生物质气化过程的热力学模型研究

在综合考虑系统散热和碳不完全转化等因素的情况下,基于物质平衡、能量平衡和化学反应平衡建立了生物质气化过程热力学模型,并用Newton-Raphson方法对模型进行了求解。模型计算结果与文献数据基本吻合。最后,利用所建模型分析了空气预热温度、原料含水率、反应温度、空气当量比对气体成分、热值等指标的影响程度。     

高温空气气化生物质的平衡模型研究

在考虑气化过程中碳的部分转化及系统散热的基础上,对甲烷反应的平衡常数进行修正,建立了基于物料平衡、化学平衡及能量平衡的高温空气气化生物质的平衡模型,模型计算结果与文献试验数据相符。利用该修正模型研究了林木废弃物在下吸式固定床、高温空气气化条件下,空气预热温度、原料含水量及空气当量比对产气组成、气体热值和气化效率的影响。结果表明:提高空气预热温度有利于产气,而原料含水量应尽量降低;空气当量比为0.34时,气化效果最理想。     

白菜种子热泵干燥过程动态模型研究

在现有12种常用的种子干燥经验与半经验模型基础上,结合白菜种子热泵干燥数据,按模型中是否考虑干燥空气温度与相对湿度影响进行了4种不同情况的模型研究,以R2、ERMS、x2、EMD4种统计指标为标准进行了不同模型的比较与分析.结果表明,同时考虑干燥空气温度和相对湿度影响的模型具有更高的精度,尤其是改进Henderson and Pabis模型、Midilli et al模型和Two-term exponential模型.     

汽车空调制冷系统稳态仿真研究

分析了汽车空调制冷循环,建立了压缩机、冷凝器和蒸发器的数学模型。利用Matlab中Simulink仿真工具建立了汽车空调制冷系统稳态仿真模型。通过仿真模型对汽车空调压缩机、冷凝器和蒸发器的匹配进行研究,得出了冷凝温度、蒸发温度、空气进口温度、空气进出口温差等参数对系统的影响关系,为空调制冷系统合理选配提供依据。     

猪粪好氧堆肥过程有机质降解和热量平衡模型

依据有机质降解一级动力学方程和系统热量平衡方程,充分考虑猪粪好氧堆肥有机质降解的梯次性对数学建模的影响,建立了反应器好氧堆肥过程有机质降解Monod模型和热量平衡模型.有机质降解Monod模型考虑了温度、含水率、氧体积分数和自由空域4种因素对降解系数的影响,其中温度作为最主要影响因素;热量平衡模型中主要考虑了对流、传导的热量传递方式.利用实验室好氧堆肥反应器进行的模型验证试验结果表明:堆肥试验实测值与模型模拟值表现出较好的一致性,有机质降解的实测值与模型模拟值的相对标准误差为13.02％,温度变化的实测值与模型模拟值的相对标准误差为9.9％.     

全开型玻璃温室的夏季温度统计模型

自然通风状态下温室内空气温度的合理估测是全开型玻璃温室夏季温度控制的重要依据.为此,建立了基于RS-485总线的分布式多传感器温度测控网络,并采用分布图法和基于均值的数据融合方法对测量结果修正融合,实现了全开型玻璃温室温、湿度的精确测量.在此基础上,以室外空气温度、太阳辐射强度、室内通风速率以及室内空气相对湿度作为室内空气温度的影响因子,针对各因子的非平稳时间序列建立了室内空气温度时间序列模型,同时引入了协整方法避免伪回归现象,引入了误差修正方法提高模型预测精度.实际验证表明,时间序列模型预测数据与实测数据吻合良好,可较好地预测温室内温度,该研究成果为全开型玻璃温室的温度控制提供了理论依据.     

温室环境因子驱动甜瓜水分传输机理分析与模拟

利用人工气候室控制空气温度、相对湿度和光合有效辐射量,根据水量平衡法控制土壤含水率,按照四因素五水平的二次回归正交旋转组合设计,对甜瓜蒸腾量进行模拟,并探讨各因子调控水分传输的机制。基于Jarvis模型建立环境因素驱动的多元非线性气孔导度模型,结合水汽扩散原理建立蒸腾量模型,模型预测精度良好。探究因素交互作用及其耦合调控效应,结果表明:除相对湿度对蒸腾表现为抑制作用,土壤含水率、空气温度和光合有效辐射均对蒸腾具有促进作用;土壤含水率与空气温度的单因素效应相似,随因素水平增加,蒸腾量线性升高;光合有效辐射量驱动蒸腾的单因素效应为开口向下的二次函数,当因素水平超过阈值后,蒸腾量逐渐下降。环境因素在驱动和调控蒸腾过程中均存在密切耦合和反馈效应,土壤含水率与温度对蒸腾调控的耦合效应趋近于平滑曲面,蒸腾量随两因素水平的升高而升高,在试验水平内两因素对蒸腾表现为协同促进效应;空气相对湿度减弱了水汽扩散驱动力,进而抑制温度和土壤含水率对蒸腾的驱动作用,且这种抑制作用随相对湿度的升高而更明显。     

HCCI燃烧模式下生物柴油的NOx排放研究

利用癸酸甲酯(C11H22O2)作为生物柴油的替代机理,结合Woschni传热模型和癸酸甲酯简化机理的化学反应动力学数值模拟,考察了进气温度、压力、过量空气系数等参数对NOx排放的影响,对生物柴油HCCI发动机的NOx排放进行了预测,得到了NOx排放的预测Map.研究结果表明:改进的癸酸甲酯机理能够较好地模拟低温燃烧过程和着火时刻;进气温度和进气压力提高后,着火时刻提前,导致NOx排放的增加;提高过量空气系数可以降低NOx的排放量.     

华北地区冬季温室植物冠层温度建

基于温室内植物冠层能量平衡关系,建立了与温室内、外气象条件和温室结构相关的冠层温度模拟机理模型,并在华北地区文洛型温室内对该模型进行了试验验证.结果表明:模型能较好地模拟冬季温室内植物冠层温度,模拟值和实测值之间的相关系数为0.797 5,均方根误差为1.3℃.建立了冠层温度的BP神经网络模型,模型相关系数为0.783 5,均方根误差为0.6℃.在所建神经网络模型基础上,运用敏感性分析法对影响冠层温度的各因素进行重要性分析和排序,得出影响冠层温度的最重要因子是室内温度,其次为蒸腾速率、室外太阳辐射和室内相对湿度.     

考虑空气影响的干旱区土壤水分运移模式研究

在前人研究的基础上,根据石河子垦区的实际情况,确定模型特定的边界条件及参数,建立适合该区的包气带-饱和带水、气二相流的质热传输模型,模拟土壤水分、温度的动态变化,并利用实测土壤温度、土壤含水率数据进行模型检验。结果表明:模拟的土壤温度和含水率能够较好地反映实测值的变化规律,各土层模拟精度评价指标表明考虑空气影响的模拟结果更接近实测结果。对于9.7 mm日降水量的入渗深度,耦合模型可影响20 cm深土壤含水率,单相模型可影响到30 cm深左右。降水当日考虑空气模拟的蒸发速率比不考虑空气模拟的蒸发速率大7.7%;降水后1 d,不考虑空气影响导致蒸发速率比考虑空气的小3.19%。计算模拟期2种模型土壤总蒸发量,相差不大。根据2种模型水量平衡分析结果对比蒸发量的计算值与模拟值,发现考虑空气影响的模型模拟结果更可靠。