动态气体载荷下磁力辅助式压电俘能器设计与实验

为了实现气动系统低功耗传感器的自供能需求,提出了一种新型磁力辅助式压电俘能器,以此提高俘能器俘获动态气体载荷能的效率。将磁铁间的非接触力作为磁力诱导的预应力施加在压电片中心,当动态气体载荷作用在压电片上时,磁力诱导的预应力可以通过改变压电片的位移来调节压电片表面正负电荷的分布,进而提高俘能器的机电转化效率。仿真研究表明,斥力诱导的预应力可增加俘能器的输出电压,而吸引力诱导的预应力则降低了俘能器的输出电压。采用外径22 mm、厚度0.23 mm的压电单晶片及缸径63 mm、行程150 mm的气缸制作实验样机,利用气动组件搭建测试系统。分别调节压力、周期、流量以及磁力等参数进行实验测试。实验结果表明,当俘能器的最佳匹配负载为0.87 MΩ时,最大的瞬时功率为1.39 m W,俘能器的最大瞬时功率提升12.6%,而引入磁力诱导的预应力仅为气体载荷的0.6%,磁力诱导预应力可有效提高俘能器俘获气动系统动态气体载荷能的效率。     

单振子气体压电泵研究

对单振子压电驱动微型气泵进行了结构设计,并对其主要构件单向阀进行了动力学建模与仿真分析,在此基础上制作了微型气泵样机,并进行了测试实验。设计的单振子压电气泵以中间开孔的压电双晶片为动力源,利用粘结在压电片孔上的单向阀来截止流体。泵的进、出口在压电片的两侧,以压电振子的振动动能直接驱动单向阀产生与泵腔容积变化相应的打开/关闭动作,与传统的进、出口在同侧、仅依靠单向阀两侧的压差驱动单向阀工作的压电气泵相比流阻小,且具有很好的单向截止性,并提高了气体输出流量和单向截止阀响应频率。实验证明当驱动电压为40 V、频率为1 000 Hz时,输出流量可达到720 mL/min。     

压电共振型隔膜气泵设计

提出了一种利用系统共振原理的压电共振型隔膜气泵.分析了共振泵的工作原理,建立了共振泵的动力学模型,通过计算获得影响共振泵输出流量的主要因素.设计了共振泵样机,使用激光测微仪测得隔膜片的放大位移约是同一支撑条件下的压电振子位移的5.3倍,设计了测量共振泵输出流量的实验装置.通过实验测试得到在不同的振动弹簧刚度、调整弹簧片刚度和隔膜片刚度下输出流量及其相应的变化规律.实验测试表明:在输入电压为150 V、振动弹簧片厚度为0.6 mm、调整弹簧片厚度为1.4 mm、刚性传振活塞与隔膜片半径比为0.5和共振频率为230 Hz时,输出流量可以达到1 650 mL/min.     

双腔体四振子压电泵设计及试验

为提高压电泵的输出流量和输出压力,增强自吸性能,采用四片压电振子构建两个工作腔体的新型压电泵结构,即双腔四振子压电泵.在对该新型压电泵进行结构设计的基础上,分析了其工作原理和工作特性,给出了输出流量和输出压力的计算方法,并加工制造了四振子压电泵样机.对四振子压电泵在单腔体双振子、双腔双振子和双腔四振子工作方式下进行了试验对比,结果表明,采用腔体串联能够提高压电泵的输出流量和输出压力,双腔四振子压电泵在驱动电压为150 V AC,频率为120 Hz时,最大输出流量为1160 mL/min,而双腔双振子最大输出流量为650 mL/min（138 Hz）,单腔双振子最大输出流量为250 mL/min（160 Hz）;双腔四振子压电泵自吸高度可达到55 cm.     

基于损耗能量收集的电动汽车压电发电装置的设计与功能分析

以车载电源为动力的电动汽车是未来发展的必然趋势。为实现利用压电材料进行损耗能量收集的目的,设计一种利用汽车行驶时对地的压力和自身振动来驱动多片压电片发电的装置。该装置由瞬时电容器与压电片构成一套封闭的系统,通过电容器间的不断切换实现对压电片中电场能和应变场能进行充分收集,可提高电荷收集效率,同时也为压电环境能量采集技术提供新思路。     

