考虑吸附和降解时溶质在土壤中运移的对流-弥散模型及其准解析解

【目的】了解吸附性溶质在土壤中的运移规律,为土壤溶质运移机理研究和应用提供理论支持。【方法】利用溶质运移的对流-弥散理论、Laplace变换、超几何方程和特征有限元法,对溶质在土壤中的运移规律进行理论研究和数值模拟。【结果】给出了稳定流条件下,考虑随深度变化的一阶降解和随深度变化的线性平衡吸附时,一维溶质运移的对流-弥散方程;在初始浓度为0,半无限一维空间内第一类边界条件下,推导出了溶质相对浓度的准解析表达式;用特征有限元法建立了相应的数值模型。【结论】对比数值解和准解析解的计算数据可以看出,本研究所得准解析解是正确的;同时,数值计算所产生的误差很小,所得数值模型能满足实际工作对计算精度的要求,可用于实际工作。     

对流—扩散型方程数值解的混合E—L方法

为解决对流—扩散型方程数值解中出现的数值耗散和数值弥散,本文通过质点导数概念,将物理方程分解为Euler形式下的对流型方程和Lagrange形式下的扩散型方程,采用特征线法和区域离散数值方法分别求解,二者合成即为对流一扩散运动的整体数值模拟过程。数值试验表明:对于大Pe数,在激波区或解梯度较大的区域,本方法的数值解仍能保持较高精度。为数值模拟大气污染、水资源污染过程、粘性流体的流动过程及其他类似问题提供了一个良好的数值模型。     

土壤-根系统养分迁移和吸收的数值模拟Ⅰ.植物根系吸收养分的稳态模型

根据养分在土壤-根系统中运移和吸收机制,同时考虑植物的根系生长、根系水分吸收以及土壤养分浓度的变化等特点,通过时段的控制,实现根际环境中稳态的养分剖面,在此基础上建立了根系吸收养分的稳态模型.根据实测的土壤、植物养分运移和吸收参数,用逐步迭代的方法计算植物根系的吸收养分总量,该模型具有计算简单,模拟条件灵活变化的特点.     

土壤-根系统养分迁移和吸收的数值模拟 Ⅰ.植物根系吸收养分的稳态模型

根据养分在土壤-根系统中运移和吸收机制,同时考虑植物的根系生长、根系水分吸收以及土壤养分浓度的变化等特点,通过时段的控制,实现根际环境中稳态的养分剖面,在此基础上建立了根系吸收养分的稳态模型。根据实测的土壤、植物养分运移和吸收参数,用逐步迭代的方法计算植物根系的吸收养分总量,该模型具有计算简单,模拟条件灵活变化的特点。     

土壤—根系统养分迁移和吸收的数值模拟Ⅱ.模型验证及参数的敏感性分析

用盆栽试验对玉米幼苗磷吸收进行了分析 ,并结合土壤和玉米根系磷运移和吸收参数的测定 ,用稳态吸收模型进行了计算。结果表明 ,随着土壤施磷量的增加 ,玉米幼苗含磷量和吸磷量明显提高 ;对于同一施磷水平 ,随着生长时间的增加 ,玉米幼苗的吸磷量增加的幅度较快 ;不同施磷处理玉米幼苗磷吸收的计算值和实测值均线性相关 ;养分吸收模型的玉米幼苗磷吸收模拟值与实测值具有很好的一致性 ,能很好地反映出幼苗吸收磷的变化趋势。单因素敏感性分析表明 ,影响作物根系磷吸收因素的大小顺序为 L>Cav>r0 >α>Deb>v0 >rx;某些参数的变化可以影响其他一些参数的原有水平 ;用图型分析法能准确地反映 r0 ,Deb,Imax,Cav,v0 和 rx 等参数之间的两维和多维相互关系     

