果蔬导热系数的测试

果蔬类产品大多具有含水率高的特点,用常规的方法难以测定其导热系数。采用探针法测量了几种果蔬的导热系数,证明了该方法测量时间短,测量过程中试样温升小,测试结果可以准确反映被测物料的实际状态。文中介绍了探针法测量果蔬导热系数的基本原理、测试系统和数据处理方法。     

添加生物质炭对壤土热性质影响机理研究

生物质炭添加对一系列土壤理化性质具有显著影响,然而其对土壤热性质的影响机理仍不明确。本研究结合田间定位试验和室内控制实验揭示了生物质炭添加对壤质土热性质的影响机理。两年田间区组试验中小麦秸秆生物质炭施用量设0 t hm~(-2)、25 t hm~(-2)和50 t hm~(-2)三个水平。使用热脉冲法分别在室内控制土壤含水量和田间自然条件下测定土壤热容量、导热率和热扩散系数。同时测定了不同生物质炭处理下土壤容重、土壤水分特征曲线、孔隙分布以及作物生长季表层土壤含水量。结果表明,生物质炭添加会对土壤热性质产生显著影响,其主要途径为(1)通过降低土壤容重,增加土壤大孔隙,从而显著降低土壤导热率,对土壤热容量和热扩散系数也有降低效应,但受土壤含水量水平影响;(2)通过改变土壤水力学特性,增加土壤含水量,从而提高土壤热容量、导热率和热扩散系数。田间状态下,生物质炭影响土壤热性质的两个途径同时存在而作用相反,综合效应表现为生物质炭添加小区的土壤体积热容量有增加趋势,且与生物质炭施用量有关;生物质炭添加会显著降低土壤导热率和热扩散系数。     

谷物导热系数测试的研究

探讨了热线法测试谷物导热系数的原理和方法。该法测试时间短,试样温升小,测试过程中试样物性变化小,测试结果可准确地反映谷物的实际状况。用所设计的测试系统,测试了几种谷物不同状态下导热系数,取得了满意的结果。     

苹果汁导热系数影响因素的实验研究

由于目前对果汁热物性参数基础研究比较缺乏，本文采用微热探针法测试系统对3～50℃温度范围内不同浓度苹果汁的导热系数进行了系统测试。结果表明，苹果汁的温度和浓度对其导热系数具有显著影响。在相同温度条件下，苹果汁的导热系数与其浓度呈高度线性负相关；相同浓度的苹果汁导热系数与其温度呈高度线性正相关，并得出了苹果汁导热系数关于浓度和温度的二元数学模型，为果汁加工业的相关研究提供了科学依据。     

热敏电阻法测量胡萝卜及马铃薯的热物性

热物性参数的测定对于农产品加工及储藏过程中的数学模拟计算非常重要。在分析微珠状热敏电阻传热模型的基础上,在室温对标准样品(乙二醇、乙醇、氯化钙的水溶液)的热物性进行测定,结果显示,导热系数及热扩散系数的测量值与推荐值之间无显著性差异(p>0.05);热敏电阻法与热探针法对比测定胡萝卜及马铃薯两种农产品的导热系数,结果显示两种方法之间无显著性差异(p>0.05);热敏电阻法与常规计算对比测定胡萝卜及马铃薯两种农产品的热扩散系数,结果显示两种方法之间无显著性差异(p>0.05)。热敏电阻法能够用于小直径农产品热物性的测量。     

日光温室栽培基质有效导热系数预测模型

栽培基质为固流两相组成的多组分材料,其导热系数是日光温室热环境营造过程中重要的热参数之一,在温室地面热量的传输中起着重要的作用。为了预测日光温室生产中栽培基质的有效导热系数,以珍珠岩、蛭石、炉渣、河沙、椰糠、泥炭及腐熟牛粪与花生壳8种常用单一基质为研究对象,首先利用干燥与饱和状态下基质有效导热系数的测试结果,通过复合材料有效特性混合模型的反向计算,确定了8种单一基质的固相导热系数,得到珍珠岩、蛭石、炉渣、河沙、椰糠、泥炭及腐熟牛粪与花生壳的固相导热系数分别为0.058、0.139、0.252、0.817、0.148、0.518、0.262及0.066 W/(m·K);其次,利用复配基质有效导热系数的实测结果,通过复合材料有效特性混合模型的正向与反向计算,明确了组成固相的各组分呈并联关系排列,并确定了复配基质中固相导热系数与基质各组分体积比例的关联;进一步将复配基质在不同饱和度下的有效导热系数实测值与基于6种复合材料导热系数模型理论计算值进行比较。结果表明：并联模型适用于复配基质有效导热系数的理论计算,构建了日光温室栽培基质有效导热系数的预测模型。采用实际生产中常用的4种育苗和栽培基质在不同饱和度下的有效导热系数对所建模型进行检验,模型预测值和实测值的平均相对偏差范围为0.42%～1.76%。基于并联模型构建的有效导热系数预测模型能够较为准确的计算日光温室栽培基质在不同饱和度下的有效导热系数。     

