Performance evaluation of venturi aeration system

The venturi aeration is an effective practice to increase the dissolved oxygen accessibility in the water bodies. This study aims to optimize the various geometrical parameters of the venturi aeration system. A non-dimensional technique was applied to find the optimum performance of various geometric parameters i.e. throat lengths (t_l), number of air holes (N), and converging and diverging angles (α and β). These experiments have been carried out using 1124 L capacity of tank having dimensions of 105 cm long, 105 cm wide and 102 cm deep. The experiments were conducted at a constant flow velocity of water (1.096 m/s) with varying throat length (t_l = 20–100 mm keeping 20 mm as interval between two consecutive length), number of air holes (N = 1–17 at an equal hole to hole distance of 5 mm between them), and converging and diverging angles (α and β = 10°, 15°, 20° and 25°). Multiple non-linear regression equations were also developed from the linear relation with the dependent variable (Non-dimensional form of standard aeration efficiency, NDSAE) and independent variables (t_l and N). With the geometrically optimized venturi aerator the optimum performance was found for t_l =100 mm, N = 17, and α and β = 15°. The maximum value of standard oxygen transfer rate (SOTR) and standard aeration efficiency (SAE) obtained was 0.0216 kgO₂/h and 0.611 kgO₂/kWh respectively. From the non-dimensional study, it was found that the NDSAE is the function Reynolds number (Re) and Froude number (Fr). The simulation equations were developed on the basis of Re and Fr for NDSAE, and subjected to 7.378 × 10⁻⁶ < Re < 3.689 × 10^-5 and 0.163 < Fr < 0.817, respectively.     

农业劳动力转移的减贫效应分析——基于重庆涪陵的实践检验

【目的/意义】农业劳动力转移的减贫效应尚未得出一致结论,基于对重庆涪陵的实践分析,探讨通过做好政策保障以提升农业劳动力转移的减贫效应。【方法/过程】以涪陵区2004-2018年的农业劳动力转移的减贫相关数据为基础,通过运用多元回归法分析涪陵区农业劳动力转移的减贫效应。【结果/结论】结果显示:提升农业劳动生产率有利于增加农民的农业收入和非农收入;缩小城乡收入差距有利于农民减贫;提高人力资本密集度有利于增强农民的挣得能力。要提升农业劳动力转移的减贫效应,这就要求:促进农业转移人口的市民化,提升农业劳动力转移的减贫效应;提高乡村自治与贫困户自我发展能力,促进农业劳动力转移的减贫动力;完善社会扶贫协作联动机制,为农业劳动力转移提供制度保障。     

长沙地区低温粮仓双层通风屋顶最佳保温隔热层厚度分析

粮仓围护结构保温隔热性能对储粮安全和粮仓能耗有重要影响。粮仓屋顶面积大,是粮仓围护结构接受太阳辐射最强的部位,外界热量主要通过屋顶传入粮仓,因此屋顶是粮仓围护结构保温隔热设计的最重要部位。双层通风屋顶、高反射率的屋面隔热涂料和保温隔热材料等节能技术近年来在粮仓屋顶设计中得到迅速发展和应用。考虑屋顶不同外表面太阳辐射反射率和自然通风对双层通风屋顶传热的影响,该文给出并试验验证了多层屋顶非稳态传热模型和双层通风屋顶传热模型,利用经过验证的屋顶传热模型进行屋顶能耗计算,采用经济性模型和全生命周期理论对长沙地区低温粮仓普通屋顶和双层通风屋顶最佳保温隔热层厚度进行分析,并对采用最佳保温隔热层厚度时的生命周期总投资、净收益及回收周期进行计算和比较分析。研究结果表明:屋顶外表面太阳辐射反射率对长沙地区低温粮仓屋顶最佳保温隔热层厚度和经济性有较大影响,双层通风屋顶可以减小屋顶最佳保温隔热层厚度,长沙地区低温粮仓可采用双层通风屋顶和高反射率的屋面隔热涂料降低粮仓能耗,减少因能源消耗而引起的环境污染问题。长沙地区低温粮仓普通屋顶挤塑聚苯乙烯和膨胀聚苯乙烯最佳保温隔热层厚度为0.106~0.183 m,生命周期内最大净现值为417~633.38元/m2,投资回收年限为2.39~2.96 a。低温粮仓屋顶最佳保温隔热层厚度随屋顶外表面太阳辐射反射率的增大而减小,双层通风屋顶可以减少屋顶保温隔热层投资回收年限。该屋顶最佳保温隔热层厚度确定方法对于指导低温粮仓屋顶保温隔热设计具有一定指导意义。     

