不同种属骨颗粒腔隙结构Micro-CT三维可视化表征方法

基于水生、陆生动物源肉骨粉骨颗粒显微腔隙形态结构的不同,提出了一种不同种属骨颗粒腔隙形态结构的Micro-CT原位三维可视化表征方法。以鱼、牛、猪和鸡骨颗粒为研究对象,利用Bruker Skyscan 1275型Micro-CT,在扫描条件优化的基础上,对各样品进行了扫描和重构条件优化,比较了全局（Global）、全局自适应（Otsu）、K-means全局聚类（K-means）、局部自适应均值（Adaptive mean-C）和局部自适应中值（Adaptive median-C）等图像阈值分割算法对骨颗粒显微腔隙成像的分割效果。优化的Micro-CT扫描条件为电压80kV、电流125μA,图像分辨率8μm、旋转步长0.20°、曝光时间46ms和360°扫描;图像三维重构条件为Smoothing 1、Post-Alignment 0、Ring-Artifacts 3和Beam-hardening 30%;采用局部自适应均值法的骨颗粒成像效果最佳,其最优参数确定为WS为5,C为0。不同动物源骨颗粒腔隙结构的Micro-CT原位三维可视化表征结果与其显微镜标准方法的结果较为一致。研究结果为水生和陆生动物源饲料快速、无损判别提供了技术支撑。     

基于机器学习的鸡、牛骨颗粒Micro-CT原位可视化鉴别

不同种属动物源肉骨粉的快速鉴别分析技术是加强饲料监管、防范疯牛病传播的重要保障。为了探索使用显微X射线计算机断层成像技术(Micro-computed tomography, Micro-CT)快速鉴别分析不同种属动物源肉骨粉的可行性,本研究以制备的哺乳动物源牛骨颗粒和非哺乳动物源鸡骨颗粒各100个作为样品集,以不同相对位置鸡、牛骨颗粒以及鸡骨颗粒中牛骨颗粒质量分数约0.97%分别制备验证集,使用Bruker Skyscan 1275 Micro-CT对所有样品进行扫描和图像重构(管电压80 kV、管电流125μA,图像分辨率10μm,重构灰度图像灰度阶为0～255,对应X射线吸收系数为0～0.035);提取不同骨颗粒样品的感兴趣区域进行图像分割,并结合PLS-DA和SVM-DA机器学习算法分别构建鸡和牛骨颗粒分割模型。研究结果表明,鸡、牛骨颗粒图像分割感兴趣区域灰度区间为165～255,基于PLS-DA和SVM-DA模型的鸡、牛骨颗粒鉴别交互验证总准确率均为94%,验证集样品的Micro-CT三维原位可视化表征结果经验证与样品实际结果一致。结果表明,Micro-CT结合PLS-DA和...     

动物骨热解过程中产物特性变化规律研究

热解法是屠宰废弃骨合理处理与利用的有效手段,且动物骨原料差异对其热解特性与产物特性具有显著影响。以牛、猪骨为研究对象,基于热重、红外光谱和质谱（TG-FTIR-MS）及扫描电镜-能谱（SEM-EDX）等方法,研究了动物骨的热解过程及产物变化规律。结果表明：主要热解阶段为350～600℃,产生了CO₂、NH₃等无机气体和CH₄等有机气体。炭化阶段后CO释放,在骨炭中生成了金属羰基。热解温度升高,骨炭的碱性及灰分含量提高,900℃时灰分质量分数超过90%。由于猪骨含有较多的脂肪,脂肪酸裂解生成大量短链烃。而牛骨灰分更多,炭产率可达60%。500℃牛骨炭比表面积为172 m²/g,孔隙特征更利于物理吸附作用。     

生物质半焦FTIR分析及孔隙结构变化规律研究

利用傅里叶红外光谱仪(FTIR)和N2等温吸附/脱附法及扫描电镜对生物质半焦化学组成官能团的演变规律和孔隙结构特性进行表征,探讨生物质种类和制焦条件对热解半焦特性的影响。结果表明,热解温度的升高,半焦内部芳香结构增加,各官能团的数量和种类逐渐减少。不同生物质种类的半焦,吸附曲线差别较大。玉米秸秆半焦和松木屑半焦中主要以微孔为主,稻壳半焦以中孔分布较多,且600℃下半焦的孔隙结构变化最大。四种热解温度下半焦的分形维数范围为2.52~2.57,其中600℃下半焦的分形维数最大,吸附性能最强。随着热解温度的升高,生物质焦颗粒先后经历表面突起、突起破裂形成许多孔隙、孔隙变大等过程。     

