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。     

三峡库区皇竹草植物篱对坡面土壤分形特征及可蚀性的影响

基于土壤颗粒分形维数及EPIC模型研究定植皇竹草植物篱,对三峡库区坡耕地土壤分形特征及土壤可蚀性的影响作用。结果表明：植物篱对坡面土壤粘粒的拦截作用显著,粘粒在篱前富集含量升高;土壤分形维数与土壤砂粒含量呈负相关,与粉粒、粘粒含量呈正相关,总体上表现为：粘粒〉砂粒〉粉粒,土壤颗粒分形维数值受细颗粒含量的影响作用显著;土壤可蚀性K值与土壤砂粒含量呈极显著的正相关,相关系数为0.870;与土壤粉粒含量、粘粒含量、有机碳含量、团聚度及土壤颗粒分形维数呈负相关,相关系数分别为-0.538,-0.739,-0.603,-0.486,-0.538;有机质及粘粒含量的高低是反映库区土壤抗侵蚀能力强弱的有效指标。皇竹草植物篱带间距对三峡库区坡耕地土壤颗粒分形特征及可蚀性的影响作用总体上表现为：4.5 m带间距〉5.5 m带间距〉7.5 m带间距。库区10°坡耕地篱带间距布设在6 m以内时,植物篱对改善坡面土壤分形特征、降低坡面土壤可蚀性、控制农业面源污染的作用最显著。     

平底筒仓中心卸料流态演化过程及仓壁压力波动性

卸料时的仓壁压力是筒仓结构设计的关键,仓内物料的流动状态(流态)是影响卸料压力分布的关键。为了探究物料流态的演化过程和发生机理以及由此引发的仓壁压力分布情况,该研究采用自主设计的半圆柱形有机玻璃筒仓模型进行筒仓中心卸料试验和离散元(discrete element method, DEM)模拟分析。筒仓壁嵌入定制压力计,贮料为平均粒径3.5 mm的陶球,在测量仓壁压力分布的同时实时观测贮料内部和外部的流动过程。通过标定颗粒追踪贮料运动轨迹。通过PFC^2D建立离散元数值模型,分析卸料过程中贮料的力链网络、速度矢量和孔隙率变化,探讨颗粒的运动机制和颗粒体系的传力方式。基于模型试验和数值模拟结果,根据颗粒物质力学、土力学和散体力学基本原理,从宏观和细观层面分析流态的演化过程和发生机理以及仓壁压力波动性规律,明确仓壁压力和流态的关系。结果表明：卸料瞬间(卸料率0～1%),强力链断裂导致孔隙率增大(由卸料前的0.150 43～0.200 30增至卸料瞬间的0.151 36～0.232 23),各测点仓壁压力骤增,P2测点(深度0.4 m)的增幅最大,达到1.94;卸料时贮料...     

基于卸料流态模拟与观测的储粮仓壁动态压力增大机理研究

粮食筒仓在卸料过程中产生的动态侧压力是筒仓破坏的重要原因。该文基于室内粮食筒仓卸料模型试验,利用高速摄像仪拍摄筒仓中心卸料的全过程,运用图像处理技术分析贮料的流动形式,并测量卸料过程中产生的动态侧压力。在此试验的基础上,利用颗粒流程序PFC3D(particle flow code in 3 dimensions)进行数值模拟,追踪特定颗粒的运动情况。通过比较试验与数值模拟结果,从流态方面探索深仓中心卸料时超压现象产生的机理。研究表明:筒仓在卸料过程中动态侧压力在测点深度4 m的位置达到峰值15.92 kPa。卸料时存在着整体流动和管状流动2种流动形式,2种流动形式的混合区域主要分布在高径比约为1的高度位置,即中上部贮料进行整体流动,底部贮料进行管状流动,且底部贮料流动速度大于中上部贮料的流动速度。在2种流动形式混合区域容易产生承压拱,承压拱的存在阻碍了中上部贮料的正常流动,导致在该区域内产生明显的超压现象,最大超压系数达到2.5。通过研究筒仓在卸料过程中动态压力的增大机理,可为筒仓的安全设计提供参考。     