纤维诱导对乳清浓缩蛋白起泡性的改善作用分析

纤维诱导对乳清浓缩蛋白(WPC)起泡性具有明显的改善作用。通过向乳清浓缩蛋白中添加一定量成熟的纤维,研究热处理过程中纤维诱导对乳清浓缩蛋白起泡性的影响。结果发现,纤维诱导的乳清浓缩蛋白起泡性远高于乳清浓缩蛋白自发形成纤维的起泡性。在诱导过程中,纤维可以快速提高乳清浓缩蛋白的起泡性,尤其在诱导前期(0~2 h);纤维诱导乳清浓缩蛋白1 h和2 h的起泡能力分别是乳清浓缩蛋白自发形成纤维的1.36倍和1.41倍。成熟纤维可快速诱导乳清浓缩蛋白形成纤维,提高聚合速率并缩短纤维形成时间。同时,聚合驱动力也在诱导前期(0~2 h)快速变化,加速纤维形成。     

覆盖物对冻融土壤热量空间分布与传递效率的影响

为了明确覆盖物对冻融土壤热量传递阻碍作用的机理和特性,基于冬季大田试验(2016年11月1日—2017年4月30日),设置裸地、自然降雪覆盖、5 cm秸秆覆盖+自然降雪、10 cm秸秆覆盖+自然降雪4种处理,分别测定了不同处理条件下10、20、30、40、50、60、70、80、90、100 cm深度的土壤总含水率、液态含水率和温度等数据,计算了不同处理条件下冻融土壤的热容量、相变热量和热量变化量等相关参数,进而分析了覆盖物对冻融土壤热量空间分布和传递效率的影响。结果表明:试验期30 cm深度范围内土壤热量交换量占比较大,不同时期内热量变化占比可达54.57%~81.17%;在冻结期4种处理条件下,土壤热量传递整体呈现出热量散失的趋势,在融化期4种处理条件下,土壤热量传递整体呈现出热量吸收的趋势;自然降雪覆盖、5 cm秸秆覆盖和10 cm秸秆覆盖对于热量传递的影响率分别为17%、8%和17%;4种处理条件下土壤热量无变化时间段均较长,分别为29.17%、39.41%、43.33%、50.88%。     

3D格子Boltzmann传质模型模拟生物膜降解有机污水

以膜生物法有机污水处理为研究背景,将3D格子Boltzmann传质模型与多孔介质四参数随机生成法耦合,获得生物膜多孔介质详细的孔隙分布,进而对反应器内生化降解反应过程进行模拟计算。研究分析了生物膜孔隙率及孔隙分布对流动传质及生化反应性能的影响,并与试验结果比较证明了模型的可行性。结果表明:各方向生长概率p1-14=0.005,随着生物膜孔隙率增大,反应器内底物降解效率先增大后减小,且在孔隙率ε=0.5时达到最大,50.97%;孔隙率ε=0.5时,改变各方向生长概率重构获得5种不同结构生物膜,其降解效率随之改变,生物膜为结构1(p_(3-4)=0.01,p_(1,2,5-14)=0.005)时,底物降解效率最高,52.54%。因此,3D格子Boltzmann传质模型可用于膜生物反应器内的流动传质及生化反应过程的模拟,研究结果将对反应器的优化具有一定的指导作用。     

