蒸汽式扇贝开壳装置工作参数优化

为了得到蒸汽式扇贝开壳装置蒸汽工作参数的最优匹配,提高扇贝深加工的产品品质,以开壳效果感官评分值为考察目标进行单因素试验,明确影响开壳效果的蒸汽喷射时间、喷射距离和蒸汽排量的最佳取值范围。采用Box-Behnken design试验设计方法进行了扇贝开壳组合试验,建立了扇贝开壳效果感官评分值与喷射时间、喷射距离和蒸汽排量之间的数学模型,并采用响应面优化分析法,得到了蒸汽式扇贝开壳装置的最佳工作参数匹配。结果表明:采用蒸汽发生器,压强控制在0.3~0.4 MPa、温度控制在142.92~151.11℃,当喷射时间设定在3.5 s、喷射距离设定在30 mm和蒸汽排量设定6 mm球阀门开度为90°,扇贝开壳率为93.3%,开壳效果感官评分值为94.53分。该研究为即食扇贝加工设备的设计提供参考。     

气力有序抛秧气流场的有限元仿真分析与试验

水稻气力有序抛秧机具有不伤苗等优点,而喷射气流及其控制是这种机型的关键技术,该文应用有限元仿真对抛秧喷射气流场进行了分析.对三种气管结构在三种初始压强作用下的喷射气流区域速度进行了比较,在初始压强为0.8 MPa时,非直线结构气管射流区末端最大气流速度等值线区域比在0.65 MPa和0.5 MPa时小,并且其射流区的气流速度最大点位置在始端偏下方,而在0.65 MPa和0.5 MPa时,气流速度最大点位置仍在射流区域中心线附近.对喷射气流场速度进行了测试,并对初始压强等进行了正交试验,结果表明初始压强为0.65 MPa和0.5 MPa时的抛秧效果比0.8 MPa时要好.试验证明气流场的分布仿真和优化是可行的.     

水力采收睡莲块茎工艺参数优化

为研究睡莲水力采收工艺参数对采收的影响,根据高压水射流冲刷原理,研究高压水射流各个参数对水力采收睡莲块茎的影响。利用L9(34)正交表设计睡莲块茎水力采收工艺参数:水射流压力、喷嘴直径、前进速度、射流冲刷角度的试验,分析各相关因素对水力采收效果影响。结果表明4个参数都是影响水力采收的显著因素,其中射流的压力和射流流量是影响水力采收的主要因素。通过方差分析得出较优的参数组合:喷嘴直径D为15mm、前进速度V为0.71m/min、冲刷角度为0、射流压力为0.20MPa。射流压力和射流流量增加都能显著提高采收效果,其中提高流量比提高压力所消耗的功率显著,因此在功率一定的情况下应优先保证较高的射流压力。     

基于响应面法的玉米秸秆成型工艺优化

为了研究玉米秸秆成型过程中各参数之间的交互作用,获得最佳的工艺参数,该文采用5因素的响应面试验设计研究了原料水分(8%~24%)、温度(50~150℃)、压缩速度(10~50 mm/min)、压力(51.0~127.4 MPa)、保压时间(10~50 s)5个成型参数对玉米秸秆成型颗粒的松弛密度、Meyer强度以及压缩比能耗3个成型技术指标的影响,建立了响应面模型,结合成型燃料标准,获得了最佳的工艺参数,并对优化后的试验参数进行了试验验证。试验结果表明:在选取试验参数范围内,温度、原料水分、压力均会对技术指标产生较大影响;而压缩速度和保压时间所产生的影响相对较小。最优化的工艺参数(压力、温度、水分)为:4 k N(51.0 MPa)、110.8℃、17%,在该参数组合下的验证试验结果为:松弛密度为1031 kg/m~3,Meyer强度为27.1 N/m~2,比能耗为10.03 k J/kg。该研究可为秸秆生物质成型燃料制备产业提供参考。     