不同施工机械对煤矿区复垦土壤颗粒组成的影响

以建筑垃圾、粉煤灰、煤矸石作为填充材料,研究自卸汽车和履带式推土机2种不同复垦机械在不同压实次数下,土壤颗粒组成的变化。结果表明:(1)复垦中通过1,3,5,7,9次机械碾压,土壤颗粒中砂粒含量减少,粉粒含量增多,在颗粒组成上有细化现象。(2)自卸汽车复垦,随着压实次数的增加,土壤颗粒均匀指数呈现"W"形变化;履带式推土机压实复垦下,土壤颗粒均匀指数呈现倒"V"形变化。(3)用粉砂质壤土作为覆土复垦时,自卸汽车碾压3次,履带式推土机碾压5次与自然耕地颗粒组成相似度最大,即自卸汽车碾压3次、履带式推土机碾压5次为土地复垦的临界碾压次数。(4)粒径5.86μm是土壤粒径中处于"物理性粘粒"部分含量的最高值。自卸汽车碾压对土壤"物理性粘粒"的影响主要集中在4.83~7.11μm范围内,履带式推土机碾压对土壤"物理性粘粒"的影响主要集中在3.98~8.64μm范围内。     

农业土壤侵蚀泥沙的颗粒特性

模拟强度暴雨,分析了中南部和中西部集中种植作物的22种土壤侵蚀的泥沙(当土壤颗粒分散前后时的)颗粒特性.由于团聚体的作用,未分散泥沙往往粗于原生土壤颗粒.分散时,原始泥沙颗粒的大小分布,一般与分散土壤的那些颗粒相似;富含粉粒的土壤,其未分散的泥沙颗粒最小,富含砂粒的土壤较粗糙,而富含粘粒的土壤泥沙最粗糙;中等含量到富含粘粒土壤的大部分泥沙是由砂粒团聚体组成,这些粗糙团聚体含有较多的可蚀性粘粒.因而,分离粗糙泥沙的处理实践,对减少粘土颗粒的养分流失和污染有很大的可能性.     

不同改流体对稻种颗粒在料仓卸料流动的影响

为探明不同改流体对稻种颗粒在料仓卸料流动的影响机理，实现种群流动从中心流到整体流转变，改善种群流动环境，该研究利用离散元法（discrete element method，DEM）建立传统料仓、垂直扰动和水平扰动料仓模型与稻种颗粒仿真模型，进行卸料数值模拟，并与料仓实际卸料试验作流型对比，验证离散元模型与数值模拟结果准确性。整体流指数（mass flow index，MFI）与z轴颗粒速度表明传统和垂直扰动料仓中部区域颗粒速度均随颗粒堆积高度增加而减小，边壁区域颗粒速度均随颗粒堆积高度增加而增大；而水平扰动料仓边壁区域颗粒速度随料仓颗粒堆积高度增加而减小，中部区域颗粒速度随颗粒堆积高度增加而增大；传统料仓，垂直和水平扰动料仓的流型转化高度分别为130、118以及130 mm。料仓不同区域种群垂直速度、水平速度和角速度表明，种群垂直速度在垂直与水平改流体作用下，相较传统料仓流动区域分别降低34.82%和83.46%；随料仓颗粒堆积高度降低，种群水平速度波动增大，传统料仓、垂直及水平扰动料仓颗粒水平速度标准差分别为0.0273、0.0187以及0.0103 m/s。传统和垂直扰动料仓中心和边壁区域颗粒角速度变化相似，垂直扰动料仓中心区域角速度峰值小于传统料仓；水平扰动与传统料仓流动区域颗粒角速度变化相似，但水平扰动料仓颗粒角速度变化小。研究结果可为工程提出改流体设计标准、结构与位置参数及提高料仓使用面积提供参考。     

广东坡地红壤颗粒组成状况的研究：III.土壤颗粒组成与土壤 …

根据所收集的土壤理化分析资料,探讨了广东坡地红壤类型颗粒组成对土壤理化性质的影响,研究结果表明,土壤〈０．０１ｍｍ物理性粘粒或是〈０．００１ｍｍ粘粒含量与土壤结构系数,〈０．００５ｍｍ孔隙度,土壤持水量,土壤阳高子代换量,土壤有机质,土壤Ｎ和Ｐ含量均呈显著正相关,〈０．０１ｍｍ颗粒含量与土壤有效持水量呈显著指数相关,由此可见,土壤颗粒组成是影响土壤肥力的重要因素。     

Matlab图像处理在水稻谷粒计数中的应用

为探索水稻谷粒图像快速计数方法,修正或减少因谷粒粘连引起的误差,采用黑色平面结合机械振动分散谷粒并采集图像,利用Matlab软件对图像进行灰度处理、二值化处理、两步开运算及腐蚀运算等消除粘连,并对计数点标记和计算。在灰度图上作开运算能有效修整谷粒边缘,腐蚀运算后谷粒中心与边缘亮暗对比更加鲜明,二值化后的图像初步分离效果好,在进一步开运算和腐蚀运算后,颗粒缩小,边界距离增大,解决了绝大部分粘连。对计数点标记后,非计数点更容易观察,可进行人工校正。该方法不仅可有效地分割谷粒粘连,还便于校正以提高精度,可快速实现800粒以内的水稻颗粒计数。     

