水平摆振下谷物偏析效果的离散元模拟研究

为了强化厚料层谷物颗粒的分层效果,利用三维离散单元法,结合颗粒空隙填充及动能、动量理论,分析了水平摆振条件下谷粒与短茎秆的分层机理及薄厚料层的分层效果,并采用颗粒体积分数法评价了摆振槽结构改进对厚料层谷物分层的影响。结果表明,在周期性水平摆振作用下,颗粒之间的碰撞使颗粒间缝隙不断变化,同时由于在碰撞时短茎秆的动量远小于谷粒动量,使得短茎秆被排挤到上部空间,而谷粒则渗透至料层下部空隙,最终形成偏析分层。而厚料层谷物因料层密实,底部颗粒间的压力和阻尼较大,使得谷物的动能和垂直方向的动量较薄料层小,导致分层效果较差。在同等参数下,圆柱突起结构振动体的颗粒体积分数相较于光槽振动体颗粒体积分数提高了10%。     

种子颗粒群的悬浮速度模拟预测方法

【目的】模拟预测三七种子颗粒群的悬浮速度,为气固两相流的模拟仿真提供参考依据。【方法】利用PS-20物料漂浮速度试验台测量悬浮速度;采用离散元和计算流体力学相耦合的方法模拟台架试验,并模拟颗粒体积分数对流场影响;借助普拉诺夫斯基修正式验证各体积分数下颗粒群悬浮速度模拟值。【结果】体积分数对流场影响显著。体积分数接近0时,台架试验颗粒群悬浮速度范围为7.14~9.32 m·s-1、平均值为8.23 m·s-1,模拟结果为7.08~9.30 m·s-1、平均值为8.19 m·s-1;当体积分数在2.58%、3.87%、5.16%、7.74%时,模拟试验的悬浮速度分别为8.52、8.72、8.96、9.46 m·s-1,悬浮速度的理论计算值分别为8.53、8.79、9.06、9.71 m·s-1,最大误差为2.6%。【结论】采用模拟技术可建立体积分数低于9.03%时的悬浮速度预测模型;在未出现较大涡流的情况下,可利用离散元和计算流体力学相耦合的方法模拟预测不同体积分数下颗粒群的悬浮速度。     

甘肃河西地区保护性耕作对土壤风蚀的影响

【目的】深入揭示保护性耕作措施对甘肃河西地区农田土壤的防风蚀效应.【方法】通过大田实验,设置了8个处理:CT-W、NT-W-30 cm、CT-W(WR)、NT-W-30 cm(WR)、 CT-In-W、NT-In-W-30 cm、CT-In-C、NT-In-C,在来年返青之前采样进行风洞模拟试验.【结果】土壤风蚀量随风速增大而增大,且二者为幂函数关系.14 m/s是风蚀速率随风速急剧增加的转折点,风速在14 m/s以内,风蚀速率处于缓增区,当风速超过14 m/s风蚀速率加快.6 m/s风速条件下,保护性耕作较传统耕作防风蚀效果非常显著;随风速增大,NT-W(WR)、NT-In-W-30 cm较相应的传统耕作,风蚀效果降低明显.【结论】低于6 m/s风速,保护性耕作较传统耕作防风蚀效果更优,随风速增大,不同免耕处理的防风蚀效果变化不一,其中NT-W(WR)、NT-In-W-30 cm较相应的传统耕作,防风蚀效果较好.     

压力补偿滴头抗堵塞性的数值模拟研究

【目的】用数值模拟方法研究压力补偿滴头的抗堵塞性,为灌溉滴头的结构改进提供参考。【方法】以孔口式压力补偿滴头为对象,综合运用流固耦合与液固两相流的数值模拟方法,分析压力补偿滴头在不同入流颗粒粒径（0.01,0.02,0.04和0.06 mm）及体积分数（0.2%,0.4%,0.6%,0.8%,1.0%和1.2%）下,压力补偿滴头的内流场及颗粒体积分数分布规律。【结果】在供试颗粒粒径及体积分数范围内,压力补偿滴头流道内局部颗粒体积分数升高,容易发生沙粒沉淀;同一位置处水的速度较固体颗粒大;随着入流颗粒粒径及体积分数的增大,滴头出流量略有减少,但仍达清水流量的94.7%以上;入流颗粒体积分数相同时,颗粒粒径越大,流道内最大颗粒体积分数越大。【结论】改进压力补偿滴头环形流道的入口结构能提高其抗堵塞性;提高灌溉系统抗堵塞性需同时提高滴头抗堵塞性并改进过滤设施。     