喷头导流器位置参数的计算及其对喷头性能影响

为了准确调节喷头导流器的位置,分析了垂直摇臂式喷头叶片式导流器在水射流中的运动过程,计算了导流器与摇臂转动轴间的距离、导流器中心线偏移射流中心的角度、导流器直叶片与射流中心线的夹角等3个参数各自的关系式。采用二次回归正交组合试验研究了导流器的位置参数对喷头的摇臂频率、步进角度和喷灌均匀度的影响规律。结果表明:影响摇臂频率的主次顺序依次为导流器偏移射流中心的角度、导流器直叶片与射流中心线的夹角和导流器与摇臂转轴之间的距离;影响步进角度主次顺序依次为导流器偏移射流中心的角度、导流器与摇臂转轴之间的距离和导流器直叶片与射流中心线的夹角。摇臂频率随着导流器与摇臂转轴之间的距离增大而减小,导流器偏移射流中心的角度和导流器直叶片与射流中心线夹角增大而增大;喷头的步进角度随着三者的增大而减小。优化之后导流器的位置参数分别为:导流器与摇臂转轴之间的距离为273 mm、导流器偏移射流中心的角度为4°、导流器直叶片与射流中心线的夹角为13°。导流器位置参数优化之后,喷头的水量分布更加合理;且随着组合间距的增加,优化之后的喷灌均匀度要大大高于优化之前。该研究可为垂直摇臂式喷头的设计及优化布置提供参考。     

起旋器入射角度对旋进旋涡流量计性能的影响

为优化和扩大旋进旋涡流量计的计量范围,通过CFD方法,采用RNG k-ε湍流模型进行数值模拟并结合试验对150 mm口径的旋进旋涡流量计进行了研究。首先对起旋器入射角为57.5°的流量计进行了非定常数值计算,由于气体速度较低,在数值计算时不考虑气体的压缩性,计算结果能够反映压力损失的实际变化,流量计仪表系数的数值模拟结果与试验值基本吻合。通过试验验证了所采用的数值方法能对流量计的性能进行较好的预测。为进一步分析起旋器入射角度对旋进旋涡流量计压力损失和仪表系数的影响,对3种起旋器入射角度55°、57.5°和60°下的旋进旋涡流量计内部流场进行了三维数值模拟,对比分析了不同入射角下旋进旋涡流量计内部流场分布以及压力损失和仪表系数随流量的变化特性。研究结果表明:流体流经起旋器后压力会迅速下降,旋涡中心的压力相对较低,在喉部以前区域压力沿轴向基本成对称分布;发现起旋器入射角越大,流量计压力损失越大;起旋器入射角度对仪表系数有一定的影响,起旋器入射角越大,仪表系数越大。起旋器入射角度为55°时,旋进旋涡流量计性能最好。     

柴油机喷雾特性对喷油和环境参数响应灵敏度分析

为了解柴油喷雾特性对喷油和环境参数(背景温度、密度)响应灵敏度,利用高速摄影直拍、纹影技术和自编的图像处理程序,分析了喷雾特性对喷油参数(喷射压力、喷孔直径)响应灵敏度。结合灵敏度分析结果,对比了喷油参数(喷射压力、喷孔直径)和环境参数(背景温度、背景密度)对喷雾特性影响程度的大小。研究结果表明:在背景温度304~770 K,背景密度13~26 kg/m3,喷孔直径0.18~0.26 mm,喷射压力120~160 MPa范围内,雾注气相体积百分比对背景温度响应灵敏度最大,其次是喷孔直径和喷油压力,背景密度最小;雾注平均过量空气系数对喷孔直径响应灵敏度最大,喷油压力略小,其次是背景温度和背景密度。     

平面激光诱导荧光法测量射流混药浓度场研究

为了验证平面激光诱导荧光(planar laser induced fluorescence,PLIF)方法测量射流混药浓度场的可行性,该文在考察射流混药浓度场随压力变化特性基础上,开展基于PLIF的射流混药浓度场测量试验。研制了射流混药装置及辅助测量装置。配制6种不同浓度的罗丹明6G均匀混合液进行浓度标定,采用平滑滤波消除测量噪声影响。对比总体灰度值标定和分栅格标定2种方法的标定效果,结果表明:采用分栅格标定可以获得较平均的分区域浓度,在标定浓度为1.000 mg/L时,分栅格标定的最大最小平均值之差仅为总体标定的25.22%。开展3种吸入浓度、进水口压力0.1~0.6 MPa时的浓度场测量试验,结果表明:总体上混合管末端变异系数偏大,靠近管壁的变异系数偏大;在压力0.1和0.2MPa时,在测量区域末端的混合液浓度偏大,变异系数较大,混合均匀性较差。该文试验结果表明PLIF方法可用于射流混药浓度场测量,试验方法和结果可为其他液液混合浓度场测量提供参考。     

