与试验测定的压力的最大偏差在200 Pa以内；模拟温度与试验温度的差值在5℃以下；模拟与试验的质量损失的偏差在5％左右。数据模拟结果表明，文中的数学模型可以被用于预测真空冷却过程中的压力、温度和质量损失的变化，来分析熟肉的真空冷却过程。     

基于应力路径试验的小麦粮堆力学特性和应力应变关系模型

粮仓中粮堆在装卸时存在着复杂的应力路径,为了得出复杂应力路径对粮堆模量和临界状态特性的影响规律,以及粮堆应力应变关系模型,该文在侧向应力50~300 k Pa下,进行了常规三轴压缩(conventional triaxial compression,CTC)、等p压缩(constant mean normal stress compression,CMS)、三轴主动压缩(reduced triaxial compression,RTC)三轴应力路径试验,分析了应力路径和侧向压力对模量的影响和粮堆临界状态特性;修正岩土体三次曲线模型,建立了适于描述仓内小麦粮堆应力应变的模型,并通过应力路径试验结果和文献试验结果对模型的适用性进行验证。研究结果表明:各应力路径下初始模量、割线模量E50均随着侧向应力呈幂函数增长;CTC、CMS试验的割线模量E50比初始模量发生较大的降低,而RTC试验没有明显降低。在参考压力(大气压力)下,对于初始模量,CTC试验的结果最大,RTC试验的结果最小;对于割线模量E50,CTC试验的结果最小,RTC试验的结果最大。CTC试验的初始模量、割线模量均随着侧向应力增长最慢,而RTC试验的结果均随着侧向应力增长最快。不同应力路径和侧向应力下,试验的破坏点均落于同一临界状态线上,小麦粮堆临界状态应力比为0.976。修正三次曲线模型反映了粮堆强度、峰度系数和峰值应变等特性,并通过8个参数进行计算;通过应力路径试验结果和文献试验结果对该模型进行了验证。研究结果可为粮仓装卸料压力、变形的计算提供更符合实际应力路径条件的参量,建立的修正三次曲线模型可用于粮堆应力和变形的数值模拟,为粮仓的设计提供参考。     

高含水量土壤承压特性的探讨

水田表层土壤由于含水量较高,其承压特性与其他土壤有较大区别。经观测高含水量土壤在平板测头作用下的流动规律,并测定其压力—沉陷关系表明:Bekker的压力—沉陷公式不适用于高含水量土壤。通过分析,导出了高含水量土壤的压力—沉陷公式。试验结果表明,预测值与实测值相当一致。该文还分析了土壤粘度、压板面积、贯入速度对平板贯入阻力的影响。     

农业基站室外自然冷能微热管阵列式空冷器性能

针对农业生产服务基站内通讯及储备电源等设施发热量高的问题,该文设计了一种基于微热管阵列的室外空冷器,在北方冬季及过渡季节利用自然冷能对通讯基站散热降温,节能降耗。利用多功能气候实验室模拟不同的室外环境温度,对空冷器在不同流程(顺流和逆流)和不同温度及流量下的换热性能、温度分布、?效率及阻力特性等进行分析。结果表明:逆流式空冷器的换热性能相较于顺流式提升了16.9%。微热管阵列传热单元具有优良的导热性能和均温性能。试验过程中空冷器最大换热量为7.5 kW,空气流动的平均压降为164.9 Pa,水循环管路平均压降为7.96 kPa,?效率最高为38.8%,相较于常规冷却塔,微热管阵列式空冷器适用环境温度范围广且阻力较小。与平直翅片的板翅换热器的流动特性与阻力特性对比结果表明,本文锯齿形翅片的空冷器综合性能提升了36.1%。研究结果可为微热管阵列式空冷器在农业基站的应用提供参考。     

储料竖向压力对粮仓中小麦粮堆湿热传递的影响

粮仓中存在压力场、温度场和湿度场等多物理场,为了得出各物理因子共同影响下的粮堆内湿热传递规律,该研究利用自行研制的粮堆多场耦合试验装置,针对仓内小麦粮堆单元体,研究在高温边界38.5℃、低温边界5.2℃,初始粮温25.8℃,竖向压力分别为50、100、150 kPa条件下小麦粮堆湿热传递情况。试验结果表明:竖向压力增加,粮堆孔隙率减小,热量通过粮食籽粒间传导增加,传递速率加快,竖向压力从50 kPa增大至150 k Pa,粮温较入仓时下降约0.5~1.3℃,温度梯度变化率达8.7%,不同压力下粮堆高温区面积随储藏时间呈幂函数减小。粮堆内湿空气在边界处累积至峰值时会有部分湿空气向粮堆内迁移。粮堆中部与靠近低温边界温差大于6.3℃时,粮堆内湿空气扩散加快,粮堆中部平均相对湿度下降速率随竖向压力增加而加快。研究结果可为散装粮堆多场耦合研究提供理论支持。     

