基于高速摄像的粮食颗粒悬浮速度试验研究

利用高速摄像技术研究垂直管内气固两相流场粮食颗粒运动规律.本文以垂直管内粮食颗粒运动测量中的应用为例,在垂直管颗粒流动试验台及测试系统中,对粮食颗粒群流场进行了测试分析,采用高速摄像系统连续采集流场的图像,结合图像法进行图像的处理与分析.用该方法测定了几种常见粮食颗粒的悬浮速度,并分析了各种因素对颗粒群悬浮速度的影响,可为粮食气力输送机械的设计、优化提供参考依据.     

小麦籽粒三维摄像装置及理想籽粒摆放位置的研究

为了实现从三个相互垂直的方向对物料进行摄像，设计了适合较小尺寸物料的三维摄像装置。讨论了提取小麦籽粒粒形参数时籽粒的理想摆放位置，对摆放位置误差的产生原因进行了分析，并提出通过图像旋转以消除摆放误差的方法。     

玉米籽粒大小特征检测方法研究

提出一种自动获取玉米籽粒大小特征和总粒数的方法:通过振动给料机实现玉米籽粒快速喂料,利用输送带和线阵相机的无偏差匹配,准确获取玉米籽粒图像,对籽粒图像进行二值化、除杂、筛选、粘连籽粒分割等处理,测量玉米籽粒的粒长、粒宽和籽粒总粒数。研究了图像处理过程中不同阈值、不同粘连籽粒处理方法对测量结果的影响。对100个样品进行的试验结果表明:阈值数设定为24、采用平均面积法时,测量的误差最小,测量结果与人工测量值相比较,玉米籽粒总粒数、粒长、粒宽的相关系数分别为0.999 3、0.900 0、0.930 0,平均相对误差分别为0.26%、3.85%、3.63%。     

高速摄像技术在我国农业机械领域的应用探讨

高速摄像技术在现代社会中的应用范围逐渐扩大,其能够将高速运动变化过程中的空间信息和时间紧密联系在一起,从而对图像进行记录。在数十年的发展过程中,高速摄像技术已经从单纯的军事应用方面扩展到民用生产的各个方面,在农业机械领域也具有广泛的应用空间,并且取得了较高的技术成就。     

基于高速摄像技术的芦竹切割过程的研究

为探讨芦竹切割过程和切割特性,设计研制了基于高速摄像技术的芦竹收割机切割试验系统,包括锯齿回转链式切割试验装置、夹持输送装置和高速摄像图像采集与处理系统;开发了基于高速摄像技术的序列图像采集与处理软件系统,通过对拍摄图片的处理、观察与分析,得出了影响芦竹切割质量和切割效率的要素;提出了切割器完成芦竹切割的接触、切入和切断3个过程;通过系统的标定,建立了切断芦竹的运动轨迹。     

复杂条件下多玉米籽粒识别与统计方法研究

为提高复杂条件下多玉米籽粒的识别与统计效果,以图像处理为手段,在非均匀光照校正和噪声滤除的基础上,提出了新的图像阈值搜索范围和新的阈值判别准则,以寻找最佳阈值。采用改进的最大类间方差(Otsu)算法对玉米籽粒图像进行分割,结合基于连通区域的面积法对籽粒数目进行统计。试验结果表明:研究的新算法不仅缩短了运算时间,并且有效的去除了非均匀光照和噪声等因素的干扰,提高了玉米籽粒识别与统计的准确率。通过对50幅玉米籽粒图像进行算法测试,得出籽粒识别的平均准确率达到97%,说明了研究提供的籽粒分割与统计方法准确率高,对于种子千粒重等物料特性分析有重要的应用价值。     