红壤和黄褐土根际土壤养分变化的研究

以红壤(可变电荷土壤)和黄褐土(恒电荷土壤)为材料,通过根垫法分组盆栽种植玉米、油菜等作物,获得2类土壤的根际土、近根际土以及非根际土样品,测定了它们的碱解氮、有效磷和有机质等含量。结果表明:在种植玉米、油菜等作物的条件下,均为根际土壤碱解氮含量最高,非根际土壤含量最小,意味着根际能活化或富集碱解氮;红壤、黄褐土非根际的有效磷含量比根际分别高28%~44%和29%~57%,表明根际有效磷存在亏缺;根际土与非根际土的有机质含量有所变化,但差异不明显。     

玉米根茬根土分离过程数值模拟

为明确玉米根茬根土分离过程中的土壤运动与破裂规律以及根茬变形与受力规律,基于光滑粒子流体动力学(SPH)算法构建玉米根茬根土复合体仿真模型,利用该模型分别进行了玉米根茬根土复合体在压力与冲击作用下的根土分离过程动态仿真。仿真结果表明:在压缩作用下,为使土壤破碎同时避免压实,应控制压缩率90%;当压缩率为90%时,玉米根茬大部分根须所受等效应力为0.421~2.907 MPa;采用飞锤冲击玉米根茬根土复合体,不仅可以有效促使土壤破碎,提高根土分离效果,而且可以减少根须所受应力,降低根茬损失率。     

基于特征线法的畦灌施肥地表水流溶质运移模型研究

为实现畦灌施肥技术参数的优化组合,建立合理的模型工具至关重要.基于零惯性量模型和一维对流弥散方程ADE作为畦灌施肥水流和溶质运移方程,分别利用有限差和特征线法进行求解,建立基于特征线法的畦灌施肥地表水流溶质运移模型.以隐式有限差解法为对照,对特征线法引入的数值误差状况进行评价.结果表明,相对于隐式有限差解法,采取特征线法求解ADE时引入的数值震荡和数值弥散有显著减少,基于特征线法的畦灌施肥地表水流溶质运移模型更合理.     

降水模拟下施肥对生土地玉米冠-根-土系统的影响

影响黄土高原地区生土熟化的主要限制因素是干旱和土壤贫瘠。为探索施肥和降水配合对生土地玉米冠-根-土的相互影响机制,确定不同降水模拟下施何种肥料能有效促进生土地作物冠-根-土系统建成,达到生土地熟化的目的,在前期研究(生土地玉米最佳施肥深度60～80 cm)的基础上,连续2 a将黄土作为试验土壤,采用根管法,研究肥料种类(NPK+有机肥(ORG))和降水模拟(欠水年275.9 mm、平水年482.8 mm、丰水年763.9 mm)对玉米地上部生产力(秆质量、总粒质量)、地下部根质量、根系氮磷钾养分积累量、根际土壤营养含量(速效磷、碱解氮、有机质)及根际土壤酶活性(脲酶、碱性磷酸酶、蔗糖酶)的影响。结果表明,在水分充盈的条件下,有机肥的施用对地上部干物质的积累有促进作用;通过有机肥的施用可以达到根干质量增加的目的,但对应的水分需求不大;水分需求达不到满足时,通过NPK+ORG处理可以实现玉米根系N、P、K养分积累量的提高;水分充盈的条件下,ORG处理的玉米根系NPK养分积累量远远高于NPK+ORG处理;水分充盈的条件下,ORG处理可以提高玉米根际有机质含量和蔗糖酶活性。改良生土的最佳水肥方式为丰水年模拟下施用有机肥,欠水年模拟下以施用NPK肥+有机肥更好。     

土-桩-结构系统运动方程的求解方法

土－结构动力相互作用分析的子结构法中，土－结构系统运动方程的刚度矩阵和阻尼矩阵与频率相关。工程中通常采用系统的基本频率来计算地基的动力阻抗以简化运动方程的求解。对于土－桩－结构系统，本文提出一种时域中的精确解法来考察这种近似解法的有效性。     