多孔介质干燥过程传热传质研究

该文根据非平衡态热力学和相平衡理论，建立了多孔介质对流干燥内部传热传质过程的二维数学模型，该模型充分考虑了传热与传质之间的相互耦合，用控制容积积分法采用全隐格式对该模型进行分析求解，并与玉米干燥实验数据进行对比。结果表明，表面对流换热系数、干燥介质温度和湿度的变化对热、湿迁移过程均有较大影响，而表面对流传质系数对湿迁移过程影响不大，温度和湿度梯度的耦合产生“局部增湿”现象。     

高精度温压检定系统的研制与试验

目前在低温（＜0℃）状态下尚无能同时对温度、压力、湿度进行标定的现成产品,基于双温双压原理该文研制了一套温、压检定系统,以实现对传感器和仪器设备同时进行温度和压力的标定;在给出系统结构、工作原理的基础上,建立了温度系统和压力系统的数学模型,给出了bang-bang控制和改进PID（proportional-integral-differential）的复合控制方法,最后进行了现场试验,试验结果表明：在系统的绝对压力为30～130 kPa,温度为-70～80℃时,温度测量绝对误差＜0.02℃,压力测量绝对误差≤15 Pa,温度控制绝对误差＜0.03℃,压力控制绝对误差≤18 Pa,温度和压力的目标确定度分别为0.06℃和10 Pa,结果表明该检定系统具有控制精度高、稳定性强和可靠性高的特点,可用于检定、地面仪器考核、探空仪器考核。该研究为进一步研究温、湿、压综合检定系统提供技术手段和试验数据。     

槽式太阳能真空管接收器环形区域结构及气体优化

合适的间隙尺寸和真空度对减少接收器环形区域热损失、提高集热器系统效率非常重要。为了能有效利用理论方法对槽式太阳能真空管接收器环形区域进行优化研究,该文利用ANSYS软件建立了真空管接收器的三维流动、传热模型。该模型以Sol Trace光学软件模拟得到的金属管周向热流密度为热边界条件,模拟计算了真空管接收器内三维流动及传热过程。为验证模拟结果准确性,与文献试验结果进行对比,吻合较好,平均相对误差为4.91%。在确定数值模拟可靠性前提下,对接收器环形区域传热性能进行了计算和分析。模拟结果显示,随着间隙尺寸增大,环形区域平均温度和热损失逐渐减小;间隙尺寸小于20 mm时变化趋势较快,大于20 mm时变化趋于平缓。随着环形区域压力增大,金属管外壁面平均温度逐渐降低,玻璃套管内、外壁面平均温度逐渐升高;压力为0.0001~0.01 Pa时壁面温度基本不变,压力大于0.01 Pa时壁面温度变化明显。环形区域的传热特性与渗入的气体种类也有关系,渗入气体导热系数越大,玻璃套管内壁面的平均温度越高。该研究对了解环形区域传热特性、优化环形区域结构、指导接收器设计具有一定的实用价值。     

基于混合狼群算法参数优选的泵站群运行优化

对于求解复杂的并联泵站群优化运行模型,狼群算法(wolf pack algorithm,WPA)存在收敛性和鲁棒性差等问题。为改善这些问题,该文以某典型并联泵站群为例,以泵站系统主机组运行能耗最低为优化目标,考虑流量、叶片角度、开机台数等约束条件,建立了并联泵站群优化运行模型。将模拟退火算法引入WPA算法中,提出混合狼群算法(hybrid wolf pack algorithm,HWPA)用于求解建立的优化模型。选择最小值、平均值和标准差作为算法性能的评价指标。相较于粒子群算法(particle swarm optimization,PSO)和WPA算法,HWPA算法求解典型并联泵站群优化运行模型得出的运行能耗最小值平均降低了15.60、10.23 kW,平均值平均降低了36.94、14.30 kW,标准差平均降低了84.82%、72.90%。在HWPA算法的基础上,对算法中的游走步长、奔袭步长、围攻步长的最小值和最大值4个参数进行单因素分析和拉丁超立方抽样设计计算,确定出4个参数的最优组合为0.33、1.53、0.672和4.8×10^5,进而提出改进混合狼群算法(improved hybrid wolf pack algorithm,IHWPA)。相较于HWPA算法,IHWPA算法求解典型并联泵站群优化运行模型得出的运行能耗最小值和平均值平均降低了4.66和13.26 kW,标准差平均降低了94.02%。应用IHWPA算法确定典型并联泵站群6个不同运行工况优化方案,结果表明,采用引入模拟退火算法、优选WPA算法参数的方法提高了算法的全局收敛性与计算鲁棒性,泵站运行最优决策方案较实际方案的运行能耗平均降低9.80%,可为泵站工程提供合理有效的运行方案,降低运行能耗。     