基于DEM-CFD耦合的谷物清选模拟研究

为研究谷物及其杂质在风选装置内的运动特性,降低清选作业中谷物的含杂率、夹带损失率,同时保证谷物的清选率,采用DEM-CFD耦合方法模拟了不同风速及气流倾斜角下谷物的清选过程,并结合空气动力学,分析了谷物及其杂质在流场中的运动状态及分离机理。通过分析不同参数下的仿真结果表明:水平气流速度为5 m/s时,谷物平均含杂率为10.575%,夹带损失率仅为0.066%;随着水平气流速度增大,气流水平作用力P增大,物料飞行系数增加,水平方向位移随之增大。水平气流速度设置为9 m/s时,谷物平均含杂率降低为0.307%,夹带损失率升至1.275%。将气流角度由水平改为倾斜10°时,物料的飞行系数变大,谷物平均含杂率有所下降,而夹带损失率升高。     

甘薯果胶的乳化特性研究

【目的】探讨甘薯果胶构成及乳化特性,为开发和利用薯渣中的果胶资源提供理论依据。【方法】采用酸法从薯渣中制备果胶,咔唑硫酸法测定果胶半乳糖醛酸含量,滴定法测定酯化度,高效液相色谱法测定果胶分子量。在不同果胶浓度(0.5%-4.0%,w/v)和不同油相体积分数(5%-40%,v/v)条件下进行乳化液特性研究。【结果】甘薯果胶半乳糖醛酸含量为73.28%,酯化度31.71%,分子量约为292kD。随着果胶浓度升高,乳化液粒径(d4,3)减小,乳化颗粒吸附果胶比例显著升高,乳化液表观黏度增大,乳化活性(EA)和乳化稳定性(ES)升高(P0.05)。此外,随着油相体积分数的增加,d4,3增大,EA及乳化液表观黏度升高(P0.05),被乳化颗粒吸附果胶比例下降及ES呈现出先升高后降低的趋势。【结论】薯渣是制备果胶的良好材料,酸法制备甘薯果胶属低甲氧基果胶,具有良好的乳化能力和乳化稳定性。     

浅谈谷物清选装置的工作原理

谷物清选装置主要用于小麦、水稻、玉米、大豆、棉种、茶花等作物的清粮、选种、分级,任务是从细小的脱出物(包括谷粒、短茎秆、颖壳和混杂物)中清选出谷粒。对清选装置的要求是清选出的谷粒应该干净,清洁率应达到90%以上,在分离出来的混杂物中,谷粒的夹带损失不应超过0.5%,在清选过程中不损伤谷粒。谷物清选装置方法很多,本文从风选、筛选、综合清选等方法上进行阐述。     

基于计算流体动力学与离散元法耦合的磁力泵水沙运动的数值模拟

应用计算流体动力学与离散元法耦合的方法,对MP6–R微型磁力泵3种进口流速(0.5、1.0、1.5 m/s)和3种含沙量(0.5%、1.0%、2.0%)水沙运动进行数值模拟。结果表明：当进口流速为0.5 m/s时,磁力泵出口管道与蜗壳衔接段出现回流区,其最大回流速度为1.07m/s,随着进口流速的加大,回流速度逐渐降低,当进口流速达到1.5m/s时,回流现象消失,水流速度方向稳定指向出口,磁力泵过流性能最佳;叶轮轴面附近存在大量低速沙粒汇聚的滞留区,滞留区沙粒相互碰撞产生初始切速度;当进口流速一定时,改变颗粒体积分数对滞留区沙粒平均速度的影响较小;进口流速低于1.0 m/s时,增加颗粒体积分数会降低颗粒残留比,进口流速高于1 m/s后,颗粒残留比非常接近;当颗粒体积分数一定时,提升进口流速会降低颗粒残留比,增加滞留区沙粒平均速度,进口流速达到1m/s后,颗粒残留比和滞留区沙粒平均速度随进口流速的变化不明显,磁力泵输送性能最佳。结合磁力泵的过流性能、输送性能与叶轮表面的载荷强度,建议磁力泵最佳运行状态下进口流速保持在1.0 m/s以上。     

胡麻油生物柴油与0~#柴油混配物的性质研究

【目的】初步探讨生物柴油含量对混配物物性参数的影响规律.【方法】以甘肃产胡麻油为原料,研究了胡麻油生物柴油与0#柴油混配物的密度、黏度、冷滤点、凝点和闪点等性质.【结果】混配物的密度与胡麻油生物柴油在混配物中的体积分数呈线性关系;混配物的运动黏度可用公式ln(υρ)=v1ln(υ1ρ1)+v2ln(υ2ρ2)预测;随着混配物中胡麻油生物柴油体积分数的增加,冷滤点和凝点依次降低;当胡麻油生物柴油体积分数在0~50%之间时,闪点随着生物柴油体积分数的增加而缓慢增加,当大于50%后,闪点大幅增加.【结论】为胡麻油生物柴油的研究和应用提供理论基础.     