脱涡致振式压电风力发电机性能分析与试验

为满足农业遥感监测系统的供电需求，减少化学电池对水和土壤的污染，提出一种脱涡致振式压电风力发电机，并从理论和试验两方面进行了研究。建立了脱涡致振式压电风力发电机的理论模型，通过仿真分析研究迎风角、压电振子长度及风速对压电振子变形量的影响，并对发电机样机进行了测试试验。结果表明，不同风速下均存在两个最佳迎风角，使发电机输出电压较大，压电振子长度为60、78mm，风速为7.6、11.6、12.4m/s时的两个最佳迎风角分别为(35°,135°)、(45°,125°)、(50°,120°)和(35°,120°)、(40°,115°)、(45°,110°)。当迎风角为120°时，存在最佳风速，使发电机输出电压达到最大；随着压电振子长度的增加，最佳风速由12.4m/s降低到8.4m/s，其对应的最大输出电压由16.6V增加为16.8V。当外接电阻为150kΩ、迎风角为30°时，试验测得最大输出功率为1mW。研究表明，根据实际风速确定合理的迎风角及压电振子长度可提高发电机的发电能力。     

气吹式倾斜圆盘排种器排种性能试验

采用二次回归通用旋转组合设计方法,建立了排种器性能指标与排种盘参数间关系的回归方程,并对试验因素与性能指标的影响规律和趋势进行了分析.试验结果表明,在播种京丰甘蓝种子的条件下,为保证排种器具有较高的单粒指数和较低的重播和漏播指数,排种盘型孔的直径应为2～3.5 mm、型孔深度为2.2～3.6 mm,清种气流流量为0.4～0.55 m3/h.以排种器单粒指数最大为目标,以重播和漏播指数最小为约束条件求得优化参数组合为排种盘型孔直径2.4～3.5 mm、型孔深度2.8～3.4 mm,清种气流流量0.46～0.55 m3/h.     

自由活塞内燃发电机能量转换与传递过程研究

根据能量守恒定律,建立自由活塞内燃发电机运行过程周期能量模型.通过计算获得一个周期内的能量转换规律,并分析相邻周期的能量传递过程,得到不同压缩比下的能量变化情况及其对性能的影响.分析结果表明,自由活塞内燃发电机能量转换有效效率的理论值可达40％.燃烧、扫气及散热等为能量损失的主要部分.连续运行过程中,一侧气缸作功行程后期的部分能量作为压缩能传递给另一侧,直接影响下一周期燃烧.压缩比变化对各能量及有效效率有不同影响,保持压缩能稳定对运行控制至关重要.     

双腔串联压电胰岛素泵性能分析与试验

针对目前胰岛素泵多采用步进电机作为驱动源进而成本高、结构复杂的应用现状,提出利用压电泵进行胰岛素推注的研究方案.分析了压电胰岛素泵的工作原理及两种工作方式,即直接输液与间接输液.对比了无阀压电泵、主动阀压电泵及被动阀压电泵性能特点,同时为提高泵输出压力,选择双腔串联压电泵作为胰岛素注射的驱动源,设计了双腔串联压电泵的结构,分析了双腔串联压电泵的工作原理,对常见的3种截止阀进行开启压力及流量性能测试,制作不同截止阀的双腔串联压电泵样机,搭建了试验测试系统,测试不同驱动频率下压电泵直接输送与间接输送方式输出流量、输出压力变化对比曲线.试验结果表明：与直接输液相比间接输液方法压电泵输出流量及压力均较大,在驱动电压为100 V、频率为210 Hz时,间接输出最大流量达到810 mL/min;伞形橡胶阀截止性能好,压电泵输出流量较大.     

2D泵流动特性与配流窗口优化分析

针对轴向柱塞泵配流盘吸油和排油切换过程中,存在闭死压缩和闭死膨胀,产生气穴现象和压力正超调和负超调,引起流量脉动的问题,设计了2D（二维）双联活塞泵。利用活塞的旋转进行配流,且活塞的配流槽两两对称分布,可双向配流,省去了独立的配流机构,零遮盖的配流方式消除了闭死压缩和闭死膨胀的影响。利用两个活塞串联的方式,消除流量叠加时产生的结构性流量脉动。建立了瞬时流量和压力特性数学模型,分析了各项结构参数与腔内压力和出口流量之间的关系,得出配流面积是影响流量脉动的主要因素。最后,搭建实验平台,制作样机,并对样机进行测试。实验结果表明,该样机容积效率可达96%,流量脉动为6.3%,说明2D泵的结构能获得很高的容积效率,且利用旋转配流以及双活塞串联的方式能够有效地降低流量脉动。优化结果表明,加入阻尼槽结构的配流窗口,进一步降低了流量脉动。     

中国农村家庭能源消费阶段划分研究

中国农村长期受到能源问题的困扰，家庭用能主要依靠当地可获得的自然资源，往往供不应求。80年代初中国农村基本解决了燃料不足的矛盾，农民开始选择使用优质能源。文章根据中国农村家庭能源消费的历史进程和未来发展，将其划分为三个基本阶段，即严重缺能阶段、基本满足阶段和商品化阶段，提出了各阶段划分的主要特征指标和基本特征，为认识农村家庭能源消费发展规律提供了依据。     

太阳能采暖技术在农村的应用

随着农村经济的发展,对能源的需求也日益增长,为了解决农村能源问题,应树立生态村镇观点,重点发展可再生能源和低品位能源、太阳能是非常丰富的可再生能源,对环境无污染.为此,介绍了太阳能采暖技术在农村的应用―太阳能地板辐射采暖系统和太阳能炕系统,并分析了太阳能地板采暖的可行性及太阳能采暖技术的发展前景.     

