Implementation of an easily reconfigurable dynamic simulator for recirculating aquaculture systems

Methodology of Programmable Process Structures has been implemented and applied for the flexible automatic generation and simulation of Recirculating Aquaculture Systems. First, we implemented and validated the model for a pilot unit, based on short time experiments with Common carp (Cyprinus carpio), utilizing data and functionalities from the literature. Afterwards, starting from this model we generated a hypothetical single tank model of simulated increasing volume, to demonstrate how it supports the simplified, preliminary analysis, design and control of the possible multi-stage systems. We showed that the simulation of a single tank with an appropriately increasing volume makes possible to study the various control strategies, as well as to design the structure and the grading strategy of the multi-stage systems, without an increased combinatorial complexity. In the knowledge of the simulated increasing volume, we determined the volumes of subsequent stages by equidistant partitioning of the rearing time, algorithmically. Considering the available (or planned) tank volumes, this method makes possible to design a multi-stage system that approximately corresponds to the previously optimized single tank model. This conclusion was illustrated by the generation and simulation of the model for the respective multi-stage system.     

Dissolved oxygen controls summer habitat of Clear Lake Hitch (Lavinia exilicauda chi), an imperilled potamodromous cyprinid

Clear Lake Hitch is an imperilled minnow endemic to Clear Lake, Lake County, California, United States listed as threatened under the California Endangered Species Act (ESA) and a candidate for listing under the United States ESA. It exhibits a potamodromous life cycle whereby adults, which reach up to 6 + years in age and over 350 mm in length, migrate into Clear Lake's ephemeral tributaries briefly during spring to spawn. Conservation and management of Clear Lake Hitch is inhibited, in part, by a lack of information on the lacustrine habitat of nonbreeding individuals within Clear Lake. To address this problem, we sampled Clear Lake Hitch with gill nets in a stratified random sampling design to determine the distribution and habitat associations in early summer 2017 and 2018. We identified abundance-habitat relationships for juveniles and adults using Bayesian zero-inflated negative binomial generalised linear mixed modelling. Results indicated that dissolved oxygen concentration was the most important habitat feature measured; juveniles and adults were substantially more abundant in normoxic (≥2 mg/l) than in hypoxic (<2 mg/l) habitat. Both also exhibited weak positive relationships with chlorophyll fluorescence, suggesting relatively productive habitats may support higher numbers of Clear Lake Hitch. Spatially, juveniles were most abundant in nearshore habitats while adults were ubiquitous, indicating an ontogenetic habitat expansion that may be associated with a resource availability-predation risk trade-off. Management actions undertaken to improve hypoxia problems in Clear Lake would also improve Clear Lake Hitch habitat.     

基于土地利用变化的河北省坝上地区景观生态风险评价

[目的]对河北省坝上地区近40 a来的土地利用动态变化和生态风险进行分析评价并对未来趋势作出预测,为该地区生态建设和治理、可持续发展提供科学依据。[方法]基于坝上地区1980—2018年5期土地利用数据以及通过土地转移矩阵、空间相关性分析等方法揭示和预测该区1980—2026年的土地利用变化特征并评估该区生态风险水平。[结果](1)整个研究期间,坝上地区土地利用类型以耕地为主,所占比例近50%,其中,1980—2018年,耕地、林地扩张面积均超过300 km~2,草地减少近616.60 km~2,水域面积缩减36.04%,其中耕地、林地、草地之间的互相流转程度较为剧烈,空间变化上表现为各地类的重心在2000—2010年明显迁移。(2)1980—2026年,坝上地区6个时期内生态风险值全局空间自相关Moran’s I指数均在0.500左右,其空间分布表现出较高的趋同集聚性。(3)近40 a来,坝上生态风险水平升至为高风险级,其区域增加了123.22 km~2,较高风险区域分布在城镇地区,据CA-Markov模型预测,未来坝上地区中等及中等以上风险区域持续扩张,丰宁县和围场县将分别出现小规模高风险区和较高风险区。[结论](1)近40 a来坝上地区草地退化严重,水域面积显著减少,原因系安固里淖干涸所致。(2)该区生态风险水平与土地格局分布具有较强相关性,且在未来会继续升高。     

