热风干过程中风干肉水分的迁移

为阐明热风干过程中风干肉水分迁移机制,利用氢质子低场核磁共振弛豫研究热风干过程中(温度35℃、湿度60%、风速3 m·s^-1)风干肉内部和外部中水分迁移及水-蛋白相互作用模式。结果表明,在风干过程中风干肉中水分的主要存在形式为不易流动水,其不断从肌原纤维网络内迁移到网络外,水分含量显著下降。风干肉外部中结合水、不易流动水和自由水的弛豫时间均显著下降(P < 0.05),表明风干肉外部中水-蛋白相互作用模式发生改变。而风干肉内部中结合水和自由水的弛豫时间无显著变化(P > 0.05),表明风干过程中风干肉内部和外部中水-蛋白相互作用不同,风干肉表皮的温度较内部温度高,且表皮水分含量下降速度较内部的水分含量下降速度快,导致了硬壳的形成。综上所述,风干过程中风干肉外部的温度高且水分脱除快,导致了风干肉内外部中水-蛋白相互作用不同。本研究结果为调控风干过程中水分迁移速度,实现风干肉工业化加工提供了理论依据。     

含水率对玉米果穗抗压特性的影响

为研究玉米果穗的抗压特性及破裂机理,探索含水率对玉米果穗抗压特性的影响,该文先分析了玉米果穗的生物特性,然后选取2个品种的玉米果穗,含水率处理至5个标准,在电子万能试验机上进行了静态压缩试验。试验结果表明:玉米芯含水率对玉米果穗抗压特性有极大影响,含水率低于13%时,随着含水率的降低果穗抗压能力小幅度增强;含水率在13%~25%内,随着含水率的增加果穗抗压能力增强;含水率高于25%后抗压能力急剧减弱;含水率为25%时玉米果穗抗压能力最强;玉米果穗的破裂是由内向外逐步破裂的过程,在受压过程中,芯髓最先破裂,随后木质环形体破裂,木质环形体是玉米果穗抗压的主要部位;玉米果穗在受压过程中存在籽粒脱落的现象,对玉米果穗施加的载荷值低于610 N不仅可以防止果穗断裂而且有利于脱粒。该研究结果可为玉米不断芯脱粒的进一步研究提供参考。     

熟肉真空冷却过程中水分迁移理论分析和实验

真空冷却过程是复杂的相变传热传质过程.该文在能量和质量守恒理论的基础上,经过适当的简化,建立熟肉真空冷却过程中水分迁移的数学模型来分析水分迁移机理.利用圆柱形熟肉块的真空冷却实验来验证真空冷却过程中水分迁移的数学模型以获得真空冷却过程中熟肉的温度和压力的变化.结果分析发现:温度的模拟结果与实验数据基本一致,最大误差在5%以内,这表明此模型能够很好地预测真空冷却过程中熟肉内部的温度和压力分布.而且,通过模拟结果和实验数据可以得知:真空冷却过程中水分从熟肉内部向外部迁移的主要驱动力是熟肉内部之间的压差以及熟肉与真空室内之间的压差.因此,在实际应用过程中,为了提高真空冷却速率,应尽可能降低真空室内的压力以增加水分迁移的驱动力.     

熟肉真空冷却过程中水分迁移理论分析和实验（简报）

真空冷却过程是复杂的相变传热传质过程。该文在能量和质量守恒理论的基础上,经过适当的简化,建立熟肉真空冷却过程中水分迁移的数学模型来分析水分迁移机理。利用圆柱形熟肉块的真空冷却实验来验证真空冷却过程中水分迁移的数学模型以获得真空冷却过程中熟肉的温度和压力的变化。结果分析发现：温度的模拟结果与实验数据基本一致,最大误差在5％以内,这表明此模型能够很好地预测真空冷却过程中熟肉内部的温度和压力分布。而且,通过模拟结果和实验数据可以得知：真空冷却过程中水分从熟肉内部向外部迁移的主要驱动力是熟肉内部之间的压差以及熟肉与真空室内之间的压差。因此,在实际应用过程中,为了提高真空冷却速率,应尽可能降低真空室内的压力以增加水分迁移的驱动力。     

