基于CFD的养殖水体固液旋流分离装置数值模拟与验证

为探究旋流分离装置对水产养殖水体的分离效果,采用计算流体力学方法对旋流分离装置内部的流动特性进行数值模拟,得到了不同入口流量、不同入口浓度对固液分离性能的影响,通过试验数据对模拟结果进行了验证。模拟结果表明:随着入口流量的增加,分离装置内部流体速度增大,湍流流动增强,不利于固体颗粒的沉降。当入口浓度增加时,筒内流体运动速度降低,滞留在筒体中的颗粒浓度增加,降低了固液分离效率。入口流量和入口浓度的增加均会导致不同粒度颗粒分离效率下降,且随着颗粒粒度的增大,分离效率下降幅度增大。通过与试验数据相比,模拟误差在10%以内,模拟结果可信。该研究可为旋流分离装置在水产养殖领域的应用提供参考。     

循环水养殖游泳型鱼类摄食活动强度评估方法研究

针对循环水养殖游泳型鱼类过程中的高效投喂难题进行了研究,以罗非鱼为实验对象,提出了一种基于改进动能模型的鱼群摄食活动强度评估方法。该方法避免了鱼群目标的前景提取和对鱼群内个体的跟踪,直接以由鱼群摄食活动引起的水面反光区域变化特征为关键因素进行分析。首先,在HSV色彩空间下对水面反光区域进行分割、提取;其次,利用Lucas-Kanade光流、统计学方法以及信息熵对反光区域变化的不规律程度进行计算和分析;最后,结合反光区域的变化幅度信息实现对鱼群摄食活动强度的评估。通过实验结果对比分析可知,所提方法在单轮多次饱食投喂(间隔时间(40±2)s)下针对不同肠胃饱满指数(20.35±10、150.61±10)的罗非鱼均能较好地描述鱼群摄食活动强度。     

泡沫分离器去除养殖循环水中不同粒径细微颗粒物的效果

为高效去除循环水养殖中的细微颗粒物,通过试验优化射流式泡沫分离器的水力停留时间和进气量,并结合相关理论研究分析不同粒径区间颗粒物的去除情况。以孔径125μm转鼓式微滤机出水口的水体作为泡沫分离原样进行批处理试验,以颗粒物去除率为指标优化水力停留时间和进气量;以4个粒径区间≤10、(29)10~50、(29)50~90和(29)90μm的颗粒物质量浓度变化率为指标分析各区间的颗粒物去除情况。养殖水中细微颗粒物在泡沫分离时,细化气泡和增加水力停留时间在提高去除率中会达到极值,水力停留时间和进气量对颗粒物去除率有显著影响,水力停留时间为2.0 min和进气量为1.3 L/min时,去除率较高为(34.06%±4.37%);泡沫分离对粒径≤90μm的颗粒物都有较好的去除作用,且对粒径≤10和(29)50~90μm的颗粒物去除率相对较高,而对粒径(29)90μm的颗粒物去除较困难。     

循环水养殖水处理系统中UVC-LED光反应器的CFD模拟及优化

为探究循环水养殖水处理系统中紫外发光二极管（Ultraviolet C Light Emitting Diode, UVC-LED）光反应器的合理结构,基于计算流体力学（Computational Fluid Dynamics, CFD）的方法建立了UVC-LED光反应器消毒计算模型,并对该反应器进行了验证与优化。结果表明：该计算模型可以很好的预测反应器的消毒效果,模拟与试验得到的微生物对数灭活率误差在8%以内。通过对整流区圆柱流道的优化可以提升反应器的消毒效果,当反应器具有10个圆柱形流道时,等效还原辐射剂量较之于原反应器提升了19.6%;内壁反射系数的增加对辐射强度的提升具有显著的影响,在高透光率的水环境中表现更为明显。构建了两种不同内壁材料的反应器模型,在紫外光穿透率（Ultraviolet Transmission, UVT）80%、UVT85%和UVT90%透光率下,高反射率模型比低反射率模型的等效生物验证剂量（equivalent Reduction Dose, RED）分别提高了47.74%、55.02%和66.87%。本研究用CFD建模对 UVC-LED 光反应器进行表征、优化和消毒性能分析,为循环水养殖水处理系统中新型紫外消毒光反应系统设计提供理论参考。     

微酸性电解水储藏和杀菌过程中有效氯衰减的动力学模型

为探明微酸性电解水(slightly acidic electrolyzed water, SAEW)在储藏及杀菌过程中理化指标的变化规律,将SAEW置于25、30、35、40、50℃环境温度下,测定其主要理化特性参数pH值、氧化还原电位(ORP),以及有效氯质量浓度(ACC)随储藏时间(0～12 d)的变化,同时也测定了SAEW对大肠杆菌(ATCC 25922)杀菌过程中ACC的变化规律。SAEW的pH值随储藏时间的延长而增大,ORP和ACC则减小,且储藏温度越高,各理化特性参数的变化幅度越大;在SAEW对大肠杆菌的杀菌过程中,ACC值不断降低。同时对储藏过程及杀菌过程中的有效氯衰减建立动力学模型,拟合后决定系数均达0.90以上。结果表明储藏温度和储藏时间对SAEW的理化特性参数有明显影响,且储藏过程与杀菌过程中的有效氯衰减符合一级动力学模型。相关研究结果为SAEW在农业、食品、医疗及环保等领域的应用提供了参考。     