超高压增大食品物料的导热系数

食品物料在超高压下的导热系数是研究超高压加工过程中传热与温度变化的必要参数,但有关超高压下食品物料的导热系数数据和测量方法还十分缺乏。该文基于线热源法设计了适用于超高压力环境下食品物料导热系数的测量探针和聚甲醛样品容器,利用1.5%琼脂凝胶对热探针在25℃不同压力下(0.1~400 MPa)进行标定试验,结果表明测量值与纯水导热系数的参考值非常接近且呈良好的线性相关关系(R2=0.9997),据此得到探针的标定系数为0.9944。在25℃测量了蛋清、蛋黄、火腿肠和奶油在0.1~400 MPa压力下的导热系数值。结果发现:在25℃条件下,超高压下食品物料的导热系数较常压下均有一定程度的增大(最大达到28%),且有随压力增大而增大的趋势;一定压力条件下,食品物料的导热系数随着含水量的增大而增大。建立了25℃条件食品物料在一定压力范围内(0.1~400 MPa)导热系数预测的经验公式,对研究的几种食品物料拟合得到的方程回归系数在0.91以上。     

添加生物质炭对土壤热性质影响机理研究

生物质炭添加对一系列土壤理化性质具有显著影响,然而其对土壤热性质的影响机理仍不明确。本研究结合田间定位试验和室内控制实验揭示了生物质炭添加对壤质土热性质的影响机理。两年田间区组试验中小麦秸秆生物质炭施用量设0 t hm~(-2)、25 t hm~(-2)和50 t hm~(-2)三个水平。使用热脉冲法分别在室内控制土壤含水量和田间自然条件下测定土壤热容量、导热率和热扩散系数。同时测定了不同生物质炭处理下土壤容重、土壤水分特征曲线、孔隙分布以及作物生长季表层土壤含水量。结果表明,生物质炭添加会对土壤热性质产生显著影响,其主要途径为(1)通过降低土壤容重,增加土壤大孔隙,从而显著降低土壤导热率,对土壤热容量和热扩散系数也有降低效应,但受土壤含水量水平影响;(2)通过改变土壤水力学特性,增加土壤含水量,从而提高土壤热容量、导热率和热扩散系数。田间状态下,生物质炭影响土壤热性质的两个途径同时存在而作用相反,综合效应表现为生物质炭添加小区的土壤体积热容量有增加趋势,且与生物质炭施用量有关;生物质炭添加会显著降低土壤导热率和热扩散系数。     

土壤导热率测定及其计算模型的对比分析

土壤导热率是重要的热参数之一,为了获得预测导热率的准确方法,该文对比分析了确定土壤导热率的热脉冲直接测定法和模型间接推求法。根据热脉冲原理在相同体积质量下,测定了不同质地和含水率土壤的导热率值。结果表明在相同含水率条件下,砂粒含量越高,土壤的导热率越大,土壤导热能力越强。利用Horton经验公式对实测值进行了拟合,结果显示Horton经验模型基本可以反映土壤导热率变化特征,并得到了Horton公式经验系数。利用实测值与Campbell模型计算值进行了比较,结果显示Campbell模型计算结果偏差较大,并对其进行了修正。并且用实测值与Johansen模型及其2种改进模型(Coté-Konrad模型和Lu-Ren模型)的计算值进行了对比分析,结果表明Johansen模型计算结果与实测值偏差较大,2种改进型模型的计算结果与实测值更接近。该研究表明土壤导热率可以利用土壤质地、含水率、孔隙度和体积质量进行计算,3种理论模型的计算值与实测值的相关系数均值分别为:0.643、0.937、0.943,推荐使用Coté-Konrad模型和Lu-Ren模型计算土壤导热率,Lu-Ren模型比Coté-Konrad模型的适用范围更广。     

玉米热风干燥中对流换热系数和当量导热系数的确定

以玉米作为热风干燥物料，在垂直热吹风干燥实验中，建立了干燥速率与对流换热系数的关系式。提出了由干燥速率来确定热风与玉米的对流换热系数，进而求取厚层玉米当量导热系数的实验方法     

