刺罩式土壤蒸汽处理机设计与试验

由于土壤蒸汽消毒法具有消毒速度快、无农药残留及对人畜安全等优点,已成为国内外土传病害防治的研究热点。根据高温蒸汽消毒原理,设计了一种结构简单、操作方便的刺罩式土壤蒸汽处理机,主要由蒸汽管路、升降机构、导轨支架等组成。处理机工作时,高温蒸汽经由带排气孔的刺针通入土壤,对土壤加热并保温一定时间以实现土壤的快速、高效消毒。为验证处理机的消毒效果,选用3种大小不同的植物种子和两种耐热性不同的病原菌菌核作为试验样本来模拟土壤中的杂草种子和病原菌进行土壤消毒试验。试验结果表明:土壤温度加热至80℃,植物种子和病原菌的萌发率随保温时间的延长呈降低趋势;当保温时间达到20min时,可对试验样本的萌发起到很好的抑制效果。     

自走式温室育苗槽基质蒸汽消毒机的设计

为了解决设施农业生产中育苗基质消毒问题,设计了一种适用于温室育苗槽的自走式温室育苗基质蒸汽消毒机,并阐述了其总体配置及主要部件的结构。该机主要由机架、行走装置、消毒装置、动力机构和传输装置等组成,能直接对基质槽中的育苗基质进行消毒,且不用人工把基质搬运到消毒机箱体内,既减轻了劳动强度又缩短了消毒时间。此研究结果可为小型育苗基质消毒机械的设计提供参考。     

桁架式温室育苗槽基质蒸汽消毒机设计

对温室育苗槽基质进行消毒能够解决连作后自毒产物增多、抵抗力下降及病菌传播等问题,可为基质的循环使用提供保障。目前,我国基质消毒存在设备结构简单,人力劳动强度大,作业环境不安全等问题。为此,设计了一种移动式温室育苗槽基质蒸汽消毒机,可将基质槽中基质抛起,同时注入高温气体与基质充分接触,达到消毒的目的。该消毒机设计合理,符合温室育苗槽基质蒸汽消毒要求,能降低劳动强度,具有非常好的发展前景。     

无土栽培基质蒸汽消毒机研究与应用

根据我国设施农业基质消毒设备发展的需要,设计开发了无土栽培基质蒸汽消毒机,主要包括蒸汽制备输送系统、基质搅拌系统、蒸汽消毒机控制系统3大部分.该机消毒效率高,生产率达到2.8m3/h,消毒效果好,通过灭菌检测达到99.9％以上,不需要施用化学药品,保证设施农产品品质,符合环保需要;可改变作物生长的基本条件、基质板结和水气不调的状况,提高设施农产品产量;彻底杀死幼虫、致病细菌等.该机采用拖拉机牵引,可以进行跨区作业服务达到增加收益的目的,市场前景广阔.     

三七温室育苗槽基质蒸汽消毒机的设计

为了解决三七工厂化育苗中的基质消毒问题,设计了一种适用于温室育苗槽的基质蒸汽消毒机,阐述了该机的基本工作原理、总体结构组成及关键部件设计,并采用有限元分析软件对消毒机的核心工作部件抛土刀片进行了静力学分析和模态分析。通过静力学分析,发现抛土刀片工作过程中,其应力主要集中在刀柄根部与刀盘接触的部位,应力最大值为118.62MPa,小于材料的屈服强度355MPa;应力较集中的部位也是应力较大的部位,应变最大值为0.596 48mm;刀片变形量最大的部位是刀片顶端与基质接触的部分,最大变形量为1.637 5mm;通过模态分析,得到刀片前6阶模态的振频和振型,刀片的干扰频率为5 Hz远小于前6阶模态的振频,验证了其设计的合理性。     