相对湿度对胡萝卜热风干燥过程中水分迁移和蒸发的影响

为揭示相对湿度对胡萝卜热风干燥过程中内部水分迁移和表面水分蒸发的影响,以及物料表面结壳的成因,该研究在干燥温度60 ℃、风速3.0 m/s时,研究了恒定相对湿度（relative humidity,RH）（20%、30%、40%和50%）、第一阶RH 50%保持不同时间（10、30、60和90 min）而后降为20%,以及基于物料温度自动控制相对湿度干燥条件下的内部水分迁移量（D）、表面水分蒸发量（E）、表面水分累积量（Q）、物料微观结构和复水率。结果表明,恒定RH干燥条件下,D随干燥时间逐渐增大而后趋于稳定,E随干燥时间逐渐增大而后降低。RH越高,物料升温速率越快,D越大;RH越低,E越大。RH为20%、30%和40%时,Q=0的时间分别为1.11、1.36和1.70 h,并在此时刻之后物料表面出现明显结壳现象,且RH越大,出现结壳时机越晚;RH为50%时未出现Q<0,可能未出现明显的结壳现象。Q>0时,干燥速率与Q值变化趋势一致;Q<0时,对应干燥速率减小。RH为50%保持30 min后降为20%时,Q=0的时间为1.39 h,相对于RH 20%的干燥条件能够提高物料温度和内部水分迁移速率,延迟结壳发生的时机,干燥时间缩短了18.5%。自动控湿干燥条件下,Q在0～0.25 h内迅速增大,对应干燥速率迅速升高。在0.25～0.50 h内逐渐下降,在0.78～2.00 h内,Q值共出现3个零点,且在Q=0处上下波动。此RH调控方式使得内部迁移至表面的水分会及时蒸发,并未在表面产生积累,对应物料温度呈现出阶梯上升的变化趋势,延缓了结壳出现时间,保留了较多的水分迁移孔道,干燥时间最短,为6.1 h,复水比最高为(4.39±0.07) g/g,收缩率最低为28.55%±1.71%,为最优的阶段降湿干燥方式。研究结果对于分析水分的内部迁移和表面蒸发过程,表面结壳的成因及优化调控相对湿度控制方式提供了理论依据和技术支持。     

基于SwinT-YOLACT的玉米果穗实时实例分割

玉米果穗的表型参数是玉米生长状态的重要表征,生长状况的好坏直接影响玉米产量和质量。为方便无人巡检机器人视觉系统高通量、自动化获取玉米表型参数,该研究基于YOLACT（you only look at coefficients）提出一种高精度-速度平衡的玉米果穗分割模型SwinT-YOLACT。首先使用Swin-Transformer作为模型主干特征提取网络,以提高模型的特征提取能力;然后在特征金字塔网络之前引入有效通道注意力机制,剔除冗余特征信息,以加强对关键特征的融合;最后使用平滑性更好的Mish激活函数替换模型原始激活函数Relu,使模型在保持原有速度的同时进一步提升精度。基于自建玉米果穗数据集训练和测试该模型,试验结果表明,SwinT-YOLACT的掩膜均值平均精度为79.43%,推理速度为35.44帧/s,相较于原始YOLACT和其改进算法YOLACT++,掩膜均值平均精度分别提升了3.51和3.38个百分点;相较于YOLACT、YOLACT++和Mask R-CNN模型,推理速度分别提升了3.39、2.58和28.64帧/s。该模型对玉米果穗有较为优秀的分割效果,适于部署在无人巡检机器人视觉系统上,为玉米生长状态监测提供技术支撑。     

挂面干燥过程水分迁移规律及其对产品质量影响研究

为揭示挂面干燥过程水分状态、含量动态迁移规律,阐明干燥条件对水分动态迁移过程的影响,探讨挂面干燥过程水分动态迁移规律及其与产品质量的关系,本试验以小麦品种永良4号为原料,设计干燥温度(30、40℃)、相对湿度(65%、75%、85%)两因素不等水平全排列组合试验;利用“食品水分分析技术平台”实时监测干燥过程水分状态动态变化,并测定干挂面收缩率及抗弯曲特性。结果表明,不同干燥组合条件下,挂面干燥过程水分可区分为强结合水、弱结合水、自由水,横向弛豫时间分别为：T₂₁,0.06～0.187 ms;T₂₂,0.811～5.722 ms;T₂₃,34.305～242.013 ms。干燥过程中,随着干燥时间的延长,T₂₁、T₂₂呈下降趋势,T₂₁较T₂₂更快达到平衡状态;T₂₃呈“下降-上升-缓慢下降”趋势;挂面中强结合水绝对含量(W₂₁)、弱结合水绝对含量(W₂₂)均呈逐渐下降趋...     