Effect of Adding Different Dietary Fiber Sources on Farinographic Parameters of Wheat Flour

Breadmaking is a complex process that involves a series of parameters that must be controlled. Rheological measurements are often used to predict the behavior of wheat dough during processing and the quality of the final product. There are many different dietary fiber sources that can be used to enhance the nutritional quality of bread. However, they will affect processing and final product quality. Response surface methodology (RSM) was employed to study the effects of adding different dietary fiber sources (wheat bran, resistant starch, and locust bean gum) on farinographic parameters of wheat flour. The experiments were conducted according to a 2³ central composite rotational design (CCRD). With the experimental results or responses (farinographic parameters), the effect of each variable was calculated and the interactions between them were determined. Models that explain the effects of the different fiber sources on water absorption, arrival time, dough development time, and mixing tolerance index of wheat flour were established. The fiber sources interacted for some of the parameters analyzed, demonstrating that if two or more sources of dietary fiber are present in the mix, they might act different to what would be expected of the sum of them. It was also noticed that for most parameters, wheat bran and locust bean gum had a greater influence on farinographic parameters than resistant starch. The simultaneous presence of the three fibers, within the ranges studied, contributed to an increase in water absorption, arrival time, and mixing tolerance index, and to a reduction in departure time and dough stability.     

奶牛初乳冷冻干燥特性与节能工艺优化研究

对奶牛初乳进行了冷冻干燥试验，通过采用二次正交旋转组合试验设计方案，分别建立了单位水分能耗和单位面积生产率与冻干室压力、初乳装填厚度、初乳浓度的数学模型。通过降维分析，给出压力、厚度、浓度对试验指标的影响趋势。在较高生产率约束条件下，用复形调优法找出低能耗下较优的工艺参数，即冻干室压力５４．５４Ｐａ，初乳装填厚度１０．０２ｍｍ，初乳浓度３６．７３％     

Influence of evapotranspiration assessment on the accuracy of moisture transport modeling under the conditions of sprinkling irrigation in the south of Ukraine

ABSTRACT

The paper presents the results of computational experiments for evaluating the impact of different evapotranspiration assessment methods usage on the accuracy of soil moisture dynamics simulation for the conditions of sprinkling irrigation. We consider a differential one-dimensional model of moisture transport stated in terms of water head which uses as an initial data the estimates of evapotranspiration according to the methods of Ivanov, Shtoiko, Penman–Monteith and SEBAL. The differential moisture transport model was discretized using the finite-difference scheme. Its unknown parameters values were found by solving an inverse problem using the metaheuristic particle swarm optimization algorithm. We perform water head modeling accuracy assessment using different methods of evapotranspiration evaluation along with their linear combination. The Ivanov’s method was found to be the most accurate in the conditions of soybean growing in the south of Ukraine under sprinkling irrigation while linear combination of four considered methods gives an additional increase of accuracy by 6.5%.     

履带车辆差速转向时载荷比受土壤下陷的影响

为进一步探究履带车辆双功率流动力差速转向机构的转向性能，需要对载荷比的影响因素进行全面分析。该文主要考虑下陷量及土壤参数的影响，对试验样机进行差速转向试验，得到了下陷量与实际载荷比的关系、下陷量与转向半径的关系以及载荷比与转向半径的关系，根据载荷比公式计算的数值与试验测得的数值接近，误差范围在0.16～1.74。试验中，载荷比从1.65增加到6.08，下陷量从3.60 mm增加到10.42 mm，转向半径从1.00 m减小到0.29 m。试验结果表明：履带车辆在松软地面进行差速转向时，下陷量随着实际载荷比的增加而增大，但随着转向半径的减小而增大。该文试验所得结果与理论分析相吻合，可以进一步完善履带车辆差速转向理论。     