粘重土壤下马铃薯挖掘机分离输送装置改进设计与试验

针对升运链式马铃薯挖掘机输送分离装置普遍存在的在粘重土壤条件下升运链长度匹配性不佳等问题,设计了一种适宜粘重土壤的升运链输送分离装置。通过对该输送分离装置及薯土混合物的理论分析,确定了影响最佳薯土分离效果的主要因素,得到影响分离性能的升运链长度范围和抖动器等结构参数;以二级升运链长度、机具前进速度和升运链线速度为试验因素,以明薯率、伤薯率为试验指标进行田间试验,试验结果表明:二级升运链长度为3.1 m、机具前进速度为1.2 m/s、升运链线速度为1.5 m/s时,其明薯率为98.1%,伤薯率为1.1%,高于马铃薯挖掘机的收获作业要求。满足粘重土壤条件下马铃薯挖掘机的作业要求。     

基于脉动燃烧技术的土壤消毒蒸汽发生装置设计与试验

为解决设施园艺土壤蒸汽消毒的蒸汽来源问题,设计了基于脉动燃烧技术的蒸汽发生装置。该装置主要由脉动燃烧发动机和锅体两部分组成,脉动燃烧发动机作为热源,其主体浸没在锅体内部水中。通过功率计算,在饱和蒸汽压力为0.6 MPa条件下满足130 kg/h蒸汽产量需要功率107.12 k W,8组脉动燃烧发动机可以满足功率需求。设计了双化油器脉动燃烧发动机,两只化油器同时进油、进气,通过Y型喉管连接,燃烧室呈圆柱形,尾管由3根螺旋管并联组成。试验结果表明,脉动燃烧发动机在空气中和水中均具有良好的启动性和工作稳定性,在空气中工作频率保持在90.80~90.89 Hz之间,平均频率90.86 Hz,在水中工作频率保持在87.27~87.81 Hz之间,平均频率为87.51 Hz。额定工况和非额定工况下,蒸汽发生装置热效率分别为95.5%、95.8%。额定工况下蒸汽产量150 kg/h、油耗9.7 kg/h、功率110.8 k W、尾气温度108℃、过量空气系数1.026,满足土壤蒸汽消毒蒸汽量的要求。     

大豆蛋白质单螺杆挤压熔体输送段的数值模拟

采用控制容积法,对大豆蛋白质单螺杆挤压的熔体输送段进行了准三维的数值模拟,并考察了工艺参数对挤压过程的影响。研究结果表明,沿流速度呈现明显的拖曳流和压力流复合的特征;无量纲温度及其波动随着螺杆转速的增高而升高,随着含水率的增大而降低;压力梯度有一个沿流向发展的过程;粘度在螺槽横截面上呈现近壁面处小、中间位置大的凸起状分布特性。模拟结果比较真实地反映出大豆蛋白质各个挤出变量的响应规律。     

倒吊桶先导式蒸汽疏水阀的设计与数值模拟

针对高温高压大排量下先导式蒸汽疏水阀噪声高、导阀承压能力低的问题,设计并研制了一种新型超大排量倒吊桶先导式蒸汽疏水阀,建立了其数学模型,并基于节流降压原理设计了两级节流套筒式消声器.以连续性方程、三维雷诺平均N-S方程和基于各向同性涡黏性理论的k-ε方程组成疏水阀内部流动数值模拟的控制方程组,采用结构与非结构网格相结合的有限体积法对控制方程组进行离散,应用CFD软件Fluent对阀内流动进行三维湍流数值模拟计算.结果表明：该先导式蒸汽疏水阀采用倒吊桶疏水阀作为导阀,使导阀最大承压能力由目前的6.3MPa提高到10 MPa以上,最高工作压力8 MPa,排量可达30 t/h.通过对比分析可知：加消声器后,阀内流场变得均匀,实现了压力的渐变,有效防止了空化现象的发生,最大压降由247.7 kPa减小到190.8 kPa,总压降增大了165.6 kPa,压降比由0.18提高到0.56,降噪量为33 dB（A）.     