核桃及其机械破壳后主要组分悬浮速度理论计算与试验研究

【目的】研究核桃及其机械破壳后主要组分壳、仁和分心木颗粒悬浮速度,为核桃清选装置、核桃壳仁气流分离装置设计提供基础。【方法】测定核桃各物料基本物理参数,依据物料几何形状选取合适的变形系数计算悬浮速度,采用悬浮速度试验台测定各物料单颗粒悬浮速度、颗粒群悬浮速度和分离风速。【结果】试验测得原果核桃、空瘪核桃悬浮速度区间分别为17.37～21.15、11.65～13.73 m/s;1/2、1/4、1/8和1/16各等级核桃仁悬浮速度区间分别为11.71～13.16、11.51～12.72、10.68～11.97和9.21～11.11 m/s,各等级核桃壳悬浮速度区间分别为6.33～9.33、6.36～8.29、5.50～7.64和5.19～6.85 m/s,分心木悬浮速度区间为1.76～4.55 m/s。【结论】理论计算和试验均可作为获取核桃各物料悬浮速度的重要方法;从获得的悬浮速度数据看,核桃各物料适宜气力分选,不同等级壳仁分离难易度不同;颗粒群悬浮速度与颗粒数量正相关,呈三次拟合函数关系;各物料分离风速为对应轻物料空瘪核桃或核桃壳悬浮速度均值的1.1～1.2倍。     

保鲜运输用管道式加湿装置的设计与试验

【目的】研究厢内管道式超声波加湿装置的工作特性,提高保鲜运输加湿系统的工作性能,改善保鲜环境的湿度均匀性。【方法】设计了一套管道式加湿装置,搭建保鲜运输加湿系统试验平台并研究水雾输送管管径(12.5,19.0和25.4mm)、开孔数(2,4,6和8孔)、水雾输送风机电压(12,18和24V)、回风道风速(4,6和8m/s)对加湿特性的影响。【结果】水雾输送管管径、回风道风速、水雾输送管开孔数、水雾输送风机电压对加湿均匀性的影响程度依次减小;在水雾输送管管径为25.4mm、回风道风速为4m/s、水雾输送管开孔数为4孔、水雾输送风机电压为24V时,厢内相对湿度标准差最低,为2.92;在回风道风速为8m/s、水雾输送风机电压为24V、水雾输送管开孔数为8孔、水雾输送管管径为25.4mm时,加湿速率最高,加湿时间为372s。【结论】综合考虑确定水雾输送管管径25.4mm、回风道风速4m/s、水雾输送管开孔数4孔、水雾输送风机电压24V为保鲜运输用管道式加湿装置的最优参数组合。     

冬季八层层叠式笼养鸡舍环境质量测定与分析

【目的】试验旨在对八层层叠式笼养密闭式鸡舍冬季环境质量进行测定和分析,为层叠式笼养密闭式鸡舍环境控制提供依据。【方法】使用环境智能监控系统和粉尘采样器每天6:00-8:00、12:00-14:00和18:00-20:00测定八层层叠式笼养密闭式鸡舍水平和垂直方向上不同位置的环境质量参数(温度、相对湿度、风速、光照强度、CO_2浓度、粉尘浓度、氨气浓度和PM10)。【结果】在采取侧窗进风、纵向通风的通风模式下,冬季八层层叠式笼养蛋鸡舍内平均温度、相对湿度、风速和光照强度分别为19.11℃、52.02%、0.25 m/s和34.00 lx,空气中平均二氧化碳浓度、粉尘浓度、氨气浓度和PM_(10)分别是2083.22 mg/m~3、2.85 mg/m~3、1.04 mg/m~3和26.01μg/m~3。不同测定点之间环境质量存在差异,从湿帘端到风机端鸡舍温度、二氧化碳浓度、氨气浓度、粉尘浓度和PM_(10)浓度呈逐渐增大的趋势,上层测定点H_(3.80m)、H_(4.50m)和H_(5.10m)的温度、二氧化碳浓度和氨气浓度显著高于下层测定点H_(0.60m)、H_(1.30m)和H_(1.90m)。相关分析结果表明,风速与温度、二氧化碳浓度、氨气浓度、粉尘浓度呈极显著负相关,温度与氨气浓度呈显著正相关。【结论】冬季八层层叠式笼养鸡舍内不同位置环境质量参数存在差异,环境质量基本符合《畜禽场环境质量标准》(NY/T 388-1999)。     