考虑动态吸收率的玻璃温室覆盖层温度预测模型

覆盖层温度是影响温室热环境的重要因素之一。为了实现温室覆盖层温度预测,该研究以玻璃温室覆盖层为研究对象,综合考虑太阳辐射吸收、对流换热等能量传递形式,建立温室覆盖层温度预测模型。为提高模型精度,该研究进一步提出温室覆盖层动态吸收率计算方法,并使用该方法将覆盖层太阳辐射吸收率分为直射辐射吸收率、散射辐射吸收率与地表反射辐射吸收率分别计算,进而精确计算覆盖层吸收太阳辐射。为验证模型正确性及其精度,在山东省泰安市选择3个时段开展相关验证试验并得出如下结论,温室覆盖层温度预测值与测量值变化趋势较为一致,模型计算值与覆盖层温度测量值的决定系数R^2最小为0.92,均方根误差RMSE最大为2.05℃,通过与相关模型对比得出该研究提出的模型能够精确预测覆盖层温度。     

Amaranthus cruentus flour edible films: influence of stearic acid addition, plasticizer concentration, and emulsion stirring speed on water vapor permeability and mechanical properties

Films forming solutions composed of Amaranth (Amaranthus cruentus) flour (4.0 g/100 mL), stearic acid (5-15 g/100 g of flour), and glycerol (25-35 g/100 g of flour) were prepared by an emulsification process, with varying stirring speed values (6640-13360 rpm). The influence of these parameters (stearic acid and glycerol concentrations and stirring speed) on the water vapor barrier and mechanical properties of films was evaluated using the response surface methodology (RSM). Other characterizations, including microstructure, water solubility, and oxygen permeability, were performed in optimized films. According to statistical analysis results, the optimized conditions corresponded to 10 g of stearic acid/100 g of flour, 26 g of glycerol/100 g of flour, and a stirring speed of 12 000 rpm. The films produced under these conditions exhibited superior mechanical properties (2.5 N puncture force, 2.6 MPa tensile strength, and 148% elongation at break) in comparison to those of other protein and polysaccharide composite films, low solubility (15.2%), and optimal barrier properties (WVP of 8.9 x 10(- 11) g m(- 1) s(- 1) Pa(- 1) and oxygen permeability of 2.36 x 10(- 13) cm3 m(-1) s(-1) Pa(-1)).     

北方垄作萝卜物理力学特性

通过北方垄作栽培收获期青萝卜和红萝卜的田间和实验室测定,探寻其几何参数、松土位置参数优化组合及拔取力等物理力学特性。采用数理统计方法对收获期萝卜的几何特性进行分析,得出了两种萝卜主要几何特性指标值的变化区间和分布频率;通过拉伸试验对收获期萝卜根茎结合部抗拉强度、拔取力等力学特性进行测试,应用软件Design - Expert Version 6.0.10分析,得出了青萝卜和红萝卜根茎结合部抗拉强度分别为(2.45±1.23)105 Pa和(2.17±1.08)105 Pa,最小抗拉力分别为90 N和110 N,土壤自然状态下所需拔取力分别为(191±113.8)N和(197±107.2)N,部分萝卜会发生枝断漏收现象;采取松土拔取收获方式,当一侧松土位置参数优化组合为松土深度15～26 cm、松土距离10～20 cm时,青萝卜所需拔取力小于90 N,当一侧松土位置参数优化组合为松土深度18～24 cm、松土距离12～16 cm时,红萝卜所需拔取力小于110 N,不会发生拔断漏收现象。为拔取式萝卜收获机的设计提供理论依据。     

双向对冲流滴灌灌水器水力性能与消能效果

双向对冲流滴灌灌水器是1种可形成急转流、正反双向流、以及对冲混掺流等加大能量耗散效果的新型灌水器。为研究灌水器的水力性能以及流道几何参数对水力特性的影响，取灌水器几何参数作为因素，采用正交设计安排25组试验方案，开展水力性能测试，计算流道的局部损失系数，同时对正交试验结果进行直观和方差分析，建立几何参数与流态指数的回归模型。结果表明，灌水器流态指数为0.432～0.464，其水力性能良好。单元流道的局部损失系数为6.698～19.130，显示优越的消能效果。挡水件与分水件最大过水通道宽度对流态指数的影响最大。建立的几何参数与流态指数之间的回归模型R2=0.94，且验证表明其估算值与试验值相对误差小于5%，可可靠地估算流态指数。研究可为双向对冲流滴灌灌水器水力性能预研和评估、结构优化提供参考。