粉碎机异形筛片气流场数值模拟及试验研究

针对传统环筛式锤片饲料粉碎机存在气固环流层影响粉碎机性能的问题,采用理论分析、数值模拟、粉碎性能试验相结合的方法,对粉碎机安装异形筛片时粉碎室内物料颗粒受到的气力作用和内部流场运动规律进行研究。分析粉碎机使用异形筛片对粉碎性能的影响。优化后的异形筛片分别命名为B_1(小圆弧半径R_1=51mm)、B_2(R_1=83mm)、B_3(R_1=93mm),利用流体动力学软件对粉碎室安装3种异形筛片的气流场进行数值模拟,获得粉碎室气流场分布信息。在相同工况下,对装有3种异形筛片的CPS-420型粉碎机进行粉碎性能试验,分析不同筛片对物料粉碎效果的影响。模拟结果表明:粉碎机采用间隔分段圆弧筛片后,粉碎室环流区域产生不同强度的涡旋,能够改变物料环流运动规律,提高物料过筛能力;锤片组扫过区域的气流呈现出较为杂乱无序的分布状态,有利于形成湍流运动,从而增加物料颗粒受打击几率。粉碎性能试验结果表明:锤片饲料粉碎机安装B_3筛片的粉碎机生产效率,较B2、B1筛片分别提高8.1%、16.0%,吨料耗电量分别降低10.5%、15.0%,温升分别降低0.6和0.1℃。优化后的3种异形筛片,能够提高粉碎机的生产效率,降低电能的损耗、改善物料温升,对提高锤片饲料粉碎机性能具有积极意义。     

基于MIKE21的保靖竹子坪生态水利工程水动力数值模拟研究

竹子坪生态水利工程河段水利条件复杂。采用MIKE21软件对工程河段进行模拟,分析工程兴建前后河段水动力变化情况。结果表明:模型能较好地反映河道实际情况;工程兴建后可有效改善区域水动力条件,三种正常水位下水域面积增加31.5%～53.5%;其中204 m正常蓄水位方案水域新增0.6 km~2,新增水域内流速0.009～0.35 m/s,深泓区流速减少的面积居中,综合考虑湿地生态修复效果和移民占地投资等因素,推荐204 m正常蓄水位方案;同时模型计算区域内,酉水干流上游和花垣河上游主河槽内局部流速降低幅度大,将引起河势稳定和库容变化,建议在后续工程设计中妥善考虑。     

滴灌条件下水土温度对覆砂土壤水热运移影响的数值模拟

为探究滴灌条件下水温与土温对覆砂土壤水热运移规律的影响,基于HYDRUS-2D构建了不同水土温度土壤水热运移数值模型,模拟分析了不同水土温度对覆砂土壤水分、温度动态变化的影响。结果表明:灌溉水温对土壤水热分布影响显著,随着温度升高,土壤湿润体内含水率减小,表现为35℃水温20℃水温5℃水温,灌溉水温对土壤剖面温度分布也有较大影响,表层0—15 cm范围内温度变化了5～10℃。相同水温条件下,随着土壤温度升高,土壤饱和导水率增大,湿润土体内体积含水率减小,表现为30℃土壤温度15℃土壤温度5℃土壤温度。滴灌水平和垂直湿润锋运移距离随温度升高而增大,湿润锋运移距离与时间符合幂函数F=at~b,决定系数R~2介于0.977 4～0.999 6,并建立了水平和垂直湿润锋运移距离与入渗时间和温度的关系模型。以期为西北干旱地区砂石覆盖生态农业的合理补灌提供理论指导。     

叶片开缝对单叶片泵径向力的影响

为了改善单叶片泵的运行特性,降低径向受力不均匀性,采用数值计算与试验相结合的方法分析了单叶片离心泵径向力的动态特性.研究了3个不同流量工况(0.6Q_d,1.0Q_d和1.4Q_d)下径向力的变化规律,结果表明,单叶片离心泵叶轮叶片工作面与背面所受压差是径向力产生的主要原因,并在小流量工况下径向力达到最值.通过对试验与数值模拟结果的分析对比,提出了平衡单叶片泵径向力的新方法-叶片开缝,并在叶片包角方向上选取3个不同位置(0°,90°和270°)布置宽度为1.0 mm的缝隙,分析了不同开缝位置对径向力及泵外特性的影响情况.结果表明:当在叶片尾缘开缝时,对泵的外特性影响较小,并可以较大降低单叶片离心泵叶片工作面和背面的压差,减小叶轮径向受力情况,提高单叶片泵的可靠性和使用寿命.     