德国可再生能源发展的借鉴与启示

近年来,可再生能源逐渐成为世界各国关注的热点,并成为各国应对气候变化以及生态环境保护的共同选择,其在经济发展以及维护生态环境中开始被重视起来。德国能源转型的成功已经成为欧美国家中的典范,为此农业农村部科技教育司组团赴德国参加“农业废弃物资源化利用和农村清洁能源综合利用技术”培训项目,笔者结合培训内容和实地考察形成该篇文章,文章重点从德国能源现状、能源转型战略和可再生能源发展现状3个方面进行探讨,并为国内可再生能源发展提出相关政策建议。     

农业耕作措施减沙的能量分析

从径流能量入手,在室内人工降雨试验的基础上,分析了坡面耕作措施对径流能量的削减作用。耕作措施可有效减少坡面产流、产沙,其径流能量消减率可达26.84%～51.58%,在径流能量传递过程中,3种耕作措施能量传递均小于对照,其中等高耕作对径流能量消减率最大,减沙作用与径流能量消减之间呈对数关系,耕作措施对径流能量的消减作用受雨强和坡度的影响,随雨强和坡度增大,消减作用减弱。     

户用沼气池对农村家庭能源消费及其经济效益的影响——江苏涟水与安徽贵池对比研究

通过对江苏涟水和安徽贵池进行的沼气池使用相关问题入户调查的对比研究,分析了不同地区户用沼气池在家庭能源消费及其经济、环境效益中的差异.研究表明,涟水和贵池农村家庭人均消耗的能源消费有明显的差异,沼气池的建设均使得家庭人均能源消费减少了40%以上,其减少的主要是生物质能源的消费;沼气池的建设并未引起家庭人均有效热的提高;农户建设沼气池有较好的经济效益.问卷调查显示,因沼气池建设给建池户带来的减少医药费开支等5方面的效应每年在100～200元以上,两地区有较大的差异.     

水工消能的研究现状与进展

随着各种坝型设计理论的不断完善和施工工艺水平的提高,也出现了很多新型消能工,并能够结合当地情况综合利用消能工。     

甘蓝型油菜籽薄层热风干燥的能耗分析与研究

在热力学第一定律的基础上,对干燥过程的能量消耗进行了分析与研究。基于干燥过程中能量消耗为水分蒸发消耗能量与物料升温消耗能量之和,建立了薄层热风干燥过程的能耗模型。将干燥过程中水分蒸发所消耗的热量处理为能量方程中的源项,并引入了活化能与能耗比的概念,得到了薄层热风干燥过程的温度场分布与总能耗变化情况。分析表明:活化能的计算值与理论值的偏差为9. 19%;薄层热风干燥过程中适当地提高干燥速率,可减少干燥时间和干燥过程中的能量消耗。     

相变储能技术在温室园艺领域的应用

相变材料能够对能量进行储存和利用,有助于降低温室的成产成本。简单介绍相变储能技术的原理及优点,详细讨论相变储能技术在温室园艺领域的应用条件、现状及研究情况,为促进设施农业的发展提供有益的参考。     

离心泵运行调节能耗分析

详细介绍了离心泵的节流调节、分流调节、串并联调节和变速调节等主要运行调节方式的调节原理、调节方法、调节范围．分析了其水力损耗、运行效率、总的优缺点以及适用场合．节流调节、分流调节的流量可连续调节，但后者能量损失相对较大，常用于安全可靠性有要求的场合；串并联运行调节不能实现流量的连续变化，但调节范围宽，理论上没有额外水力损耗；变速调节是，只要转速可连续变化，流量就可以连续变化，除泵内损失外，系统无额外的水力损失，节能效果明显．     

我国农业机械能耗现状分析及节能减排技术

现代农业必须依靠机械化才能实现大面积作业和规模化生产。农业机械的高油耗、效率低严重制约了农业的机械化进程。为此,通过对目前我国农机高耗能现状的分析,并与国外农机耗能进行比较,找出农机高耗能的原因,提出相应的措施以解决农机节能减排问题。