生物质物料热压成型工艺参数的探讨

通过对挤压部件的试验研究,论述了压力、温度和成型过程的滞留时间对螺杆式挤压成型机工作性能和制品质量的影响。在Darnell和Mol公式的基础上,分析了物料塞与螺杆槽壁间的滑动对压力建立的影响。研究指出,压力随滑动量的增加而减少。滑动的存在将减少最大的质量流率,如果已知滑动时的质量流率,则可估算出压力。在螺杆的输送—压缩段对最大轴向压力的测试结果表明,理论估算值与实测值间具有良好的一致性。文中引入了5元素Maxwell模型,阐述了农业废弃物在加热的机筒内压缩时的流变行为及压力分布。借助应力松驰曲线,确定了物料在机筒内的滞留时间。     

交错凸齿式宽苗带小麦精量排种器设计与试验

针对外槽轮式小麦宽苗带排种器排量不稳定和苗带内种子分布均匀性较差的问题,该研究设计了一种交错凸齿式宽苗带小麦精量排种器。通过连续充种分析和排量计算,确定凸齿高度和凸齿角度是影响排量一致性和排种均匀性的关键参数。应用离散元法对上述关键参数进行中心旋转组合仿真试验,结果表明,对排量一致性、排种均匀性影响显著性程度由大到小的因素分别依次为凸齿角、凸齿高、作业速度,且均具有交互影响。借助响应面分析,得出凸齿高5 mm、凸齿角75 °时的排量一致性和排种均匀性较优,平均变异系数分别为2.27%和7.61%。对该参数组合排种器进行样机试制,并进行台架试验,台架试验结果表明,排种一致性和均匀性变异系数与仿真值误差均低于5%,说明仿真优化结果可靠、准确。田间对比试验结果表明,播量120 kg、150 kg和180 kg/hm²时,交错凸齿式宽苗带小麦精量排种器的播量一致性、纵向播种均匀性和横向播种均匀性变异系数分别较外槽轮式排种器降低0.99、3.01和9.38个百分点,满足小麦宽苗带播种农艺要求。研究结果可为提高排种均匀性的小麦排种装置设计提供参考。     

农林废弃植物粉碎后的压缩特性

将几种农林废弃的植物材料经粉碎后，放在圆筒容器内进行压缩成型过程中，对压力和变形的关系进行了大量实验研究，证实了压力和物料变形的关系服从于关于粉粒状物料压缩的川北模型分式，在此基础上，进一步分析了模型系数与物料参数及压缩成型条件之间的关系，给出了估计模型系数的计算公式。     

压缩状态下玉米秸秆粉粒体大变形有限元分析

为玉米秸秆模压托盘成型模具和相关设备的设计和工艺提供基础的力学数据,需要探明玉米秸秆粉粒体模压过程的成型规律,在分析模压成型原理的基础上,对玉米秸秆粉粒体压块进行了单轴压缩试验,探讨了模压过程中玉米秸秆粉粒体的弹塑性特征。采用有限变形理论,研究并推导了欧拉描述的轴对称有限元模型,编制了大变形有限元分析程序,计算得到了玉米秸秆粉粒体圆柱形试件在压缩率30%时的变形图、等效应变图,以及载荷位移曲线,探讨分析了玉米秸秆粉粒体压缩成型过程的成型特征,并与试验值和小变形计算结果进行了配对 t检验和回归分析。结果表明：1）有限变形数值解与试验结果最接近。2）采用大变形有限元模型进行计算时,加载步长为0.01,而小变形为0.0001;有限变形解和小变形增量解与试验曲线的决定系数分别为 R2=0.9855和R2=0.9398,说明利用大变形进行计算,可以用较大的加载步长,而且得到的结果精度较高。该文研究结果对于深入研究玉米秸秆粉粒体的模压工艺,实现工艺和装备的优化设计提供了技术基础数据。     