玉米功能叶片碳同化物在果穗不同部位籽粒中的分配

利用＾１４Ｃ示踪法研究玉米灌浆期功能叶＾１４Ｃ－光合产物在果穗籽粒间的分配。结果发现,饲喂功能叶半片叶时,＾１４Ｃ－光合产物在果穗各行籽粒中的分布是不均匀的,＾１４Ｃ－光合产物的量在一半果穗中较高,在另一半果穗中较低,有所谓的“半侧分布”现象。当剪掉半片叶再饲喂另外半片叶时,＾１４Ｃ－光合产物在果穗各行籽粒中的分布仍有“半侧分布”现象。     

缓苏过程中玉米颗粒内部水分分布的数学模拟

在平面直角坐标下,利用有限元方法,对玉米颗粒在缓苏过程中的含水量变化进行了数学模拟。玉米颗粒在75℃的热风温度下干燥2小时,然后进行密闭保温缓苏,结果表明:随着缓苏时间的增加,玉米颗粒中心部位的含水量缓慢下降,表面的含水量增加较快,只有次中间部位的含水量变化较小。在玉米颗粒内部,粉质胚乳的平均含水量呈下降的趋势,而角质胚乳和胚的平均含水量是增加的。     

红壤施氮对玉米水分胁迫指数的影响

为了探讨干旱条件下红壤水氮管理措施,在田间遮雨小区设置连续0～32 d不灌水的7个干旱水平和N 0、140、280 kg/hm23个施氮水平的试验,研究了氮肥对夏玉米作物水分胁迫指数(Crop water stress index,CWSI)的影响。结果表明,CWSI可以指示红壤干旱时玉米水分胁迫状况,但增施氮肥后,CWSI与产量的关系发生了偏移。在CWSI低于0.20时,增施氮肥对CWSI无明显影响;在CWSI大于0.20时,增施氮肥使玉米产量下降,高量氮肥还使CWSI上升,作物受旱加剧。说明增施氮肥对CWSI的影响因玉米干旱胁迫程度和施氮量而异。     

玉米摘穗收获机械损伤影响因素分析

针对辊式玉米收获机收获损失大、籽粒损伤高的问题,该文通过理论分析与台架试验相结合的方法对摘穗过程中玉米损伤的影响因素及趋势进行了分析,建立了摘穗时果穗受力的数学模型并分析了各作用力随摘穗辊间隙、果穗直径的变化规律及其对收获损失和籽粒损伤的影响:随着摘穗辊间隙和果穗直径增大,摘穗辊凸棱对果穗的作用力、果穗受到摘穗辊的摩擦力以及果穗大端籽粒所受竖直方向的作用力都呈增大趋势,果穗损伤增加;果穗长度超过175 mm时,随果穗长度增加籽粒损伤明显增大,但果穗长度对籽粒损失无显著影响;摘穗辊转速在650~850 r/min变化时,果穗损伤率和籽粒损失随转速增加呈现先减小后增大的趋势;利用高速摄像技术对果穗的运动分析发现:果穗竖直方向运动速度对果穗损伤无明显影响,但果穗与摘穗辊接触时间越长,越容易对果穗造成损伤。该文通过对机械摘穗损伤机理的分析明确了影响摘穗损伤的主要因素,可为玉米摘穗装置的优化设计提供参考。     

仿生玉米掰穗装置掰穗速度与功耗试验

目前国内外采用的玉米摘穗装置均存在着籽粒破损率高、含杂率高和功率消耗大等问题,为解决上述问题,该文采用模仿人工收获玉米果穗的方式,设计了仿生玉米掰穗装置。首先进行拉力测试试验,分别在静态与动态2种条件下对传统摘穗方式与仿生掰穗方式收获玉米果穗所需力进行测量,验证仿生掰穗方式可行性;然后设计仿生玉米掰穗装置试验台并进行掰穗速度与功率消耗的综合试验,得到掰穗手速度与纯功率消耗的关系。试验表明:静态传统摘穗方式与仿生掰穗方式收获玉米果穗平均所需力分别为435和41.4 N。动态传统摘穗方式与仿生掰穗方式收获果穗平均所需力分别202.5和20.7 N。仿生掰穗比传统摘穗所需力大大减少。与传统玉米收获装置相比(正常工作速度1.2 m/s),该装置功率消耗低,约为36 W,小于传统一对摘穗辊消耗的纯功率(240 W)。该研究为玉米收获机摘穗部件的改进提供了参考。     