杂粮膨化营养粉制备工艺优化及其消化特性研究

以混合杂粮粉(蚕豆粉∶荞麦粉∶魔芋精粉质量比10∶9∶1)为原料制备杂粮膨化营养粉,以可溶性膳食纤维(SDF)为指标,结合单因素试验和响应面试验优化了制备工艺,并通过体外胃肠道模型研究了产品的消化特性。结果表明,杂粮膨化营养粉制备的最佳参数组合为:物料含水量16%,Ⅲ区挤压温度142℃,螺杆转速146 r/min,在该条件下,产品中SDF含量达到(18.13±0.15)%。扫描电子显微镜结果显示,原料粉体颗粒发生了有效膨胀,原有的致密结构受到破坏。挤压膨化营养粉的碳水化合物水解指数,估计血糖生成指数和估计血糖负荷指数等均显著低于杂粮原料粉,并且达到了低血糖生成指数产品标准。     

水肥一体化中水肥混合效果数值模拟研究

为研究水肥一体化技术中的水肥混合特性,以流体力学中的两相流理论为基础,针对水肥混合过程中混合时间、混合区间长度、流速及管径对其混合效果的影响进行相应的数值模拟研究。结果表明,混合时间及混合区间长度越长有利于提高水肥混合效果及最终水肥混合均匀性;水肥流速比较低时管内水肥混合的均匀性较好,且水肥流速越大则其混合效果及均匀性越好;水肥流速较低时输水管及输肥管的管径比对水肥混合均匀性的影响较大,两者管径比越小则混合效果越好,随着流速的提高两者管径比对其混合效果的影响逐渐减弱。     

黄麻土工布覆盖对花岗岩红壤表土坡面侵蚀特性的影响

[目的]探究黄麻土工布覆盖条件下花岗岩红壤表土坡面侵蚀特性,为花岗岩红壤区坡面土壤侵蚀防治提供科学依据。[方法]通过室内模拟降雨试验,在2个坡度(5°和15°坡度)、3种密度(无覆盖,6 cm×6 cm及3 cm×3 cm网格)的黄麻土工布覆盖条件下,研究极端降雨条件下(90 mm/h)花岗岩红壤表土的坡面侵蚀特性,并观测径流系数、土壤侵蚀速率、泥沙颗粒变化规律及富集率等指标。[结果]坡面径流随降雨历时增加而增加,土壤侵蚀速率则相反,表明侵蚀过程是一个分离受限的过程。和对照组相比,黄麻土工布覆盖在不同试验条件下都具有明显的减流减沙作用。另外,由侵蚀泥沙的粒径分选规律可知,坡面土壤中的黏粒和粉粒大小的颗粒倾向于被优先选择性搬运,其结果致使坡面石英粗颗粒富集,在缓坡(5°)与高密度黄麻土工布覆盖条件下(3 cm×3 cm网格)尤为突出。坡面石英粗颗粒随降雨历时增加不断富集进一步增加了原位坡面的侵蚀抗性,产生了土壤侵蚀速率随降雨历时不断降低的现象。[结论]高密度黄麻土工布的覆盖能够有效地减流减沙,增加原位坡面抗蚀性,是一种有效的水土保持措施,在今后的土壤侵蚀防治和劣地恢复工作中应该被重视。     

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。     

基于CFD的蛋鸭舍内环境模拟分析与验证

为优化4层层叠式笼养鸭舍舍内环境,基于计算流体动力学(computational fluid dynamics,CFD)对鸭舍内气流场、温度场及CO_2浓度场进行模拟。将笼架简化,考虑其对气流的阻挡作用,将鸭笼及鸭只视为多孔介质。模拟结果显示,进风口为湿帘时,侧墙湿帘与端墙之间存在通风死区,风速低于0.5 m·s~(-1)。进风口为通风小窗时,鸭舍未安装通风小窗区域风速小,CO_2浓度大。改变纵墙湿帘位置对鸭舍结构进行改进,改进后气流不均匀系数降低了17%。改进通风小窗布置发现,提升通风小窗分布均匀性显著降低舍内温差;提升通风小窗安装高度将显著降低舍内CO_2浓度。该研究可为蛋鸭舍结构设计提供参考。     

基于HYSPLIT和PSCF的防风固沙生态服务功能空间模拟

针对以盐渍化影响和风沙活动为特征的北方农牧交错带，研究其生态系统服务功能空间差异及其流变机制，有助于明确服务提供区（SPA）与服务受益区（SBA）之间的空间关系，制定跨区生态补偿方案。采用混合单粒子拉格朗日积分轨道（HYSPLIT）模型和源贡献潜势（PSCF）模型，模拟了大型盐碱沙尘源地（安固里淖干涸盐碱湖）防风固沙生态系统服务（SSS）对风蚀的影响，确定了在土地覆盖、人口和国内生产总值（GDP）方面的辐射效益，并以辐射效益结果为依据提出跨地区的横向生态补偿方案。结果表明：在2015年，安固里淖干涸盐碱湖生态系统SSS效益显著，固沙量达到367.93万t；研究区SSS传输路径向东部延伸，主要影响我国华北和东北地区，SBA土地面积为189.37万km2，占全国总面积的19.66%，受益范围包括北京市等15个省(市、区)，是研究区面积的41.167倍；受益人口达5.27亿人，受益GDP总量为28.37万亿元；研究区生态系统提供的SSS使得SBA降尘量减少147.17万t，直接经济效益达44.26亿元；研究区投入生态建设的资金应由北京市等15个受益省（市）共同承担，黑龙江省和内蒙古自治区补偿金额最大，其次为河北省、吉林省和辽宁省等，浙江省需支付的生态补偿金额最少。本研究通过横向生态补偿促进生态建设，以减轻由土壤风蚀造成的损害，可为有关部门的政策决策者提供参考。