设施蔬菜收获切割影响因素优化试验

为实现设施蔬菜收获机在收获过程中具有最佳的收获效果,该文设计了SHQG-I型设施蔬菜收获切割试验平台,该试验平台可对各个因素有效工作范围进行调整,采用响应曲面试验法对收获过程中刀具切割蔬菜茎部的切割综合影响因素进行优化。该文以奶油生菜为研究对象,根据奶油生菜的生长状况及种植情况,对收获切割的过程进行了分析,选取设施蔬菜的切割部位、切割方式、切削速度、削切角度、夹持距离、夹持角度6个参数作为影响因素,切割力大小作为试验指标,设计了SHQG-I型设施蔬菜收获切割试验平台。利用响应曲面试验法进行了试验,并利用Design-expert软件对试验结果进行分析,确定最优的工作参数:切削速度675 mm/s,削切角度4.85°,夹持距离98.5 mm,夹持角度64.5°。最终确定最优参数下的理论切割力为17.9 N,实际切割力为17.4 N,保证了收获成功率100%的情况下,有效降低了收获过程中切割力3~8 N/棵。该研究结果将用于温室蔬菜收获机的改进,同时对设施蔬菜收获提供参考。     

高温射流冲击苎麻开纤脱胶的压力和温度场数值模拟与试验

为了研究苎麻纤维残留胶质的射流冲击分纤脱胶机理,设计试制了高温射流冲洗试验装置,开展了单喷嘴和双喷嘴开纤脱胶试验,数值模拟了单喷嘴和双喷嘴射流冲击壁面的表面温度场、压力场分布及有效的作用区域。结果表明,当喷嘴直径为2.0 mm,进口温度为373 K时,单喷嘴射流冲击试验的较佳组合参数喷距为30 mm,进口压强为1.2 MPa,时间为16 min,测得残胶率为3.1%;以单喷嘴相同设定参数模拟了双喷嘴较佳喷嘴间距为30 mm,冲击压力范围为0.2~0.3 MPa,温度范围为320~334 K,该试验测试的喷嘴间距与数值模拟相符合,测试残胶率为3.1%,单纤维断裂强力为51.71 c N。该技术为开发新型苎麻纤维分纤洗脱设备提供技术参数。     

喷管仰角和长度对负压反馈射流喷头水力性能的影响

负压反馈射流喷头(简称射流喷头)是中国自主研发的新型中程灌溉喷头。喷管是喷头的重要组成部分,对喷头水力性能影响重大。为针对性研究喷管参数(仰角、长度组合)对射流喷头水力性能的影响,寻找最优喷管参数,开展了不同喷管参数下射流喷头与PY_210摇臂式喷头水力性能对比试验。结果表明,在相同主喷嘴尺寸时,不同工作压力和不同喷管参数下,射流喷头均同比摇臂式喷头射程远1～2.5 m;射流喷头水量分布中近程呈现较好的"三角形"分布,远处出现水量"凸峰"。最后对试验数据采用综合评分法和熵权法进行分析,同时综合考虑实际喷头野外抗风性能和单一造价,确定最优综合评分下的主副喷管参数为:主副喷管长度组合4.2 cm×4.2 cm,工作压力为0.20～0.30 MPa时,主副喷管仰角40°×40°;工作压力为0.35 MPa时,主副喷管仰角30°×30°。     

夹持式鲜菱角脱壳机设计与试验

针对鲜菱角手工脱壳率低、菱仁损伤率高等问题,该研究以湖北省浠水县两角菱为对象,设计了一种夹持式鲜菱角脱壳机。对鲜菱角外形尺寸和力学性能参数进行了测量,确定采用夹持板与链条夹持输送、圆形齿刀横切菱角两侧弯角、对辊挤压碾搓脱壳的技术方案。对夹持板、弹性压紧装置、横切刀片和脱壳装置等主要部件结构进行设计和分析,确定了结构和运动参数。运用ANSYS Explicit Dynamics模块对横切过程进行仿真,根据理论分析和仿真结果试制了脱壳样机,开展了横切试验和脱壳试验。横切试验表明,成熟度、输送速度和刀片转速均对切壳率影响显著（P<0.05）,对菱仁损失率影响不显著（P>0.05）。运用Design Expert 12优化得横切装置最优工作参数为：脆熟菱角、输送速度0.1 m/s、刀片转速1 000 r/min,该参数下的平均切壳率为79.41%,平均菱仁损失率为9.82%。采用Box-Benhnken试验设计开展三因素二次回归正交组合试验,优化得到脱壳装置最优工作参数为：脆熟菱角、慢辊转速59 r/min,线速比1.5,验证试验的平均脱壳率为66.52%,平均菱仁破损率为12.83%。研究结果可为鲜菱角脱壳装备的研发提供参考。     