基于XCT技术的原位根系三维可视化研究

为解决植物根系原位三维观测的技术难题,采用XCT层析成像技术获取原位根系的断层序列图像,然后利用计算机图像图形处理技术实现对植物根系的原位三维可视化.为了提高图像分割的精确性,提出一种利用根系几何形态特征的综合分割方法,有效清除了与根系密度极其近似的杂质体素,完成了对序列图像的三维分割.并利用VTK工具箱采用移动立方体算法(MC)实现了对分割后序列图像的三维重建.编程实验证实,本文提出的技术路线和方法能够有效地实现对生长在介质环境中原位根系的三维可视化观测.     

生物质热解挥发物原位贫氧调质试验研究

针对热解挥发物直接燃烧作为分布式热解制炭热源工艺,以消除生物质热解挥发物中炭颗粒、提高其品质,改善其燃烧性能为目的,利用自制生物质螺旋连续热解反应器和热解挥发物贫氧调质反应器,采用贫氧燃烧方式进行了热解挥发物原位调质试验研究,分析了调质温度、空气量对挥发物组分的影响。结果表明:生物质热解挥发物中携带炭颗粒粒径为1~2μm,在调质温度350℃和空气量20 m L/min条件下,已很难收集到炭颗粒,原位贫氧调质可以消除热解挥发物中炭颗粒;贫氧调质对气相产物组分含量影响不明显,主要组分H2、CO2的变化均在±5%范围内,CO、CH4变化在±2%范围内;随着贫氧调质温度升高和空气量加大,重质组分中的烷类物质含量显著降低,酚类物质显著增加,呋喃、醇、茚、醛等次要组分含量略有增加,低碳原子数物质含量增加,高碳原子数物质含量降低;轻质产物中烷类、酸类、酮类和酚类物质相对含量发生显著变化,酚类物质性质较稳定,实际含量变化不明显,调质后低碳原子数物质含量增加。原位贫氧调质可以消除热解挥发物中炭颗粒,降低热解挥发物中重质组分含量,从而改善热解挥发物的燃烧性能,为热解挥发物直接燃烧作为分布式热解制炭的热源提供科学依据。     

固体热载体加热生物质的闪速热解特性

为研究固体热载体加热条件下生物质的热解挥发特性,在一竖直下降管模拟实验台上,利用粒子图像测速技术对陶瓷颗粒与生物质粉的混合流动规律进行了实验研究,分析了生物质颗粒在下降管内停留时间的计算方法。利用固体热载体加热下降管生物质热解实验装置,在400、450、500℃热解温度对玉米秸秆进行了热解实验,并在下降距离分别为100、400、700、1 200 mm位置处对热解炭粉进行了采样,利用灰分示踪法计算了其热解挥发程度。重复性实验表明各工况下的实验数据具有很好的重复性。通过实验数据与一级动力学模型的对比,发现二者之间差距较大,而在耦合生物质颗粒的运动规律后,实验数据与动力学模型吻合较好。     

基于CT图像和RAUNet-3D的玉米籽粒三维结构测量

玉米籽粒构成和精细结构与玉米产量及品质直接相关。本文提出一种基于CT图像的玉米籽粒三维结构自动测量方法,快速提取、统计玉米籽粒成分和结构性状,评估不同玉米品种籽粒间性状差异。首先,利用Micro-CT获取批量玉米籽粒CT图像,通过Watershed算法准确分割出单颗籽粒;进而,设计基于注意力机制RAUNet-3D网络准确提取出籽粒胚;最后,建立自动化玉米籽粒表型管道,计算籽粒、胚、胚乳和空腔的共23项性状,用于玉米籽粒性状分析和品种鉴定。选取4个玉米品种籽粒（登海605、京科968、先正达408和农华5号）共120颗籽粒进行验证,结果表明籽粒CT扫描成像效率提高到1min/粒,籽粒表型提取效率为10s/粒,胚分割精度可达93.4%,粒长、粒宽和粒厚的R2分别为0.902、0.926和0.904,籽粒品种分类精度达90.4%。本文方法实现了玉米籽粒及其胚、胚乳、空腔三维结构无损、快速测量,提取的性状能够表征不同玉米品种籽粒间表型差异,为开展大规模玉米籽粒三维表型鉴定奠定了基础。     