长期施肥土壤不同粒径颗粒的固碳效率

【目的】探讨不同施肥措施土壤有机碳在不同粒级颗粒中的分配及变化情况,可揭示各级颗粒中有机碳与外源有机碳输入之间的定量关系。【方法】依托南方红壤连续20年长期定位施肥试验,依据外源有机碳累积输入梯度选择不施肥(CK)、氮磷钾化肥配施(NPK)、氮磷钾化肥与秸秆配施(NPKS)、轮作条件下氮磷钾化肥与有机肥配施(NPKMR)、氮磷钾化肥与有机肥配施(NPKM)、单施有机肥(M)、增量氮磷钾化肥与增量有机肥配施(1.5NPKM)7个处理,并采用物理分组方法将土壤颗粒分为砂粒(53~2000μm)、粗粉粒(5~53μm)、细粉粒(2~5μm)和粘粒(2μm)4个组分。【结果】与不施肥相比,长期施肥均能显著增加土壤总有机碳及各级颗粒中的有机碳的储量,其中以施用有机肥的效果最明显。不同施肥处理各级颗粒中以粘粒的有机碳储量最高,平均为16.26 t/hm~2。施用有机肥和秸秆还田均能显著增加砂粒中有机碳的分配比例,降低粘粒有机碳的分配比例而对粗粉粒和细粉粒无显著影响。土壤砂粒所占的质量百分比及其与粗粉粒、细粉粒和粘粒的比值均与粗粉粒、细粉粒和粘粒组分中有机碳的浓度呈显著正相关关系表明小颗粒(粗粉粒、细粉粒和粘粒)中有机碳的固持和富集促进了大颗粒(砂粒)的形成与稳定。各级颗粒之间,施用有机肥处理的土壤粘粒组分的固碳速率最快,为0.29~0.52 t/(hm~2·a),其次为砂粒[0.30~0.40 t/(hm~2·a)]而粗粉粒和细粉粒的固碳速率基本相当为0.09~0.16t/(hm~2·a)。分析结果还表明土壤总有机碳及各级颗粒有机碳与外源有机碳的输入呈显著正线性相关关系,其中土壤总固碳效率为10.57%而各级颗粒之间,粘粒和砂粒组分的固碳效率(4.25%和3.60%)相当于粗粉粒和细粉粒(1.73%和1.00%)的2倍以上。【结论】南方红壤各级颗粒中有机碳均没有出现饱和现象,有机碳主要在土壤粘粒和砂粒组分中富集,细颗粒中有机碳的富集会促进大粒径土壤颗粒的形成而粘粒是土壤固碳效率最重要的矿物颗粒组成部分。表明长期配施有机肥不仅是红壤有机质提升的重要措施,也是改善红壤结构的重要途径。     

PH—Postharvest Technology: Airflow induced by Falling Cottonseed Particles

Bulk materials falling freely in a chute draw air with them. Experiments were carried out to study the parameters that influence the induced airflow. The bulk material consisted of fuzzy and delinted cottonseeds and hulls. The experimental equipment included a loading, open hopper and an unloading enclosure connected to a chute. An orifice flowmeter was provided in the enclosure wall. The air drawn into the enclosure left it through the flowmeter orifice. The parameters varied during the experiments were the kind and the flow rate of falling particles, and the length, cross-section and slope of the chute. The measured data showed that the airflow rate grows with increasing chute length, cross-section or slope. The airflow rate also increased with the fuzziness of the cottonseed and decreased as the particles' terminal velocity increased. Dimensional analysis was used to formulate an approximate form of the law governing the process. It was found that the terminal velocity of the falling particles characterizes well their aerodynamic properties. Graphs plotted in accordance with the law developed in this work compared favourably with most measured data.     