微酸性电解水对番茄幼苗生长和光合作用的影响

以"金棚8号"番茄为试材,采用基质栽培法,普通自来水配制的营养液(CK)为对照,研究了有效氯浓度分别为20 mg·L^-1(SAEW20)、40 mg·L^-1(SAEW40)、60 mg·L^-1(SAEW60)、80 mg·L^-1(SAEW80)的微酸性电解水配制的营养液对番茄幼苗生长和光合作用的影响,以期验证微酸性电解水作为一种功能水对番茄幼苗生长是否具有促进效应。结果表明:SAEW80处理下的番茄幼苗干鲜质量均显著高于对照;SAEW80处理能显著增加番茄幼苗叶面积,且提高壮苗指数的效果显著;微酸性电解水的有效氯浓度对番茄幼苗叶片中叶绿素和类胡萝卜素的影响较小;根施微酸性电解水可以提高番茄幼苗的净光合速率和水分利用效率;SAEW80处理下的番茄幼苗根系总表面积、总体积和平均直径最高且显著高于对照。总之,低有效氯浓度的微酸性电解水配制营养液对番茄幼苗根施不会影响植株的正常生长,而高有效氯浓度在一定程度上可以促进番茄幼苗的生长,可以使用高有效氯浓度(80 mg·L^-1)微酸性电解水进一步研究作用机理。     

冬季猪舍粪便贮存过程中CO2排放特征

利用丹麦猪舍和液态猪粪便进行了CO2气体排放测试,比较了3种粪坑内粪便高度（0.15,0.40和0.65 m）、3种通风量（211,650和1 852 m3/h）、粪坑内有无挡板下冬季猪舍粪便贮存过程中CO2排放通量。测试结果表明：通风量、粪便温度和粪坑挡板可以用来解释大部分的CO2排放通量变化的差异;对于使用渗透性天花板进气和负压通风排气,CO2排放通量随着舍内通风量的增加而增大,3种通风量之间CO2排放通量差异显著;使用粪坑挡板可以显著降低粪坑内的空气交换和减少CO2排放通量;粪便贮存高度的变化对CO2排放通量的作用不明显;敏感性分析表明CO2排放通量相对于粪便温度的敏感性（敏感度值大）要高于通风量,在较低的通风量变化区间,CO2排放通量变化的敏感性要高于较高的通风量变化区间,但对于粪便温度变化趋势正好相反。通风量的增加同时会降低舍内和粪坑内空气温度以及粪便温度,因此要综合考虑通风量和温度对气体排放通量的影响。     

生长育肥猪对环境丰富度材料的选择倾向性研究

研究舍饲圈栏条件下猪对环境丰富度材料的选择倾向性。随机抽取20头70~150日龄生长育肥猪,选择不同的啃咬、鼻拱及蹭痒材料,就生长育肥猪对各种材料的接触频次及时间等行为学指标进行研究。结果表明:生长育肥猪对各种材料的选择偏爱程度随放置时间的延续而减弱;对啃咬材料的接触频次大小和接触时间长短顺序依次为,铁链>尼龙绳>剪成条状的自行车内胎>塑料水管>细铁棍,其中对铁链的接触频次显著高于其他材料;对鼻拱材料的接触频次大小、接触时间长短依次为新鲜泥土>鹅卵石>蘑菇培养土>稻草>碎木屑>玩具塑料球;猪蹭痒时更多的选择木质蹭痒架。     

基于三维姿态拟合的非接触式红鳍东方鲀全长精准估算方法

鱼类生物量无损测算是智能化水产养殖的重要环节,如何实现鱼体全长精准估算是该环节稳定运行的重要前提。该研究以红鳍东方鲀为对象,提出了一种鱼体全长精准估算方法,可在非接触情况下对自由游动的红鳍东方鲀进行精准的体长估算。首先,利用双目立体视觉技术对原始图像进行校正和立体匹配获得深度图像,并通过SOLOv2模型进行鱼体分割;然后,通过自主设计的独立分类器对图像进行高效分类,自动获取可用于全长估算的鱼类侧面图像,其分类准确率达95.3%;最后,耦合图像平面特征和深度信息,对鱼类进行三维姿态拟合,实现鱼类全长精准估算。结果表明,该方法全长估算的平均相对误差为2.67%,标准差为9.45%,且全长估算值与质量表现出良好相关性（R2=0.88）。该研究将为鱼类生物量无损测算提供关键技术支撑,对水产养殖的信息化管理、鱼类生长状况评估、投饵控制等具有重要意义。     

微电流电解去除养殖海水中氨氮效果

为了探究微电流电解技术去除养殖水体中氨氮的效果,试验以盐度为30‰(质量分数)人造海水为对象,设置了循环水温度、流速和电流密度3个参数以及对应参数的3个水平,探究其对氨氮去除率的影响。试验结果表明,在试验设置的温度(18、25、32℃)和流速(100、300、500 m L/min)条件下,循环水温度和流速的变化对氨氮去除率影响并不明显。试验设置的电流密度(20、40、60 A/m2)条件下,对氨氮去除率有明显作用,且电流密度越大,单位时间内氨氮去除速率越快。正交试验确定了最优去除条件为电流密度、水温和流速分别为40 A/m2、32℃、500 m L/min。通过能耗分析可知,在设定的参数范围内,不同温度条件下最低能耗条件为电流密度40 A/m2、流速300 m L/min,最低的能耗为21.26 Wh/kg。研究结果可以为微电流电解在海水循环水养殖中氨氮降解提供参考。