竖直下降管换热实验台改进设计与实

下降管式热解液化装置能够实现生物质热解液化.为了研究下降管中生物质半焦和陶瓷球两种散体混合下落的换热规律,在前期研究的基础上,对实验设备进行了改进设计,并将原实验物料--生物质粉更换为生物质半焦,使实验结果对实际装置的设计与改进更具指导意义.根据不同温度陶瓷球(50、60、70℃)与室温空气的换热实验,通过热平衡分析,得到了陶瓷球热载体与空气的对流传热系数h=600 W/(m2*K);陶瓷球与生物质半焦颗粒换热实验表明,不考虑边界效应时竖直管内温度呈线性分布;对流换热为竖直下降管系统热量传递的主要方式.     

利用自制骨炭除氟剂处理农村高氟地下水研究

在不同实验条件下将家畜骨制成骨炭除氟剂,通过除氟效果的比较筛选出最佳除氟剂制备方法。利用所制得的骨炭进行除氟静态吸附实验,研究了骨炭对氟的吸附效果以及温度、pH和地下水中常见阴阳离子等不同影响因素对骨炭除氟效果的影响。实验结果表明温度对骨炭除氟效果影响不大;低pH条件有利于骨炭对氟的去除;地下水常见阴阳离子中,Ca2＋和Mg2＋对骨炭除氟有一定的促进作用,而阴离子则起到不同程度的抑制作用。除氟后的骨炭可以利用NaOH浸泡方法进行再生,经三次再生后其吸附容量仍可达原来的94.3%,说明骨炭除氟剂具有良好的再生能力且可反复用于水中除氟。     

摊铺机压实机构动态特性仿真

在摊铺机中,由熨平压实机构和压实介质组成的系统,为两个自由度的非线性动力学系统,压实介质简化为粘弹塑性体.建立熨平压实机构动态特性力学模型,利用计算机仿真,研究了熨平压实机构的动力学问题,分析了熨平压实机构动力学参数变化对该系统动态特性的影响.     

灌溉水平及灌溉间隔对大豆植株干物质积累的影响

采用桶栽方法,选用黑农48为试验材料,设计4个灌溉水平及4种干旱胁迫历时进行交叉试验,研究了灌溉水平及干旱胁迫历时对大豆干物质积累的影响。结果表明,花荚期大豆植株叶、茎、根和荚果更易受干旱胁迫历时影响,干旱胁迫历时越短越有利于植株生长,灌溉水平对植株的生长影响相对弱于干旱胁迫历时。植株各器官干质量的等高线图表明高灌溉水平、短干旱胁迫历时比低灌溉水平、长干旱胁迫历时有绝对优势,同时也表现出高灌溉水平、长干旱胁迫历时处理与低灌溉水平、短干旱胁迫历时处理之间具有相似性。     

番茄果实热导率测试装置参数实

微热探针法测试热导率系统已被广泛应用于食品材料热导率的测试中.但是,由于实验条件或实验设备的限制,基于理想的线热源瞬态模型测量原理得到的结果会产生某些测试误差.针对测试误差,从探针输入电压、加热时间和样品的径向尺寸等装置操作参数的选择着手,通过实验,得到装置系统测定中输入电压的最佳值为2.5～6.5V、加热时间最佳值为20～50s.最后通过实际测试,得到了番茄果实在不同成熟阶段的热导率变化规律.     

影响感官检验棉花品级的因素探析

感官检验棉花的品级,这是农村常见的一种检测手段.它的一个主要特点就是存在不确定性.这是由于检验员的品级检验水平存在一定的差异,其中有很多因素制约着检验的结果.文章对影响感官检验结果的因素进行了系统的分析.     