Image Analysis Approach to Understand the Differences in Flour Particle Surface and Shape Characteristics

The separation efficiency of wheat flour particles based on size, with minimum bran contamination, is important for a flour mill. Separation of flour during fractionation depends on the surface characteristics and shape of flour particles. Wheat flour particle characteristics such as surface lipid content, roughness, and morphology with respect to particle size were studied to better understand the differences between hard and soft wheat flours. Fractal analysis using image analysis was used to ascertain surface roughness. That was in turn verified by atomic force microscopy measurements. Soft wheat flours (soft red winter and soft white) had a higher degree of surface roughness than the hard wheat flours (hard red spring, hard red winter, and hard white). The fractal dimension values ranged from 2.67 to 2.78 and from 2.28 to 2.55 for soft and hard wheat flours, respectively. The surface lipid content increased with particle size in hard wheat but decreased in soft wheat flours. The surface lipid levels ranged from 1.02 to 1.18 and from 2.55 to 2.58% (% of total area) for 45 μm particles in hard wheat flours (hard red spring, hard red winter, and hard white) and soft wheat flours (soft red winter and soft white), respectively. For the 90 μm particles the lipid levels ranged from 1.54 to 1.62 and from 1.70 to 1.83% (% of total area) for flour particles in hard wheat flours (hard red spring, hard red winter, and hard white) and soft wheat flours (soft red winter and soft white), respectively. Surface lipid content and roughness values showed that soft wheat flours will be more cohesive than hard wheat flours. The morphology values revealed the irregularity in flour particles, irrespective of wheat class and particle size, owing to nonuniform fragmentation of protein and starch matrix of the wheat endosperm.     

水头压力对橡塑渗灌管渗水性能的影响（英）

对2种不同规格的橡塑渗灌管进行实验室渗水测试,考查水头压力对其渗水性能的影响。试验结果表明,在渗灌管初始渗水阶段,渗水速率迅速下降;在试验渗水压力范围内（0～70 kPa）,渗水速率与水头压力呈幂函数关系;2个试验样品的渗水速率变异系数在50～60 kPa区间的某一水头压力下分别达到最小值;结果表明,水头压力是影响渗灌管渗水速率和渗水均匀性的重要因素,管径较大的橡塑渗灌管渗水性能优于管径较小的渗灌管。     

Citric Acid-Enhanced Electroremediation of Toxic Metal-Contaminated Dredged Sediments: Effect of Open/Closed Orifice Condition, Electric Potential and Surfactant

Citric acid (CA), a widely used eco-friendly electrolyte, can be employed as an agent for enhancing toxic metal (TM) removal from contaminated dredged sediment using electrokinetic (EK) technology. In this study, dredged harbor sediments co-contaminated by TMs were subjected to enhanced EK treatment using a mixture of chelating agent (CA) and surfactant as an additive in the processing fluids. Several control conditions that may influence the efficiency of TM removal were tested, including open/closed sediment chamber orifices, electric potential gradients (0.5, 1.0, and 1.5 V cm^-1), and electrolyte surfactant. Tween 20 (4 mmol L^-1) was used as a surfactant within the electrolyte to investigate the extent of TM removal in sediment with high organic matter content. The results showed that an open orifice led to a greater electro-osmotic flow (EOF) with moderate TM removal. In contrast, a closed orifice with a nonionic surfactant electrolyte allowed the highest removal of TMs from the matrix. Moreover, increasing the electric potential gradient led to a higher EOF under the open orifice condition, but no significant increase in TM removal was observed owing to a higher accumulation of TMs in the middle of the matrix, caused by the opposite direction of EOF and electro-migration of metal-citrate complexes.     

错排齿轮式排肥器优化与试验

为提升双齿轮式排肥器的排肥均匀性，该研究基于原始结构参数对直齿排肥齿轮进行改进，设计错排齿轮式排肥器。在参数化建模和确定轮齿容肥体积的基础上，结合理论分析确定了排肥器的理论排肥量。利用EDEM对排肥过程进行仿真，通过单因素试验分析错排齿轮片数、排肥轮间隙对排肥均匀性的影响，选用L₉(3⁴)正交表进行正交仿真试验。试验结果表明：试验因素对试验指标影响的主次顺序为错排齿轮片数、排肥轮间隙，当错排齿轮片数为3片、排肥轮间隙为5 mm时，排肥均匀性变异系数为4.69%。采用台架试验对双齿轮和错排齿轮式排肥器进行对比试验，结果表明：转速60 r/min时错排齿轮式排肥器的排肥流量变异系数为4.74%，与理论值基本吻合，且比双齿轮排肥器变异系数减小10.68%。基于实测排肥器转速-流量曲线设计电控排肥控制器并进行台架试验，施肥精度偏差为3.1%，优化后的排肥器排肥均匀性良好，且可实现精控排肥。研究结果可为精控排肥器的设计及优化提供参考。     

The influence of raindrop induced saltation on particle size distributions in sediment discharged by rain-impacted flow on planar surfaces