上拉茎掰穗式玉米收获台架试验与分析

针对现有摘穗装置存在的果穗啃伤、籽粒损失严重等问题,该文采用了自上而下的掰穗原理,搭建了上拉茎掰穗式玉米收获试验台,进行了摘穗辊转速、两摘穗辊间隙和摘穗辊与水平面夹角对玉米籽粒损失的影响试验;试验中采用高速摄像系统对玉米摘穗过程进行快速捕捉,有助于后期的综合分析。通过单因素试验和方差分析表明,玉米摘穗辊转速对玉米籽粒损失率有显著的影响,在500~1 000 r/min变化范围内,玉米籽粒损失率的变化先降低再升高,700 r/min时损失最小,籽粒损失范围0.22%~0.39%;两摘穗辊间隙在4~12 mm范围内,玉米籽粒损失总体呈下降趋势,间隙为10 mm时损失最小,玉米籽粒平均损失率0.33%,两摘穗辊间隙对玉米籽粒损失率有显著的影响;摘穗辊与水平面夹角对玉米籽粒损失影响不明显。试验结果表明,采用自上而下的摘穗方式能够有效的降低传统摘穗装置果穗啃伤、籽粒损失严重等问题,实现低损伤摘穗。该研究丰富了玉米摘穗理论,为玉米收获机型的研发提供了参考。     

不同玉米果穗位姿与含水率对穗柄断裂特性的影响

为解决现有摘穗机构功耗大、苞叶残留多的问题,该文以手工摘穗为研究模本,提炼出基于果穗位姿变化的穗柄受力断裂模型。以4种不同含水率的收获期玉米为试验材料,以果穗偏转角度为因素,进行了2组穗柄拉伸断裂随机区组试验。结果表明,随着果穗偏转角度增大,穗柄拉断力、断裂拉伸量及苞叶残留率会在一临界角度产生突变;当籽粒含水率分别为34.8%、30.2%、25.1%和20.3%时,该临界角度分别为50°～55°、50°～55°、45°～50°和45°～50°;穗柄偏转达到临界角度后,玉米穗柄拉断力分别降低了80%、86%、84%和80%,断裂拉伸量增加了72%、70%、93%和84%,苞叶去除率增加了41%、34%、32%和36%;结果表明,对茎秆施加拉力时对果穗施加横向载荷,使果穗发生大于临界角度的偏转,可实现低耗摘穗;分析发现,穗柄断裂行为突变的诱因是表层纤维的受力由拉应力变为弯曲正应力,导致裂纹的萌生和扩展机理发生变化。该研究可为新型摘穗机构的设计提供理论依据和数据支撑。     

全膜双垄沟播玉米穗茎兼收对行联合收获机的研制

为适应中国西北旱区玉米全膜双垄沟播种植模式,解决传统玉米收获机械收割过程不对行、玉米籽粒损失率高的问题,设计了一种自走式穗茎兼收型旱区玉米全膜双垄沟联合收获机。该机采用对行式收割割台、立式摘穗辊装置、割台下方中间位置输送玉米果穗、立式摘辊后方设置茎秆切碎装置、机身侧面输送经切碎后的玉米茎秆,实现了旱区玉米全膜双垄沟播种植的对行收割以及穗茎兼收,降低了籽粒损失。田间试验表明,在机具作业速度为3~4.5 km/h、立式摘穗辊转速为1 100 r/min、茎秆切碎装置转速为1 584 r/min时,籽粒损失率为1.8%,果穗损失率2.4%,籽粒破碎率0.77%,茎秆切碎合格率92.6%,苞叶剥净率95.1%,能够满足玉米联合收获技术要求。     