滴灌压差施肥系统灌水与施肥均匀性综合评价

为优化滴灌压差施肥系统的设计与运行,通过田间试验综合评价了施肥罐两端压差(0.05、0.10、0.15、0.20和0.25 MPa)和管道布置方式(纵向一端、纵向中间、横向一端和横向中间供水)对系统灌水与施肥均匀性的影响。结果表明,施肥罐两端压差与管网布置方式对灌水均匀性的影响均不显著,但管道布置方式对灌水均匀性的影响强于施肥罐两端压差。对于纵向一端和纵向中间供水,施肥罐两端压差对施肥均匀性的影响达到显著水平(P0.05),而横向一段和横向中间供水时施肥罐两端压差对施肥均匀性影响不显著。总体而言,滴灌压差施肥系统灌水均匀性优于施肥均匀性,横向供水方式均匀性高于纵向供水方式。为了同时保证滴灌压差施肥系统灌水与施肥的均匀性,建议优先采用横向供水管道布置方式,同时尽量降低施肥罐两端差压,延长系统施肥时间。     

横流循环式烘干机气流分布均匀性的试验研究

为了提高物料干燥的均匀性，讨论了横流循环式烘干机的气流分布的均匀性。通过试验获得了物料通风层内气流的分布规律、主要工作参数(物料层通风量、物料层厚度和物料层长度)对气流分布均匀性的影响规律。利用回归方程和复合形法进行参数的优化设计，得出最佳参数组合，并通过试验验证了使气流分布均匀的最佳参数组合。     

植物材料压缩成型时粒子的变形及结合形式

对植物材料压缩成型时粒子的变形及结合形式进行了研究。通过对玉米秸秆等几种农林废弃物的压缩成型、观察测量粒子的二向平均径,研究了二向平均径和各成型条件的关系,给出了植物材料压缩成型过程中粒子的微观结合模型,并运用该模型合理地解释了压缩成型中的一些疑问。     

不同模压成型条件下聚丙烯木塑复合材料性能

为利用农林废弃物和环境保护,以稻秸秆粉、稻壳粉、木粉、竹粉及稻秸秆与木粉的混合粉为填充材料,以PP膜为基体材料,采用层铺模压和混炼模压2种成型方法制备不同填料PP木塑复合材料,对木塑复合材料力学性能和吸湿吸水性能进行测试和分析,用体视显微镜对复合材料拉伸断面进行观察。结果表明,混炼模压成型木塑复合材料力学性能和抗吸湿吸水性能均优于层铺模压木塑复合材料,且混炼模压PP木塑复合材料填充材料与基体之间混合均匀,两相界面之间结合良好,层铺模压PP木塑复合材料有植物纤维粉和PP基体堆积现象。稻秸秆粉制备的PP木塑复合材料综合力学性能较好,竹粉PP木塑复合材料力学性能较差,模压前混炼对PP木塑复合材料吸湿、吸水性有较大的改善作用。该研究可为利用废旧塑料膜作基体制备木塑复合材料的研究与生产提供参考。     

徐州矿区充填复垦土壤特性实验研究

为了研究矿区复垦土壤的特性、环境质量状况,探寻矿区特殊生态环境中的污染物料的时间路径、人工土壤的质量品质,为煤矿塌陷区的充填复垦、环境治理提供依据,采用对复垦场地进行实验研究和数据分析的方法,对不同物料充填复垦场地的土壤特性进行比较分析。结果发现：①土壤环境：从渗透性来说,矸石复垦场地的保水性高于粉煤灰复垦场地,土层的保水性高于充填物料层的保水性;从土壤紧实度来说,粉煤灰充填复垦场地充填物料层的紧实度低于土层的紧实度,但都在适宜作物生长的范围内;比照地的土壤紧实度偏高;粉煤灰充填场地的土壤偏碱性;②土壤品质：粉煤灰充填土壤能够正常种植小麦、稻、草本的植物、蔬菜等;粉煤灰充填场地的土层虽然是沙土,但比较容易板结,不利于水分的渗透,而底层的粉煤灰保水性比较差;煤矸石充填复垦场地表层覆土厚度不均匀,且煤矸石保水保肥性比较差;③充填土壤的适种性和产量分析：粉煤灰回填的土壤适合草本蔬菜类植物的种植,单产与正常产量相当;对于种植稻的田块,保持正常的单产水平;种植小麦的产量受到影响。     