覆膜和灌水量对农田水热动态和制种玉米生长的影响

覆膜和节水灌溉是我国西北旱区应对水资源短缺、提高作物水分生产率的主要措施。为了探索覆膜与灌溉制度对农田水热和制种玉米生长的综合影响,揭示农田耗水及水分利用效率的变化规律,于2017年在中国农业大学石羊河流域农业与生态节水试验站进行了制种玉米田间试验,设置覆膜与水分2个控制因素,覆膜分别为完全覆膜(M1)与不覆膜(M0)2个水平,水分设置W1、W2、W3、W4和W5 5个水平,分别为当地传统灌溉定额的100%、85%、70%、55%和40%,灌水方式为滴灌,共10个处理。结果表明:相同灌水条件下覆膜相对于不覆膜处理,可减少棵间蒸发,增高生育前期土壤温度,使株高和叶面积指数的增长速率高于不覆膜,提前7~10 d达峰值,增产达6.5%~44.6%,水分利用效率提高16.9%~50.4%。但覆膜可阻滞降雨入渗,以单次典型降雨32.4 mm为例,覆膜较不覆膜降雨入渗百分比降低22.4%。相同覆膜条件下,土壤贮水消耗量随着灌水量的减少而增多,因此土壤贮水量随着灌水量的增加而增加。灌水量越多,制种玉米株高、叶面积指数和最终干物质累积量越高,而水分利用效率则越低。覆膜条件下,W1处理产量最高,W3次之,且两者之间无显著性差异,水分利用效率则为W5处理最高,W3次之。M1W3处理可以在保证较高产量的同时,水分利用效率较MIW1提高17.6%。综上,在当地制种玉米生产中,虽然覆膜可能减少地表降水入渗,但可以使生育期提前、减少棵间蒸发,对于节水增产有一定的促进作用。     

含水量和容重对旱地耕层土壤热导率的影响及预测

土壤热导率是研究地表能量平衡和土壤水热运移过程中的一个基础参数。受土壤耕作、干湿交替和根系生长等过程的影响,耕层土壤的含水率和结构呈现较强的变异特征,而目前缺乏关于定量分析耕层土壤热导率变异特征的研究。该研究利用田间定位试验,采用热脉冲技术测定了含水率和容重变化条件下耕层土壤热导率的变异特征,并利用传递函数模型对耕层土壤热导率进行了预测。结果表明:含水率和容重是影响耕层土壤热导率变异的主要因子,而耕作强度和干湿交替是这种变异的关键驱动力;与翻耕和旋耕处理相比,免耕处理提高了土壤容重和含水率,从而增大了土壤热导率;在干湿交替作用下,翻耕后土壤容重逐步增加,耕层热导率也呈现上升趋势,波动幅度与含水率的变化相关。基于含水率、容重和质地信息,土壤热导率传递函数模型可以给出可靠的田间土壤热导率估计值,其均方根误差和平均偏差分别为0.09和-0.01 W/(m·K);考虑耕层土壤容重的动态信息,可以提高该模型预测土壤热导率的准确性。     

聚光集热苦咸水蒸馏装置中含吸光颗粒水体的光吸收特性

传统太阳能蒸馏装置存在传热热阻大,传热换热环节多等缺陷,导致太阳能蒸馏装置热能利用效率低和淡水产量小,鉴于此,该文设计一种新型基于聚光集热的苦咸水蒸馏装置,利用抛物碟式聚光器将入射太阳光汇聚并直接在含有大量黑色多孔颗粒苦咸水体内完成光热转化,克服了传统太阳能蒸馏器光传输方向与热传输方向相反的缺点,减少了装置传热换热环节,使得聚光直接加热苦咸水蒸馏产水得以实现,该文对于装置中实现光热直接转化的水体光吸收特性展开试验测试和理论分析,借助光学积分箱对影响水体模拟受热温升阶段和沸腾蒸发阶段光吸收特性的吸光颗粒粒径、颗粒丰度及光程等因素展开研究。结果表明,含较小粒径吸光颗粒的水体光吸收特性较好,在模拟受热温升过程中,含粒径为0.5 mm颗粒的水体最大光吸收比比含有粒径为1.0 mm颗粒的水体增加9.0%,模拟受热沸腾过程中,丰度为6.7 g/L水体光吸收比是丰度为0.75 g/L水体的4.94倍,且水体光吸收比随沸腾程度呈指数函数变化规律。该研究结果为太阳能苦咸水蒸馏技术的热能高效利用提供参考。