薯类收获机输送链条清土装置的设计和试验研究

薯类收获机薯土分离装置在作业过程中,栅条容易粘着一层泥土,造成栅条之间的间隙变小,严重影响薯土分离效果,明薯率明显降低。为了解决这一技术难题,设计研制了橡胶圆辊式和螺旋叶片式栅条清土装置,在机具收获作业的同时对输送链条进行清土处理。试验研究表明:没有安装清理装置的栅条粘土厚度达到4.8 5 mm,而安装有螺旋叶片式和橡胶圆辊式栅条清土装置的栅条粘土厚度分别为2.9 0 mm和2.5 5 mm;两种栅条清土装置均具有明显的清理栅条粘土效果,满足实际生产要求,尤其是橡胶圆辊式清土装置对链条之间的粘土有很好的清理效果。     

三七土壤水蒸气消毒针结构设计与试验

针对连作障碍严重制约三七种植可持续发展的问题,设计一种针式水蒸气输出装置,对消毒针的结构参数进行优化,并通过土槽试验进行验证。通过Fluent软件对消毒针内部进行仿真,结果表明,消毒针出口流速、压力增大,出口温度无明显变化。土壤热传导试验表明,在5 min内即可将土壤加热到90℃,土壤加热基本规律为下层土壤加热效率较低、上层土壤加热效率高。为了探究消毒针不同结构参数对土壤升温效果的影响,选取单侧孔口数量、孔口直径和水蒸气出射角作为试验因素,选取土壤升温到90℃所需时间作为试验指标,进行了正交试验,确定消毒针最优结构参数组合为:消毒针单侧孔口数量为4个、孔口直径为2 mm、水蒸气出射角为45°,此时土壤升温到90℃时间最短,为116 s。通过Fluent多孔介质传热仿真得出,消毒针的最佳排布方式为6×6,最佳数量为36根,间距为250 mm。对消毒后的土壤有机质含量及pH值进行检测,表明消毒后土壤环境符合三七生长的环境要求。     

冬小麦不同深度灌水条件下土壤水分运动数值模拟

冬小麦深度灌水可以促进根系深扎,提高水分利用率。为了定量计算深度灌水条件下土壤水分动态,根据冬小麦不同深度灌水试验,用土壤水分运动方程的源项模拟不同深度灌水,建立了冬小麦不同深度灌水条件下土壤水分运动模型,采用有限差分法求解。利用不同深度灌水冬小麦试验数据对模型进行验证,结果表明模型计算的土壤含水率与实测土壤含水率的动态变化趋势一致,二者显著相关,相关系数在0.90以上,模型平均绝对误差最大值为0.023 cm3/cm3,平均相对误差最大值为8.22%,均方根误差最大值为0.03 cm3/cm3。所建模型具有较高的模拟精度,可用于模拟不同深度灌水条件下冬小麦土壤水分分布与动态变化。     

链式深耕机刀具切削土壤数值模拟

为解决南方山区地形复杂问题,研制了一种小型履带式链式深耕机,设计要求是要达到耕深25cm。为此,应用有限元分析理论及Solid Works建立刀具模型,导进ANSYS/LS-DYNA软件中,创建了土壤的几何模型,然后运用该软件对单个刀具切削土壤过程进行数值模拟,旨在揭示单个刀具-土壤的工作机理。同时,对其切削力以及切削深度进行了分析,验证了所研制出的深耕机可以满足25cm的设计耕深要求,而且得到一个周期内刀具切削土壤的Von Mises Stress等效应力云图,为分析切削力及深耕机刀具与土壤相互作用的数值模拟方面的研究提供了参考。     