A mechanistic model was used to simulate the downstream movement of particles travelling in suspension, by raindrop induced saltation and flow driven saltation on planar surfaces ranging from 2 m to 30 m in length. Results were produced for two rainfall events, one of high intensity, the other of moderate intensity, and a mixture of particle sizes ranging from fine material to 0.9 mm sand. Initially, the composition of the sediment discharge was controlled by the composition of the soil matrix and the rate the raindrop driven transport systems were capable of transporting the particles from zones near the downstream boundary. As time progressed, material transported from upslope provided a degree of protection in these zones and controlled the composition of the sediment discharge. The protection provided reduced the discharge of fine material but had little effect of the composition of the discharge of the coarser material during a given rainfall event so that it remainder finer than that of the soil matrix. However, in the long term, the slow movement of the coarsest material into the zones controlling sediment discharge led to coarsening of the sediment discharge so that it tended to the composition of the soil matrix at the steady state. The time taken to reach that steady state may be considerable, and increases with plot length, so that many many storms may occur before the steady state condition is reached.     

不同类型灌水器在硬水滴灌条件下的堵塞特征

为确定硬水滴灌条件下影响灌水器堵塞的主要特征参数,研究6种灌水器在硬水滴灌条件下的平均相对流量和堵塞率的变化规律,通过有序回归方法分析影响灌水器堵塞的特征参数,灌水结束后解剖并观察灌水器内的堵塞情况。结果表明:硬水滴灌条件下6种灌水器的平均相对流量均发生了不同程度的下降,其中灌水器E1和E6因具有较大的过流截面尺寸而表现出了较好的抗堵塞性能;SPSS回归分析显示,显著影响灌水器的抗堵塞性能(P0.01)的特征参数为灌水器内过流截面宽W和深H中的最小者min(W,H),且灌水器发生堵塞所需要的时间与min(W,H)成正相关关系;解剖灌水器发现,堵塞主要发生在灌水器内具有min(W,H)的截面处。建议硬水滴灌时选择内部过流截面尺寸较大的灌水器,且灌水器内部应避免易引发固体颗粒沉积附着的截面形状和过流结构。     

民勤荒漠-绿洲过渡带不同下垫面条件的土壤风蚀特征

为了研究不同下垫面对土壤风蚀特征的影响,根据2009年4月19日、4月22-23日及4月30日3次沙尘事件的实际观测数据,对民勤荒漠-绿洲过渡带不同下垫面土壤风蚀特征进行了试验研究。试验结果表明,民勤荒漠绿洲过渡带各地表挟沙气流中输沙量沿垂线分布呈上段符合传统的指数递减分布规律,而近床面区35cm以下的输沙量较对应的指数分布函数预测值偏大;流沙地表90%以上的输沙量集中在近地表15cm以内,白刺灌丛沙包地带、草方格固沙带及草方格前沿芦苇荒漠带输沙量的80%左右集中在距表35cm高度范围内;不同下垫面条件对风蚀物颗粒大小分布规律的影响主要集中在近地表气流层15cm范围内,而对35～125cm高度范围内风蚀物颗粒粒径大小的影响主要在各粒径颗粒的体积分数上。风在草方格固沙带的搬运能力最弱,白刺灌丛沙包带其次,再次为芦苇荒漠带,在沙丘顶部的搬运能力最强,输沙量最大。     

制冷压缩机排气管消声器声学及阻力特性仿真分析

为了降低空调运行过程中制冷压缩机所产生的噪声,采用在制冷压缩机排气管设置消声器的方法。建立了消声器内部制冷剂的有限元模型,利用声学分析软件Virtual Lab Acoustics和计算流体动力学软件Fluent分别对消声器的声学性能和阻力特性进行数值模拟,分析了消声器内部的扩张腔长度、孔板位置、孔板内径等结构参数对排气管消声器传递损失和压力损失的影响。模拟结果表明:随着扩张腔长度的不断减小,消声器的传递损失曲线逐渐向高频方向移动,消声器的有效消声频率范围不断拓宽,而扩张腔长度对消声器压力损失的影响较小,合理选择扩张腔长度能够有效降低压缩机噪声;孔板位置对中高频噪声的降噪效果影响较大,随着孔板位置由扩张腔中心处向其进口端面不断移动,2 000~2 400 Hz附近频率的消声性能逐渐得到改善,并且消声器内部压力损失不断减小,且其减小幅度越来越大,因此孔板在允许的范围内应尽可能靠近消声器进口端面;随着孔板内径的不断减小,消声器的降噪效果不断增强,但消声器内部压力损失也随之逐渐增大,且增大幅度越来越大,因此孔板内径不宜太小。