并联压电泵腔体初始容积设计

为探究腔体初始容积对压电泵性能的影响,设计了双腔体并联压电泵.通过理论分析,确定了双腔并联压电泵能够工作时泵腔初始容积的取值范围,根据理论公式设计制作了6种不同腔体初始容积的双腔并联有阀压电泵样机,对泵腔初始容积的变化与泵工作性能关系进行研究.在110 V工作电压下,工作频率小于400 Hz范围内,用压电双晶片进行驱动,分别以液体水和空气为介质,对不同压缩比（压电振子振动产生的泵腔容积变化量与泵腔初始容积的比值）下的并联泵进行了试验测试.结果表明,当泵送液体水时,压缩比为1/18时泵的整体输出流量最好,最大输出流量可达1 330 mL/min,压缩比越大,泵的输出压力和自吸能力越好,最大输出压力和自吸高度分别为58.5 kPa和69 cm;当泵送气体空气时,压缩比越大,泵的输出能力越好,最大输出流量和压力分别为850 mL/min和6.5 kPa,当压缩比小于1/32时,泵已经失去了输出气体能力.     

叶轮后密封环直径加大量对轴向力特性的影响

以300QJ230-40/2型潜水泵为研究对象,以清水为介质,采用标准k-ε湍流模型在多重参考系下对该泵全流道进行了定常不可压数值模拟,获得了外特性和轴向力预测值,并绘制了性能曲线和轴向力随扬程变化的关系曲线;采用机械法对该泵轴向力进行了试验测量,并将模拟值与试验值进行对比分析.结果表明:在0.8Q_sp~1.2Q_sp(对应扬程为46~36 m)的工作区域,泵性能和轴向力的数值计算结果与实测结果基本吻合.在叶轮前密封环直径、平衡孔直径及数量不变的条件下,在叶轮后密封环直径加大量Δr_m≠0时,对该潜水泵进行了全流道数值模拟和轴向力数值计算,绘制了不同后密封环直径下泵轴向力随扬程变化的关系曲线,结果表明了加大后密封环直径能有效地减小轴向力;绘制了轴向力系数与比面积关系的无因次曲线.     

迷宫流道转角对灌水器抗堵塞性能的影

以转角分别为45.0°、60.0°、67.5°和75.0°的齿形流道灌水器为研究对象,应用CFD流场速度数值分析、PIV颗粒运动轨迹线和速度观测对比以及浑水抗堵塞测试相结合的方法,研究了转角对灌水器水力性能和抗堵塞能力的影响.结果表明转角与流量系数及流态指数均呈负相关关系,而灌水器的抗堵塞能力随着转角的增加呈下降趋势.综合分析转角对水力性能和抗堵塞性能的影响,提出迷宫流道结构灌水器的合理转角为60.0°.     

PLC在泵站群计算机远动系统RTU终端中的应用

以某泵站群计算机运动系统为实例，分析由PLC构成的泵站远方终端RTU的特点及功能。     

迷宫流道转角对灌水器水力性能的影

为研究齿形、梯形以及矩形流道转角变化对水力性能的影响,采用Fluent软件对不同形状下不同转角的流道进行了数值模拟.研究结果表明:当其他条件相同时,转角的变化与流量系数、流态指数呈负相关,其变化对梯形流道灌水器的流量系数影响最大,最多下降了19.03%,齿形流道次之,下降了10.14%,矩形流道是梯形流道转角角度增加的延伸,具有相同的水力性能变化规律;随着角度的增加,梯形流道总的局部水头损失系数最多增加了32.5%,而齿形流道总的局部水头损失系数最多增加了23.4%,变化都很明显;压力较高时,摩阻系数基本保持不变,流体为紊流状态.     

基于流体体积模型的叶片数对水车性能的影响

为了研究一种利用微水头发电的水车装置,利用Fluent软件流体体积(VOF)模型模拟明渠无压流动,选用SST k-ω两方程湍流模型和滑移网格旋转模型对不同叶片数的水车在不同转速下进行非定常模拟.结果表明:3叶片水车效率区最为宽广,最优效率最高;3叶片水车上游局部湍流黏度较大,影响范围较小,而8叶片水车上、下游湍流黏度较为平均,影响范围较大;相同工况下,增加叶片数会增强水车的阻塞效应,使上、下游水位差平均增大,但可降低水位差的波动,水位差平均值增大将降低水车出力,水位差的波动对水车轴系的稳定性产生不利的影响;相同工况下,增加叶片数可以提高水车运行中转矩波动的稳定性,但会降低水车的出力,转矩波动使水车在运行中受到周期性不平衡力矩的作用,引起水车结构剧烈振动和叶片疲劳损伤.