生物质热解固体热载体高温烟气加热装置设计与试验

固体热载体加热生物质是生物质热解制取生物油的工艺手段之一。为解决固体热载体间接加热方式升温慢、效率低问题,设计了一种流化床生物质燃烧的热烟气直接加热固体热载体装置,分析了其结构与原理,开展了固体热载体升温性能和流化床燃烧器的燃烧特性试验研究,并对试验结果进行了热平衡分析。结果表明:流化床高温烟气加热陶瓷球热载体的平均热能利用率为66.3%,流化床燃烧生物质粉产生的高温烟气能够满足热载体加热装置对热源的需求,热载体加热器内的热量传递方式主要是对流换热。陶瓷球热载体与加热器内高温烟气的对流传热系数为475 W/(m~2·℃)。研究对结果对解决生物质热解液化技术中的固体热载体加热升温关键问题具有重要指导意义。     

日光温室保温被传热的理论解析及验证

为掌握日光温室保温被的传热及其保温特性,该文运用传热学理论,建立了模拟辐射、对流以及导热等形式的传热方程,在此基础上构建了日光温室保温被这类厚型覆盖材料的传热理论模型,编制了计算机程序。该模型通过对保温被内、外表面与环境间的有效辐射、投射辐射的分析,来确定辐射换热量;根据能量平衡的原理,建立了保温被表面通过对流传热、辐射传热的传热量与内部传热量之间的关系。所建立的计算方法与程序可根据覆盖材料的红外辐射特性、导热系数、覆盖层的构造参数及工作环境等条件,定量分析保温被覆盖层的传热,计算其传热量及传热系数值。试验测试结果表明,保温被的传热量及传热系数的理论计算值与试验测定值较为一致,该文的方法为保温被一类厚型覆盖材料提供了保温性定量分析评价的理论手段。     

Estimation of active soil microbial biomass by mathematical analysis of respiration curves: Development and verification of the model

A new method is proposed for estimating the amount of biomass that is capable of directly metabolizing a given substrate. A sample, containing a given amount of active biomass is amended with the substrate and oxygen uptake monitored continuously for 120 h. From this information, supplemented by the substrate removal curve, the time-course of the biomass may be calculated. This calculation is based on a set of four biokinetic equations comprising of the following arbitrary constants: maximum specific growth rate, substrate affinity, biomass growth yield coefficient and biomass maintenance coefficient. In this paper, the validity of the method is verified for liquid axenic cultures and mixed cultures. The method is also shown to be applicable to soils amended with acetate or glucose.     

生物质闪速热解挥发特性的模型研究

该文利用Arrhenius一级反应动力学模型来研究生物质闪速热解挥发特性。通过理论计算,得到了模型的表观活化能和频率因子动力学参数。通过在层流炉上进行的多种生物质闪速热解挥发实验,并利用灰分示踪法计算得到了挥发百分比实验数据。实验数据与模型比较,表明实验数据与理论模型吻合很好,对不同生物质而言只是模型中的表观活化能与表观频率因子动力学参数值有差异,该模型可以用来描述生物质闪速热解特性。     

基于热重法的生物质工业分析及其发热量测定

为了比较不同种类生物质的燃烧特性,丰富热重分析技术的应用方向,该文采用热重分析技术对农业剩余物、林业剩余物和工业加工废渣的代表性生物质进行了空气气氛下不同升温速率的燃烧特性试验研究。研究表明:3种类型生物质的燃烧过程均包括4个主要阶段:水分蒸发阶段、挥发分析出及燃烧阶段、固定碳燃烧阶段、燃尽阶段。该文提出1种确定样品工业分析值的方法,即热分析曲线法,并推荐应用20℃/min升温速率下的热分析曲线图来计算确定。同时还提出1种差热分析法,用以计算生物质样品发热量,分析发现,农业秸秆类剩余物适用于20℃/min的升温速率,木屑和甜高粱渣适用于5、10℃/min的升温速率。该文提出的计算工业分析值的热分析曲线法与计算发热量的差热分析法,为热重分析技术研究生物质的燃烧特性提供了新的应用方向,但2种新方法的建立,以及他们的有效性和适用性,仍需要大量试验数据的验证和进一步的试验研究。     

生物质成型燃料三次配风锅炉的设计及低NOx排放效果

根据生物质原料的燃烧特性,采用三次配风锅炉,研究污染性气体及热损失随三次配风比例与进给量的变化特征。结果表明:调节三次配风的比例,可以有效改变NOx的质量浓度,当一次风、二次风和三次风进给比例为7:1:2,NOx的排放浓度达到最低,为83.45mg/m3。随着过剩空气系数(αpy)的增大,SO2、NOx的排放浓度逐渐减小,烟尘排放浓度逐渐增大,锅炉总热损失呈现先减小后增大的趋势。当αpy值为1.75时,锅炉的热损失最小,为13.8%,此时,SO2、NOx和烟尘排放质量浓度分别为29.29、83.03和74.90mg/m3,为生物质成型燃料清洁低NOx排放燃烧锅炉的设计和运行提供了依据。     