玉米秸秆振动压缩过程的应力松弛试验

中国玉米秸秆资源非常丰富,由于本身松散、密度低的特点,其贮运成本较高,压缩致密是解决这一问题的最有效方法。在压缩过程中,玉米秸秆表现出的流变特性造成能耗高、压缩设备关键部件磨损严重以及生产率较低的问题,是制约其推广应用的主要瓶颈。针对这些问题,该文将振动引入玉米秸秆的压缩过程中,在自行设计的振动压缩试验系统上进行了揉碎后的玉米秸秆叠加振动与不加振动压缩应力松弛的试验研究,利用MATLAB软件的2阶指数方程对试验数据进行拟合,得到玉米秸秆振动压缩过程的2阶Maxwell应力松弛流变模型参数,其拟合度均大于0.9。基于流变模型,对应力松弛速率、应力松弛时间参数进行了分析,其结果为：压缩过程叠加振动,能够提高应力松弛速率、降低应力松弛时间以及成型块内部的残余应力,从而可降低再次压缩的压缩阻力、提高产品质量以及生产率,为解决现有成型设备高能耗低效率等问题提供了新的途径。     

尾矿库坝体加高方案排水分析

采用有限元计算分析软件ADINA,建立加高方案渗流分析模型,对渗流场进行数值分析。通过反演分析得到的材料渗透系数远大于室内试验值,加高后浸润线普遍升高。由实测水头值反演获得的渗透系数综合考虑了工程现场条件,此渗透系数作为加高方案的材料渗透系数是合理的。加高后尾矿坝浸润线升高,必须加强防渗排水措施,最好在加高后加设浸润线观测措施。     

牛蒡微粉加工工艺参数试验研究

在对牛蒡微粉加工中影响因素进行单因素试验及分析的基础上，采用二次回归正交试验设计，研究了球磨机转速、研磨时间、粉碎介质填充率和物料填充率等因素对粉体粒度、单位粉体耗能等指标的影响，建立了各指标与试验因子间关系的回归数学模型。利用多目标非线性优化方法，确定了优化指标的工艺参数组合为：行星球磨机转速为272 r/min，研磨时间为85 min，介质填充率为12%，被粉碎物料填充率为13%，此时最低耗电量为0.002 kW·h/g。研究所确立的牛蒡微粉加工优化工艺参数对牛蒡微粉加工具有指导意义。     

Morphology and physical properties of soil material in cryogenic cracks of permafrost-affected meadow-chernozemic soils of the Trans-Baikal Region

Meadow-chernozemic soils (Turbic Chernozems Molliglossic) in the western Trans-Baikal Region are dissected by large cryogenic cracks penetrating to the depth of 100–120 cm and filled with humified material. The depth of humus pockets is 50–80 cm, and their width in the upper part is 50–90 cm. The lower boundary of most of the humus pockets lies at the depth of 60–70 cm. The development of cryogenic cracks proceeded due to their penetration into the frozen ground, which is evidenced by their sharply narrowing lower part. The fraction of physical clay (<0.01 mm) constitutes a considerable part of the material filling the cracks, which explains the significant humus content in this material. The contents of humus and adsorbed bases sharply decrease down through the soil profile in the soil mass between the cracks and remain relatively stable in the material filling the cracks. The soil mass in humus pockets is less compact that that in the background soil mass at the same depth, which is explained by the higher humus content in the pockets. Humified soil material in the pockets is also characterized by a higher porosity and, hence, higher water permeability than the surrounding soil mass.     