不同处理方式对虾蛄脱壳效率及肌肉品质的影响

为研究超高压、热烫、冻藏3种不同的前处理方式对虾蛄脱壳效率及肌肉品质的影响,通过对脱壳时间、虾蛄仁得率、汁液流失率、虾蛄仁质构、色泽和肌原纤维蛋白含量等进行分析,以确定合适的虾蛄脱壳前处理方式。结果表明,与热烫、冻藏处理相比,超高压前处理能较好的缩减虾蛄脱壳时间,降低汁液流失率,提高虾蛄仁得率及其完整性,同时超高压处理能较好的提升虾蛄仁的硬度、弹性、咀嚼性和黏聚性。当压强为350 MPa、保压时间为8 min时,超高压处理对虾蛄脱壳效率及肌肉质构的提升效果最好;超高压处理后虾蛄仁pH值和水分含量略有增加,而其肌原纤维蛋白含量有不同程度的下降。综合考虑,350 MPa保压8 min的超高压前处理,能在提高虾蛄脱壳效率的同时较好的保持其肌肉品质。本研究结果为辅助虾蛄高效脱壳及超高压技术在水产品加工中的应用提供了依据。     

环境友好型虾夷扇贝捕捞网具优化设计与试验

目前中国虾夷扇贝网具存在捕捞效果差、海底生境影响严重等问题,该研究基于水下视频监控技术,设计了水压板导流与随动式惊扰相结合的拖曳网架结构。采用FLUENT软件对改造后捕捞网具的水下拖曳水动力特性进行分析得出,在拖曳水深在30~50 m、拖曳速度为1.8 m/s、网口高度为350 mm时,采用22.5°～30°负迎角弧式水压板,可减轻顶部湍流对底栖鱼类的兼捕影响,且随动式惊扰装置满足作业要求,此时拖曳稳定绳长约为156.80～261.34 m、稳定角度为11.03°、稳定拖曳力为2275.83 N。通过海上捕捞对比试验得出,在拖曳速度为1.5、1.8和2.0 m/s时,改造后捕捞网具与生产用捕捞网具在捕捞量方面无显著差异（P>0.5）,在碎贝量和底栖鱼类兼捕量方面显著降低（P<0.5）。单网平均捕捞量的偏差率分别为6.30%、0.59%和5.55%,单网平均碎贝量的偏差率分别为90.63%、84.78%、85.29%,单网底栖鱼类平均兼捕量的偏差率分别为78.57%、81.25%、84.85%。且在拖曳速度为1.8 m/s时,与生产用网具相比,单网平均捕捞量偏差率最低,单网平均碎贝量的偏差率最低,底栖鱼类平均兼捕量显著减少,符合环境友好型捕捞网具设计要求。     

基于减小有效长度的旋动射流混药器结构参数优化

旋动射流混药器的主要组成部件是收缩管和扩散管,当收缩度和扩散度确定后,混药器有效长度的影响因素即为收缩管的收缩角、混合管长度和扩散管的扩散角。该文采用三因素三水平正交试验分析收缩角(19?、22?和25?)、混合管长度(20、12和8 mm)和扩散角(10?、14?和18?)对旋动射流混药器有效长度的影响。结果发现:3因素的P值分别为0.206、0.004和0.025,混合管长度对旋动射流混药器混合均匀性影响最显著,其次是扩散管扩散角,而收缩管收缩角对混药器混合均匀性没有显著影响;通过对测试的混药器在线混合采集图像均方根误差分析,发现在保证对脂溶性农药均匀混合的前提下,旋动射流混药器有效长度值可为69 mm,此时收缩角为25?,混合管长度为20 mm,扩散角为18?,分流器采用切向进流。     