木薯茎秆的解剖特性与纤维形态研究

【目的】观察木薯茎秆的解剖特征,测定其纤维形态,分析其制浆造纸、纤维板制造的适应性.【方法】采用光学和扫描电子显微镜观察,利用硝酸氯酸钾法离析纤维细胞,分析纤维形态.【结果和结论】木薯茎秆靠近根部的髓心率(体积比)低,靠近梢部的髓心率较高,多年生木薯茎秆的主茎段髓心率远低于1年生;木薯茎秆为散孔材,主要由导管、木纤维细胞、木射线组成,多数为径向复管孔,导管有互列单纹孔和梯状纹孔,木射线为单列,纤维细胞有具缘纹孔,木射线和纤维细胞腔内均有丰富的淀粉颗粒;多年生木薯茎秆的主茎段纤维细胞壁厚度是其分枝段的1.5倍多,是1年生的2倍多.木薯茎秆的纤维细胞长度为638~661μm,长宽比为36.22~37.43,壁腔比为0.14~0.32.木薯茎秆的纤维细胞长度和宽度主要分布在500~900和10~25μm范围内,属壁薄短纤维型,符合造纸和纤维板制造原材要求.     

水稻茎秆接触物理参数测定与离散元仿真标定

【目的】针对解决水稻清选物料堵塞离散元建模缺乏准确模型问题,为提高水稻植株离散元建模及仿真研究中所用参数的准确度,【方法】以带有叶鞘包裹的水稻茎秆为研究对象,通过斜面试验测定稻秆与不锈钢板之间的静摩擦系数和滚动摩擦系数,接着基于离散元HBP仿真模型,先后通过堆积角试验和三点弯曲试验,以茎秆泊松比v、茎秆剪切模量G_b、茎秆-茎秆碰撞恢复系数e、茎秆-茎秆静摩擦系数u_s、茎秆-茎秆滚动摩擦系数u_t、茎秆-茎秆粘结半径R_b、茎秆-茎秆切向粘结刚度k_tb和茎秆-茎秆法向粘结刚度k_nb为试验因素,以茎秆堆积角θ和茎秆弹性模量E_b为试验因素评价指标,综合采用Plackett-Burman、Central-Composite和Box-Behnken试验方法,对水稻茎秆接触参数和粘结参数进行离散元仿真标定。【结果】Plackett-Burman试验结果表明：u_s与u_t（P<0.01）对θ影响极显著,u...     

玉米全膜双垄沟直插式液态施肥机的设计及仿真

【目的】为解决我国西北地区旱地全膜双垄沟播玉米在大喇叭口和抽雄时期传统追肥存在劳动强度大、不易吸收等问题,设计了一种直插式液态施肥机.【方法】采用凸轮-曲柄连杆机构组合式设计,利用反转法根据顶杆的运动规律设计了凸轮的轮廓曲线.借助ADAMS软件对施肥针运动进行模拟,得到施肥针速度-时间关系曲线和运动轨迹.【结果】机具行驶速度为0.53 m/s时,喷肥针入土和出土时水平分速度为0.53 m/s,施肥间距为300mm,最大施肥深度为115mm,施肥轨迹符合实际工况.【结论】该施肥机可实现直插施肥,满足全膜双垄沟播玉米施(追)肥作业的农艺技术要求.     

不同配比猪粪、小麦秸秆混合厌氧发酵产气特性研究

【目的】研究不同配比猪粪与小麦秸秆混合厌氧发酵的产气特性,为提高小麦秸秆利用率和产气效率提供依据。【方法】选取猪粪、小麦秸秆及其不同配比(干物质质量比1∶1,2∶1,3∶1)的混合物为发酵原料,以沼液为接种物,研究不同发酵原料厌氧发酵过程中pH值、日产气量、累积产气量、气体成分和干物质产气率的变化。【结果】仅以猪粪为原料进行厌氧发酵时,日产气量的峰值(2 142.2 mL/d)、累积产气量(70.36 L)和干物质产气率(351.8 mL/g)明显高于其他4种发酵原料;在3种混合发酵原料中,猪粪与小麦秸秆配比为3∶1时,其日产气量的峰值(2 011.7 mL/d)、累积产气量(49.08 L)和干物质产气率(245.4 mL/g)明显高于其他2种混合发酵原料。随着厌氧发酵时间的延长,猪粪与小麦秸秆及其按不同比例配比时,所产气体中的甲烷体积分数呈逐渐增加趋势,在厌氧发酵中后期甲烷体积分数达到45%以上;所产气体中硫化氢的体积分数呈逐渐下降趋势,其中猪粪所产气体中硫化氢的体积分数较其他处理高。【结论】在厌氧发酵过程中,合理调控猪粪与小麦秸秆的配比,既能提高小麦秸秆的产气量,又能缩短猪粪的产气周期,降低硫化氢体积分数。     