不同水灰比的牛顿型水泥浆液流变性随时间变化规律

水化时间与水灰比对水泥浆液流变性有重要影响,进而决定浆液在岩土体中的运动扩散效果。为研究水化时间与水灰比综合作用对牛顿型水泥浆液流变性的影响作用,以目前实践工程中广泛应用的普通硅酸盐水泥浆液为研究对象,采用NXS-11A 型旋转黏度计对水灰比为1.5、2.0、5.0、10.0的水泥浆液分别在0、5、10、20、30及60 min 6个水化时间的流变性进行了试验研究,并探讨了水化时间、水灰比及其综合作用对牛顿型水泥浆液流变性的定量变化规律。研究结果表明：水化时间、水灰比均对牛顿型水泥浆液动力黏度具有显著性的影响,牛顿型水泥浆液动力黏度随水化时间表现为增长的变化趋势,而随水灰比则呈现为下降的变化规律;指数模型是反映水化时间与水灰比综合作用对牛顿型水泥浆液动力黏度定量变化关系的较优模型,由其得到的理论值与试验值间的误差均在10%以内,而由线性、对数与幂函数3种模型得到的理论值与试验值间有80%的误差都大于10%;并以此构建了考虑水化时间与水灰比综合作用的牛顿型水泥浆液流变方程。研究结果对水泥浆液流变性理论的发展和完善具有一定的理论意义,也可为建筑物基础托换、隧道堵水防渗、基坑加固、地质灾害防控、农业水土保持等实际工程应用提供一定的技术支撑。     

油菜小麦兼用气送式集排器搅种装置设计及充种性能试验

针对小麦种子在气送式集排器供种装置中因流动性差导致充种能力不足的问题,设计了一种可提高小麦充种性能的搅种装置。该文分析了搅种装置影响充种性能的主要因素,确定了搅种齿与搅种轴的主要结构参数,并构建了种子在搅种装置作用下的充种力学模型。应用EDEM仿真分析了搅种装置安装位置对种群压力、种群与供种机构切向力和型孔充种数量及其变异系数的影响;台架试验研究了搅种齿结构及其排布对充种性能和搅种装置与供种机构转速比对供种性能的影响。结果表明：安装搅种装置能明显增加种群压力、切向力、型孔充种数量、充填角和充种合格率。搅种齿长度显著或极显著影响充填角和型孔充种数,搅种齿排列方式显著影响型孔充种数。研究得出影响充填角和型孔充种数的主次因素为：搅种齿长度>排列方式>搅种齿形状。在搅种齿形状为圆柱形,搅种齿长度为6 mm和双螺旋排列方式条件下,充填角、型孔充种数和充种不合格率分别为78.20°、1.73和0.69%。供种速率随锥孔轮数量、转速比和转速增加而增加,在转速为20～40 r/min条件下,选择锥孔轮数量为6和转速比为1.154优化组合时,供种速率及其变异系数分别为690～1340 g/min和0.23～0.80%。该研究为搅种装置结构改进和供种装置充种性能的提高提供了参考。     

基于卸料流态模拟与观测的储粮仓壁动态压力增大机理研究

粮食筒仓在卸料过程中产生的动态侧压力是筒仓破坏的重要原因。该文基于室内粮食筒仓卸料模型试验,利用高速摄像仪拍摄筒仓中心卸料的全过程,运用图像处理技术分析贮料的流动形式,并测量卸料过程中产生的动态侧压力。在此试验的基础上,利用颗粒流程序PFC3D(particle flow code in 3 dimensions)进行数值模拟,追踪特定颗粒的运动情况。通过比较试验与数值模拟结果,从流态方面探索深仓中心卸料时超压现象产生的机理。研究表明:筒仓在卸料过程中动态侧压力在测点深度4 m的位置达到峰值15.92 kPa。卸料时存在着整体流动和管状流动2种流动形式,2种流动形式的混合区域主要分布在高径比约为1的高度位置,即中上部贮料进行整体流动,底部贮料进行管状流动,且底部贮料流动速度大于中上部贮料的流动速度。在2种流动形式混合区域容易产生承压拱,承压拱的存在阻碍了中上部贮料的正常流动,导致在该区域内产生明显的超压现象,最大超压系数达到2.5。通过研究筒仓在卸料过程中动态压力的增大机理,可为筒仓的安全设计提供参考。     

采煤塌陷地复垦土壤质量研究进展

土地复垦是补充耕地的重要措施，同时也是改善煤矿区生态环境的主要途径。该文对复垦土壤质量进行了综述，主要对土壤重构的方法；重构土壤的物理、化学性状的变化；重构土壤生物活性等方面进行分析。目前土壤重构的方法分为充填重构和非充填重构，非充填重构包括土地平整、修筑梯田、挖深垫浅、深沟台田等方法；充填重构根据充填材料的不同分为粉煤灰、煤矸石、河湖泥和垃圾充填。重构土壤的理化性状的变化主要集中在土壤容重、含水率、结构和主要养分变化的研究上，在粉煤灰、煤矸石充填的土壤上有重金属污染的可能性。部分研究证明重构土壤的微生物     