分流叶片对高速井泵压力脉动的影响

针对高速井泵采用分流叶片设计带来的稳定性问题,运用Creo3.0软件建立了叶轮、导叶等关键零件的三维模型;在CFX数值模拟数据与外特性试验数据吻合较好的基础上,将分流叶片的进口直径d₁与叶轮外径D₂的比值定义为一个表达分流叶片综合特性参数的量纲一化系数σ.σ分别取值0.60,0.62,0.65,设计分流叶片长短不同的3个叶轮方案,且对各方案的动静干涉区域进行了详细的压力脉动数值模拟计算及分析.结果表明:压力脉动幅值大小与监测点和交界面的径向距离有关,径向距离越大,压力脉动幅值越小;各监测点压力脉动随分流叶片长度的减小逐渐减弱,当分流叶片长度减小到某一临界值以后,压力脉动基本保持不变;当σ=0.62时,压力脉动幅值较小,脉动周期清晰;除中流线上的监测点以外,各监测点压力脉动主频受叶轮叶频的影响较大,分流叶片对中流线上监测点的压力脉动影响较大.     

应力波在落叶松活立木中传播影响因素数值模拟

探究应力波在落叶松活立木中传播的影响因素,有助于研究应力波在人工林活立木中的传播机理。依据固体介质中的应力波传播理论和弹性力学理论,将活立木看作只由心材层和边材层组成的两层结构材料,基于活立木的正交各向异性假定,利用COMSOL Multiphysics多物理场仿真软件对应力波在活立木中的传播进行了模拟计算,并研究了敲击载荷频率、活立木胸径和心材比对应力波传播的影响。结果表明,应力波波速随着载荷脉冲频率的增大而减小;对于胸径为10 cm的活立木模型,当传播距离达到1. 2 m时,应力波波阵面已经转换为一维平面波,而对于胸径超过30 cm的活立木模型,应力波在0～1. 2 m传播距离内是以三维膨胀波的形式传播;活立木胸径对应力波的传播速度有影响,当胸径小于10 cm时,波速较小且基本没有发生变化,当胸径从10 cm增加到40 cm时,应力波的波速随着活立木胸径的增加而增加,而当胸径超过40 cm时,波速略微增加后保持相对稳定;应力波在活立木中的波速随着心材比的增大而减小。胸径对应力波在活立木中的传播形式以及波阵面形状有影响,而敲击载荷频率和心材比对应力波在活立木中的传播形式以及波阵面形状没有影响,但三者都会对应力波的传播速度产生影响,数值模拟最佳的敲击载荷频率为2. 5 kHz,应力波在活立木中的传播速度不只取决于边材的力学性能,而是受到心材和边材的共同影响。     

拖拉机动量飞轮主动防侧翻控制与模型试验研究

针对拖拉机侧翻致死致伤事故仍时有发生的问题，基于旋转刚体加速时的反向施矩原理，以反作用动量飞轮为执行元件，提出了从主动安全角度解决拖拉机侧翻问题的研究方法。通过构建拖拉机动力学系统数学模型，解析了整机侧翻行为的动态演变机理。为保证拖拉机主体结构的完整性，将动量飞轮置于拖拉机前部，取代传统静态配重的同时可主动提供防侧翻力矩。应用Matlab/Simulink软件，对反作用飞轮的回稳过程进行了基于PID控制的有效性仿真分析，同时设计并搭建了比例模型试验平台，对主动施矩飞轮的回稳控制效果进行了试验验证。结果表明，装备飞轮的拖拉机与无控制组对比，在一次试验中可多次实现整机的防侧翻控制，使整机防侧翻性能得到明显改善，且不同行驶工况下的试验数据与仿真结果的相关性较强，充分验证了本文拖拉机侧翻动力学模型的有效性。     