基于逆向工程的谷粒三维模型的构建

【目的】构建谷粒的三维模型,为更加精确地分析谷粒在介质中的力学特性及运动规律提供参考。【方法】运用逆向工程理论,使用三坐标测量机获得谷粒的点云数据,导入Pro/E中进行数据处理,采用NURBS方法重构曲线,最后生成谷粒实体,得到谷粒的三维模型。【结果】重构稻谷谷粒三维模型与实物的对比结果表明,其三轴尺寸及体积误差均在5%以内。【结论】构建的稻谷谷粒三维模型在稻谷清选、分级和输送过程的力学与运动学分析中具有重要的应用价值。     

氮肥对玉米胚乳淀粉粒分布与糊化特性的影响

【目的】明确氮素水平对玉米胚乳淀粉粒分布与糊化特性的影响。【方法】以玉米杂交种郑单958为材料,设置4个氮素水平,即纯氮0 (N_0)、135 (N_1)、270 (N_2)和405 (N_3) kg/hm~2,研究施氮水平对玉米成熟期籽粒胚乳淀粉粒粒度分布和糊化特性的影响。【结果】玉米籽粒淀粉粒粒径分布范围为0.40～19.5μm。不同处理玉米籽粒淀粉粒体积分数和表面积百分比分布都呈双峰曲线,以玉米淀粉粒直径为1.5μm和12μm为界线,将成熟的玉米淀粉粒划分为小型(1.5μm)、中型(1.5～12μm)和大型(12μm) 3组。淀粉粒数量分布呈单峰曲线,其中小型淀粉粒数量占总数98%以上,说明玉米胚乳淀粉粒主要由小型淀粉粒组成。施纯氮0～270 kg/hm~2范围内,增施氮肥可以提高玉米籽粒小、中型淀粉粒体积分数,降低大型淀粉粒体积分数;显著降低玉米淀粉峰值黏度和保持黏度。玉米淀粉粒黏度与中、小型淀粉粒体积分数呈负相关,与大型淀粉粒体积分数呈正相关,可见玉米大型淀粉粒的淀粉黏度较小型淀粉粒高。【结论】适宜氮素水平通过调控玉米淀粉粒度分布,即增加中小型淀粉粒比例、降低大型淀粉粒比例,进而改变淀粉糊化特性,即降低了淀粉峰值黏度、保持黏度与最终黏度等参数。     

不同装烟密度和风机配置对密集烤房内叶间隙风速和烤后烟外观质量的影响

研究了不同装烟密度和风机配置对密集烤房内风速和烤烟外观质量的影响,试验结果表明:烘烤各时期烤房内的叶间隙风速分布都为前部大、后部小;大部分处理的定色期风速最大,其余两个时间较小;变黄期垂直风速0.19~0.27m/s,水平风速为0.41~0.75m/s;定色期垂直风速0.30~0.32m/s,水平风速0.55m/s左右;干筋期垂直风速0.26m/s左右,平面水平风速0.49m/s左右是烘烤过程中较为合适的叶间隙风速。     

弯道导流墙对氧化沟水力特性影响的数值模拟

【目的】对两沟道氧化沟内水下推动器、曝气转盘同时运行时,增设弯道导流墙后沟内的流场及流速分布进行研究,以期提高沟内水流混合能力并降低能耗。【方法】在试验模型右侧增设弯道导流墙,并采用数值计算的方法求解气-液两相流时均方程,紊流模型采用RNG模型,自由水面捕捉采用VOF(Volume of fluid)法,速度与压力耦合方程组求解时使用SIMPLE(Semi-Implicit Method for Pressure-Linked Equations)算法,对氧化沟内的流场及流速分布进行模拟研究。【结果】数值模拟表明,在水下推动器、曝气转盘同时运行时增设弯道导流墙后,氧化沟内的流场及流速分布更加均匀,整个氧化沟内流速大于0.3m/s的流体体积百分比由不增设弯道导流墙时的40.8%提高至47.6%,显著提高了氧化沟内的流速。【结论】水下推动器、曝气转盘同时运行时,增设弯道导流墙能够明显改善氧化沟内流场及流速的分布,可以提高沟内整体流速,防止或减少沟内污泥沉积。