喷灌与地面灌溉条件下冬小麦籽粒灌浆过程特性分析

为比较喷灌和地面灌溉条件下冬小麦籽粒灌浆过程特性的差异,进而探讨喷灌对作物产量形成的影响机制,该研究以百农矮抗58为试验材料,采用大田试验的方法,应用Richards模型对喷灌和地面灌溉条件下冬小麦强势粒、弱势粒的籽粒灌浆过程进行了模拟。建立在Richards模型基础上的籽粒生长分析显示：与地面灌溉相比,喷灌处理使冬小麦强势粒、弱势粒的千粒质量均显著性提高。灌浆特征参数的比较表明,喷灌处理使冬小麦强势粒、弱势粒的起始势增强,到达最大灌浆速率的时间提前,平均灌浆速率和最大灌浆速率均增大。阶段灌浆特征参数的比较表明,在籽粒灌浆的前期,喷灌处理使冬小麦强势粒、弱势粒的灌浆持续期缩短,平均灌浆速率增加;在籽粒灌浆的中期和后期,喷灌处理使强势粒的灌浆速率均得到了提高,但对其灌浆持续期没有显著影响,使弱势粒的灌浆持续期均延长,灌浆速率均得到了提高。总体上讲,喷灌处理对弱势粒粒质量的影响程度大于强势粒,表明喷灌提高冬小麦的千粒质量主要是通过提高弱势粒的千粒质量来实现的。     

有机肥生产中的多段式搅龙设计与性能试验

为解决有机肥生产过程中的堵料、物料混合不均匀和尾端积料等问题,设计了一种多段式搅龙,其主要由伸缩扒齿、进料段、变径送料段、大径送料段、出料段和反旋向段等组成。该文确定了伸缩扒齿偏心、搅龙变径和尾端反旋向等主要结构参数,明确了物料混合均匀性、抗堵料和防积料性机理,利用EDEM软件对多段式搅龙和传统搅龙进行性能对比试验和分析,并进行了样机试验。试验结果分析表明:当物料的混合均匀度标准差达到0.2时,多段式搅龙需要输送的距离是传统搅龙的0.6倍,传统搅龙的标准差最小值较多段式搅龙内的标准差最小值增大0.042;在进口处的填充度相等的情况下,物料输送过程中多段式搅龙内的填充度会逐渐下降(趋于0.222),多段式搅龙内的填充度变化幅度为38.1%,而传统搅龙内的填充度保持不变;多段式搅龙装备比传统搅龙装备输运效率提高了20%。研究结果可为有机肥生产装备的设计提供参考。     

植穴控制体对盐渍土水分运移的影响

该研究旨在探讨以植穴控制体作为调控水分运移的基本单元,以提高盐渍土造林成效及土地使用价值。结合土柱微宇宙试验控制技术,选取植穴控制体（PHCB）的结构因子（木本植物、植穴袋材料、覆膜材料配比、填充材料配比及填料厚度）和环境因子（地下水矿化度、土壤质地、补水量）为影响因素,设计U12(12×43×34)的混合均匀试验。经回归分析筛选出PHCB最佳结构设计参数,建立植穴控制体结构因子和环境因子与含水率间关系的预测方程。分析结果显示：当每次补水量达到5.06 mm,土壤质地为轻黏土的环境条件下,木本植物选择紫叶李、植穴袋材料为麻布、PVA（polyvinyl alcohol）/VAE（vinyl acetate-ethylene copolymer emulsion）/蒙脱石的体积比按100︰20︰10配制成覆膜材料,秸秆、枯枝落叶和木屑以质量比1︰1︰2混合制成填料,可使植穴袋内的土壤含水率提高48.83%。而环境因子的地下水矿化度及结构因子填料厚度对植穴内水分运移的影响均不显著。PHCB可以有效调控盐渍土水分运移过程,是一种盐渍土生态修复方法。