基于"量-质-域-流"四维指标体系的水资源荷载状况评价——以黑河流域三地市为例

随着社会经济用水不断增加，水资源供需矛盾加剧，水资源系统出现荷载不均衡现象，制约了区域发展，危及生态环境良性循环。本文从水资源系统的负荷需求和承载能力出发，基于“量、质、域、流”四个维度构建水资源荷载均衡评价指标体系，采用指标规范化的正态云模型，评价2015年黑河流域张掖市、酒泉市、阿拉善盟水资源配置方案的荷载均衡状况，并依据负荷与承载能力评分二维坐标，分出低负荷-高承载能力、低负荷-低承载能力、高负荷-高承载能力和高负荷-低承载能力四个分区。评价结果表明：2015年三地水资源荷载状况均为Ⅳ级，张掖市综合评分为3.697，酒泉市为3.657，阿拉善盟为3.901，三地均处于高负荷-低承载能力区域；三地在水质维度上处于低负荷-高承载能力区间，水质维度评分均处于Ⅱ级，酒泉市水质评分优于张掖市，张掖市水质评分优于阿拉善盟；在水量、水域、水流维度上均处于高负荷-低承载能力区间，水量方面三地处于Ⅳ级，张掖市优于酒泉市，酒泉市优于阿拉善盟；水域方面张掖和阿拉善盟评分均处于Ⅴ级，酒泉评分处于Ⅳ级；水流方面三地均处于Ⅴ级。需要采取调控手段在水量、水域、水流方面上进行“增强承载”和“卸荷”。     

叶片角度对输水泵站泵装置水力性能影响分析

为研究输水泵站泵装置水力性能受叶片角度变化的影响,采用CFD方法模拟全流道泵装置水力性能,分析设计流量工况下叶片角度变化对进水流道、出水流道流动及叶轮内部流动特性和水力性能的影响.结果表明:在设计流量工况下,叶片角度偏离设计工况角度,叶轮进口近轮毂区存在回流、脱流;叶片角度偏离设计工况角度越大,进水流道、出水流道内水流流态越差,水力损失越大.当叶片角度调节为-8°工况时,与叶片角度-0°工况比较,进水流道和出水流道水力损失相对值最大,分别为1.28和2.89.即叶片同等偏离角度下,出水流道水力损失增大幅度较进水流道更加明显.对比数值模拟结果与模型试验结果得出,在设计流量工况,叶片角度为0°时,扬程相对误差为1.2%,效率相对误差为2.1%,两者吻合较好.     

不同填充颗粒半径水稻种子离散元模型参数标定

气固两相流耦合仿真被广泛运用在气力式排种器工作过程的研究中，因确定性颗粒轨道数值计算模型的需求，种子多采用颗粒聚合的方法建模，该方法采用的填充球颗粒半径越小、数量越多就越能接近种子的真实形态，但会造成仿真计算资源过度消耗、仿真时间增长。为研究不同填充球半径的水稻种子模型对颗粒间的动力学响应特性的影响，寻找种子模型最佳的填充球颗粒数量，本文以水稻种子为研究对象，借助三维扫描与逆向拟合的方法获取种子外形轮廓，分别采用不同半径（0.30、0.21、0.18、0.16、0.15mm）的球颗粒对其进行填充，形成气固耦合的水稻颗粒粘结聚合模型。采用无底圆筒提升、滑落堆积的真实试验与仿真测定，采用曲面响应法，以休止角为指标，标定出不同填充球颗粒半径种子模型的种间静摩擦因数和动摩擦因数；通过圆筒提升和滑落堆积试验对参数进行验证，以仿真试验休止角的变异系数为指标，结果表明随着填充球半径的减小，仿真结果越接近真实值；通过水稻正压式排种器气固两相流耦合仿真进行验证，以充种率为指标，结果表明填充颗粒半径为0.21mm，仿真时长与仿真精度最优。