降雨灌溉入渗条件下土壤水分运动

根据中科院栾城农业生态系统综合试验站和栾城县气象站的常规观测资料，运用SWAP软件对太行山山前平原—河北省栾城县田间土壤水分运动进行了数值模拟。从土壤含水量及土水势等方面，初步分析了降雨入渗补给条件下土壤水分运动的规律，运用实际观测资料与数值模拟结果进行了初步分析，论述了降雨与土壤水、地下水之间的转换关系。通过分析和讨论，探求了大埋深条件下降雨入渗过程，初步揭示了降雨入渗对地下水位变化的影响。     

免耕覆盖条件下田间土壤水分入渗的二维数值模拟研究

根据土壤水动力学基本原理,建立了秸秆覆盖条件下夏玉米SPAC系统中二维土壤水分入渗模型,应用该模型采用ADI法对辽宁地区秸秆覆盖条件下玉米田间土壤水分入渗过程进行模拟计算。模拟结果再现田间土壤水分入渗过程,同时显示产流与未产流情况试验数据与模拟值均有较好的一致性,平均相对误差均在5%以内,所构建模型可用于覆盖条件下土壤水分运动规律的研究。     

多点源滴灌条件下红壤水分溶质运移试验与数值模拟

为了掌握红壤多点源滴灌条件下水分溶质运移规律,为红壤丘陵地区脐橙滴灌灌溉设计和管理提供参考,建立了5个不同红壤容重下滴灌水分和硝态氮运移的数学模型。借助Hydrus-3D模型模拟了不同红壤容重、同一滴头流量和施氮量时土壤水分溶质分布特征和湿润锋推移和交汇过程。模拟结果与试验对比表明:模拟的湿润锋运移交汇过程、湿润体内土壤含水率以及NO_3~--N含量与实测值之间的偏差均在9.5%以内;模拟值和实测值具有很好的一致性,并显示在湿润锋交汇处土壤含水率和NO_3~--N含量低于同一深度滴头下方的土壤,另外高容重红壤阻碍湿润锋的推进速度。总体而言,Hydrus-3D可以用于红壤滴灌施肥灌溉条件下湿润体范围以及水分和氮素运移和分布的模拟。     

冬季田间水热状况的数值模拟

根据土壤冻结过程中水热迁移的基本方程，推导了土壤水热耦合方程，改进了冻结条件下土壤水热迁移问题的求解方法。用该模型模拟了室内土柱冻结试验，模拟结果与试验结果吻合较好，同时计算速度较快。根据地表能量平衡原理、微气象学理论，建立了冻结条件下土壤蒸发模型，将其作为土壤水热迁移的上边界条件，模拟了北京永乐店试验站冬小麦试区１９９５～１９９６年越冬期（１９９５．１２．０１～１９９６．０２．２９共３个月）土壤的冻融过程，模拟结果与实测值基本符合。在模拟过程中，采用有限差分法求解土壤水热运动方程，水、热方程的上边界分别为第二、三类边界。根据模拟结果，分析了越冬期土壤水热状况的变化规律     

一维土壤入渗特性数值模拟

以非饱和土壤水分运动理论基础,利用Richards模型模拟不同实验处理下的一维垂直入渗过程,采用SWMS-1D软件对模型求解,用试验资料对模拟的累积入渗量与湿润锋运移距离结果进行了对比验证,二者基本吻合。对模拟结果分析得出,土壤质地和容重对一维垂直入渗累积入渗量、入渗速率和湿润锋运移距离影响较大,土壤初始含水率和入渗水头对其影响较小;并分别建立了不同土壤质地下的累积入渗量、入渗速率和湿润锋运移距离与入渗历时单参数幂函数计算式。     

秸秆生物反应堆革新技术对蔬菜作物土传病害和土壤环境的影响

秸秆生物反应堆革新技术是在设施蔬菜秸秆生物反应堆技术的基础上,针对技术劳动强度大、人工投入成本较高的推广＂瓶颈＂,对原有技术进行改革创新而成。通过秸秆生物反应堆革新技术在黄瓜生产上的应用,研究该技术在预防土传病害和改良温室土壤环境方面的作用。