基于通量观测数据的玉米水碳交换量及水分利用效率分析

揭示玉米生长期内水分、二氧化碳交换量及水分利用效率的变化规律,对于认识玉米生长规律,指导农业灌溉具有重要意义。该文采用美洲通量网(Ameri Flux)3个农田通量站的数据,计算玉米生育期内的水分消耗量ET(evapotranspiration)、总初级生产力GPP(gross primary productivity)和生态系统净交换量NEE(net ecosystem exchange)及水分利用效率,并采用统计分析方法分析饱和水汽压差和光合有效辐射对水分利用效率的影响。结果表明,该区域玉米整个生育周期约为156~180 d,ET为440~520 mm,GPP为1 320~1 640 g/m2,以C计,NEE为-560~-620 g/m2,以C计;水分利用效率,NEE/ET为1.2~1.4 g/kg,GPP/ET为3.0~3.5 g/kg。水分利用效率与饱和水汽压差(VPD)成负指数关系,存在常数k使得GPP/ET正比于VPD-k,最优k值为0.42~0.63。水分利用效率与光合有效辐射无显著相关性。     

基于多相机成像的玉米果穗考种参数高通量自动提取方法

实现玉米果穗考种性状的准确、快速获取是提高玉米育种效率的关键环节。该文在前期设计的玉米高通量自动化考种装置基础上,提出了一种基于多相机的玉米果穗考种参数提取方法,通过4个等间隔均匀分布的摄像头同时获取果穗4个方向图像,针对每副图像分别经过背景去除、投影模型构建、籽粒跟踪、考种参数提取等处理,最后根据4副图像的处理结果,综合计算穗长、穗粗、平均粒厚、穗行数、行粒数、穗粒数等考种参数。在玉米高通量自动化考种装置的果穗考种模块上进行试验,结果表明,该文所提方法测得的穗长、穗粗、平均粒厚与人工方法测量值之间的决定系数R2分别为0.997 3、0.984和0.941 5,对穗行数、行粒数的测量精度分别为98.63%、95.35%,为玉米果穗考种参数提取提供了一种新思路,为高通量自动考种装置的实现奠定了基础。     

基于压力和图像的鲜玉米果穗成熟度分级方法

为实现鲜玉米果穗成熟度等级的客观评定,提出了基于压力传感器和计算机视觉技术的综合分析方法。研制了玉米果穗成熟度检测装置,提取纹理信息所得惯性矩和压力检测装置所得最大压力值作为鲜玉米果穗成熟度等级评定的特征参数,通过系统聚类分级研究,确定成熟度等级为3级。采用主成分分析法对11个颜色特征进行优化筛选,用第一、二主成分可综合反映11个颜色特征的分级信息,实现了参数的降维。试验结果表明：以最大压力值、惯性矩、颜色特征主成分分析第一、二主成分值作为构建概率神经网络的输入,进行鲜玉米果穗成熟度等级评定,正确率为96.67%。结合压力传感器和计算机视觉技术可实现对鲜玉米果穗成熟度的准确分级。     

基于EDEM-Fluent的玉米储藏立筒仓环流通风与纵向通风仿真分析

为解决立筒仓中纵向通风方式储粮效果不佳,在储粮机械通风过程中存在通风不均匀等问题,该研究结合纵向通风与横向通风的优点建立了环流通风仓模型,应用EDEM-Fluent流固热耦合方法,对相同工况下,储粮仓两种风道结构在机械通风时的速度场、温度场进行仿真对比分析。结果表明：环流通风速度均匀性指数为0.92,纵向通风速度均匀性指数为0.88,相同工况下环流通风气流在粮仓内分布更均匀。在温度场仿真分析中,纵向通风初期入风口附近区域粮堆温度呈梯度下降,明显低于初始温度,上层粮堆由纵向通风引起的热量传递不明显,受仓顶环境温度影响,粮面温度较粮堆内部低;环流通风初期,上层粮堆在环流通风影响下已经开始进行热量交换,产生温度梯度,通风结束后,纵向通风在粮层高度H=0.5 m处,温度维持26.85℃,H=0.8 m处温度降到27.85℃,整体平均温度降至24.77℃,环流通风仓在这两处温度分别为24.85和25.85℃,整体平均温度降至23.43℃,环流通风整体降温效果优于纵向通风;在颗粒温度场仿真分析中,相较于纵向通风,环流通风仓上下部颗粒温度相差较小,整体降温均匀。在不同通风形式下的粮仓各层温度变化规律...