气力式授粉喷气管道参数优化与试验验证

杂交水稻制种气力式辅助授粉时,花粉随气流场运动,喷气管道多个喷孔的气流场叠加,表征气流场特性的射流极角、出孔动压对花粉分布均匀性、传播距离起决定性作用,为探索射流极角、出孔动压与管道参数之间的影响关系,获得较理想的气力授粉管道参数组合。该研究首先分析喷气管道气流场的叠加原理,采用消防烟雾弹发出有色气体经喷气管道的喷孔喷射并拍摄气流场图片,选取喷管直径、喷管壁厚、喷孔直径三因素为影响因子,以射流极角、出孔动压为评价指标,进行三因素五水平的单因素和多因素正交试验,通过对试验结果进行极差分析、矩阵分析,获得各因素对气流场特性的影响规律,找出较理想的因素组合并进行验证试验。结果表明,喷孔直径对射流极角和出孔动压的影响显著,3个因素的影响顺序为喷孔直径、喷管直径、喷管壁厚,较优的因素组合为喷管直径63 mm、喷管壁厚5 mm、喷孔直径12 mm,此时的射流极角为13.38°,出孔动压为31.6 Pa。验证试验表明,优化的因素组合明显提高花粉分布均匀性,花粉分布不均匀度（方差）降为1.33,花粉能形成覆盖母本行呈正态分布特性的单峰分布,能够满足气力辅助授粉对授粉管道的作业要求,研究结果为气力式授粉喷气管道的设计提供参考。     

油茶果脱壳清选机的研制与试验

为了找到一种油茶果脱壳及壳、籽分离的最佳方法,该文研究了油茶果的生物特性,并据此特性采用撞击、挤压和揉搓原理研发了油茶果脱壳清选机。该机采用呈一定扭角和锥角、回转半径不同的脱壳杆,在滚筒里形成一锲形脱壳室进行脱壳,适应大小不同的油茶果。利用果壳和茶籽粒的外形差异,设计了一组弧形齿光辊对辊清选机构,并进行了脱壳清选试验。试验结果表明,对于含水率较高、未开裂及开裂的油茶果,在脱壳杆转速350～400r/min,脱壳杆锥角3°,齿光辊间隙1.0～1.5mm,筛孔直径24mm的工艺条件下,处理量达1000kg/h,脱净率≥99%、清选率≥95%,碎籽率≤3%、损耗率≤2%。试验表明整机构思巧妙、工作稳定可靠,可以投入生产应用。     

仿生敲击式山核桃破壳机的设计与试验

针对目前国内山核桃破壳机实用机型少,破壳率较低,果仁损伤率较高等情况,提出了一种仿生敲击(即模仿人工加工山核桃的方式)破壳方式,研制一款仿生敲击式山核桃破壳机。根据山核桃的物料特性以及破壳时所需的各项力学特性参数,建立了破壳机构设计的数学模型。确定了敲击臂的结构尺寸,优化了凸轮结构,并最终得到了凸轮的实际轮廓曲线。该文阐述了破壳机的总体结构与性能,建立了整机的三维实体模型,并根据建模制造了样机。该样机通过现场试验,结果表明:山核桃的含水率为14.55%~16.35%,大小为直径18~22 mm(沿缝合线方向)时,破壳率为99.41%,果仁损伤率为6.25%,生产率为94.93 kg/h,满足生产要求。该研究丰富与完善了坚果类果实的破壳机理与方法,为含隔坚果类的破壳机具设计与开发提供系统的理论依据和应用基础。     

喷油压力喷孔直径及燃油属性对混合柴油喷雾特性的影响

为了研究松油-柴油-PODE_(3-4)混合燃料的喷雾特性,该文利用高压共轨喷油试验台结合高速摄影技术拍摄了不同工况下松油-柴油-PODE_(3-4)混合试验燃料的喷雾发展图像,分析了燃油属性、喷油压力、喷孔直径对混合柴油喷雾特性的影响。结果表明:随着喷油压力的增加,试验燃料的喷雾锥角变大,喷油压力从100到160 MPa,每增加20 MPa喷雾锥角平均增加1°左右,喷雾前锋贯穿距离也有一定程度的增长,随着喷油压力从100增加到160 MPa,最大喷雾前锋贯穿距离增加13%左右;随着喷孔直径的增大,喷雾锥角和喷雾前锋贯穿距离都呈现增大的趋势,喷孔直径从0.10增加到0.18 mm,喷雾锥角增加了3°左右,喷雾前锋最大贯穿距离增加28%左右;在纯柴油的基础上掺混松油和PODE_(3-4)后的混合燃料,其喷雾锥角、贯穿距离和油束面积相对于纯柴油都有增长的趋势,说明在纯柴油的基础上掺混一定比例松油和PODE_(3-4)有助于改善燃料的雾化效果。试验研究结果可以为松油和PODE_(3-4)成为柴油机替代燃料提供参考。