基于MATLAB的交错轴斜齿轮齿面接触的计算机模拟

建立了交错轴斜齿轮齿面接触分析的数学模型，利用MATLAB软件绘制了交错轴斜齿轮副两齿面接触的空间图形，并对其进行了局部放大以展示瞬时接触椭圆；绘制了两齿面接触点处相对速度的速端曲线图。本研究为进行齿轮副虚拟设计、虚拟装配、三维动画、运动仿真等提供了可借鉴的资料。     

日光温室墙体一维导热的MATLAB模拟与热流分析

为探明日光温室墙体层间温度变化及热量传递动态规律,采用有限差分法建立墙体一维非稳态导热模型,利用MATLAB编制相应的模拟程序,计算出日光温室墙体各点的温度和热流。结果表明:该模型能够比较准确模拟日光温室土墙的温度。墙体内侧存在有效蓄热层,它对日光温室室内热环境有积极的作用。墙体有效蓄热层的热流白天指向墙体外侧,夜间指向墙体内侧,因此它的厚度直接根据热流的方向确定。有效蓄热层与天气、墙体总厚度以及墙体热特性参数有关。2012-12—2013-01期间有效蓄热层厚度为0.26~0.45m不等,最大值出现在连续雪天。同时从理论上验证了3.0m厚的温室土墙内部存在热流相对稳定的"热稳定层"。     

基于MATLAB的挖坑机钻头转矩分析

通过 MATL AB语言 ,对挖坑机钻头转矩及发动机功率进行了计算 ,得出了钻头转矩、发动机功率与土壤特性及其进给量的关系曲线 ,并对曲线的变化趋势进行了分析     

在MATLAB环境下实现膨胀土CT图像的三维重建

首先介绍国内外膨胀土三维重建的研究状况,然后通过CT-三轴试验和基于分割的Marching Cubes算法,对膨胀土CT扫描图像进行了三维重建.主要方法是通过对试验扫描得到的CT图像进行格式转换、图像增强、边缘提取等初步处理,生成三维体数据,然后应用Matlab等工具软件的三维重建程序进行建模,最终得到膨胀土的三维模型图.还通过观察重建后的实体图,对膨胀土受压变形状态进行了定性分析,得出了三轴压缩条件下的膨胀土闭合程度与应力状态有关的结论.     

基于MATLAB的Gauss积分节点系数研究

研究了带权的Gauss求积公式.Gauss型积分的代数精度高,在科学研究中有重要的应用价值.用特殊函数对带权的Gauss求积公式中的节点xk及系数Ak的计算进行了深入探讨和研究,然后借助MATLAB软件编写出求解Gauss节点和系数的程序,计算得出了直至n=20的Gauss节点和对应的系数,这一结果为科学计算提供了很大便利.     

基于MATLAB的茄子图像分割方法

针对茄子图像的灰度和颜色特点,利用MATLAB中丰富的图像处理函数,分别进行了色差分割和色调分割。在色调分割中,采用了自动选取阈值的Otsu法。在去除残留噪音的处理中,采用标注的方法对二值图像的各连通区域进行面积统计。保留最大面积的区域,从而使分割效果大大改善。利用多参数来衡量分割效果,使评价做到最大程度的客观、合理。     

MATLAB和Windows应用程序之间动态数据交换的实现

详细介绍MATLAB和Windows应用程序之间动态数据交换的原理及实现方法,并给出具体应用实例,为用户扩展MATLAB和Windows应用程序的应用范围及提高工作效率提供有益的帮助.     

MATLAB在《通信原理》课程实验中的应用

实验作为一种必不可少的教学手段已不仅仅是验证知识的一种方法,还是培养学生探索新技术和创新意识的重要手段。改革传统实验教学,将MATLAB仿真引入实验教学中,将虚拟实验与实物实验相结合,增加综合性和设计性实验项目的比例,并以2PSK调制与解调实验为例,具体阐述了MATLAB在《通信原理》课程实验中的应用。