玉米质扩散率的研究

谷物干燥是一个复杂的传热传质过程。目前主要有三种模型用来描述谷物的干燥过程,即经验模型、半经验模型和理论模型。但是,这些模型只能给出谷物的宏观干燥过程,而不能描述谷物的传质特性。该文采用新的数学模型描述谷物的干燥过程,同时介绍了用热天平研究玉米质扩散率的方法,研究结论具有理论意义和实用价值,测试方法具有一定的通用性。     

生物质好氧发酵热生产与回收利用研究进展

好氧发酵是目前有机固体废弃物处理的一种有效手段。人们对于好氧发酵的研究主要集中在高效有机肥的获取上,但发酵过程产生的热能不容忽视。发酵热作为一种“零碳”能源,可代替传统化石能源应用于加温供暖、生物干化等领域,助力实现“碳达峰、碳中和”。为将生物质能高效转化为热能利用,人们对发酵热回收利用进行了研究,但是没有将热生产、热回收和热利用三个阶段进行系统联系,导致热回收工艺效率不高。该文主要阐述了好氧发酵产热原理,并从菌剂、原料理化性质和发酵工艺三个方面对发酵热生产的影响进行了探讨,总结了现有热回收利用系统,最后对生物质好氧发酵热生产与回收利用系统的发展方向进行展望,以期为生物质发酵热能利用提供支持。     

天山林区不同地段6种灌木生物量组成

分布于天山云杉林下线的山地灌丛是天山重要的植被类型之一,也是天山相对稳定的生态系统类型,在天山水土保持中发挥着重要的作用。以天山6种常见的灌木为研究对象,在天山西部、中部、东部设置调查样地,并用平均标准木收获法获得6种常见灌木各营养器官的生物量。从而探讨了6种灌木在天山三段的分布特征以及各营养器官的分配差异。结果表明:（1）同种灌木在天山西部、中部、东部单株生物量存在着差异,其中天山西部6种灌木生物量明显大于天山中部和东部。主要是由于天山西部水热条件优于天山中部和东部;（2）在天山6种常见灌木类型中,单株生物量从大到小排序为:刚毛忍冬（8 549 g/株） > 黑果栒子（7 943 g/株） > 黑果小檗（7 880 g/株） > 新疆方枝柏（3 014 g/株） > 天山绣线菊（2 837 g/株） > 密刺蔷薇（2 615 g/株）;（3）天山6种常见灌木在天山三段各器官生物量分配比例不同,天山西部主要表现为枝生物量（53.30%）大于根生物量（27.32%）,而天山中部和东部则为根生物量（75.90%）大于枝生物量（19.06%）,这种分配比例的差异体现了物种对其生境选择的适应性。本研究结果可为对于天山灌丛植被的保护及其退化生态系统的恢复重建提供科学依据。     

换热器微细通道纳米流体沸腾混沌特征与强化传热的关系

为探究微细通道内纳米流体流动沸腾系统的传热性能、非线性特性及其相互关系,分别以质量分数为0.05%、0.10%、0.15%、0.20%和0.30%的Al2O3/R141b纳米流体和R141b纯制冷剂为试验工质,在2 mm×2 mm的矩形微细通道内进行流动沸腾试验,计算得到了不同浓度纳米流体的沸腾传热系数,建立了试验段进出口压差时间序列,运用Hurst指数分析、关联维数、最大Lyapunov数和Kolmogorov熵研究了该时间序列的非线性特征,并比较其与传热系数之间的关系,结果表明:相比纯制冷剂,纳米流体流动沸腾系统的混沌程度更强,传热性能也更好;纳米流体的混沌程度随着浓度的升高先增强后减弱,其沸腾传热系数也随着浓度的升高先增加后减小,试验工况下质量分数为0.1%的纳米流体的各项非线性特征量均达到最大值,混沌程度最强,相应的沸腾传热系数也为最大,其平均沸腾传热系数可达4.25 k W/(m~2·K),而纯制冷剂仅为2.42 k W/(m~2·K)。该文采用非线性分析与试验相结合的方法,更能准确描述微细通道沸腾系统的动力学特征,可为进一步研究微细通道纳米流体相变强化传热机理提供参考。