一种基于图像分析的稻谷粒型性状 测量方法的建立及应用

建立了一种准确、高效率、高通量测量水稻粒型的新方法——图像分析测量法。利用扫描仪批量获取稻谷籽粒样品的数码图像,借助图像裁剪工具进行图像分割处理和Smart Grain软件进行图像分析获得粒型相关的指标数据,可简易快速测量大批量不同样品的籽粒粒长、粒宽、截面积和圆度等多个性状指标。对相同样品用手工刻度尺测量和Smart Grain软件测量所得的数据进行显著性检验,结果表明,在本试验中两种测量方法测定结果差异不显著,相关系数接近1,达到极强相关。新建立的水稻粒型测量方法,在水稻重组自交系群体多个粒型性状指标的高通量测量中得到应用,测量效率得到提高。     

红枣干燥设备的流场仿真研究

为了改善红枣干燥机内部流场的分布情况,以气体运动微分方程和标准k-ε湍流模型为基础,多孔介质模型代替物料层,利用计算流体动力学软件CFD对干燥室的流场进行了数值模拟,得到了热介质在干燥室内的流动情况及入口风速对物料层压降的影响.结果表明:干燥机入口风速为5~7m/s,可满足红枣干燥速率要求;气流进入干燥室后撞击壁面形成的涡流现象,导致物料层风速的不均匀;随着入口风速的增加,干燥室内的压力有所上升,与红枣上下层压降呈有规律的变化.通过对干燥机内部流场的研究,为红枣干燥机的设计改进提供科学依据.     

利用图像处理对滚筒料幕完整性分析的一种方法

为了研究烟草加工过程中滚筒内物料料幕的完整性,建立了一种图像分析的方法:通过适当的方法拍摄下滚筒内的物料料幕图像,使用Image-pro plus图像处理技术对图像处理、测量,比较固定截面内露出筒壁的面积占固定图像面积的比例。对图像特征进行量化,从而对不同条件(物料流量、滚筒转速等)下料幕的完整性进行比较,确定了较优的工艺参数。     

基于图像技术的小麦籽粒三维信息测量

为了实现小麦籽粒三维信息的快速测定,设计了一种利用图像分析技术测量小麦籽粒长、宽、厚信息的方法。利用麦粒最稳定极值区域(MSER)的长和宽,借助一定角度的光源使麦粒产生影子,根据不同厚度麦粒产生影子的宽度不同来测定籽粒的厚度,从而获得麦粒的三维信息。通过对4个不同小麦品种共256颗麦粒进行图像处理测量和游标卡尺测量实验,在比较两种方法的试验结果发现,两者测量麦粒长、宽、厚的相关性均较高,R2值均高于0.9,RMSE分别为0.0988、0.08413、0.0917。结果表明借助光源通过单幅二维图像可快速准确测量小麦籽粒三维信息,可为小麦籽粒三维信息智能化测量提供参考。     

基于含煤粉的煤层气管道管流数值模拟与分析

煤层气开发过程中,微细的颗粒随气流进入集输管网。颗粒的存在使管流形成气固两相流动,影响管路特性。采用模拟软件针对直管段及水平弯管进行气固两相流数值模拟,对管道系统的特性、操作条件和物料性质等影响气固两相流压力损失的主要因素进行了探讨,对连续相速度和压力分布特性以及颗粒运动轨迹进行了分析,得到气固两相流动的压力场、速度场分布,颗粒在管内的分布情况和运动轨迹,以及不同工况条件下的系统阻力和颗粒沉积分布规律,并结合煤层气现场含尘情况进行了数值模拟分析,结果表明：煤层气管道管流属于低浓度气固两相流,与纯气相单相流相比,颗粒弓J起的单位管长压降增幅低于2％。（图7,表1,参12）     

气固两相流管道流动阻力特性数值模拟

为掌握气固两相流的流动阻力特性,利用计算流体动力学软件CFX,对直管段及水平弯管进行气固两相流数值模拟。采用欧拉一拉格朗日法选择数值模拟计算模型,根据模拟对象工况,确定软件模拟条件。通过模拟,对管道系统的特性、操作条件、物料和气体的性质等影响气固两相管流压力损失的主要因素进行了探讨,对连续相速度和压力分布特性以及颗粒运动轨迹进行了分析,得到了气固两相管流的压力场、速度场分布,颗粒在管内的分布情况和运动轨迹,以及不同工况条件下的系统阻力和颗粒沉积量分布规律,并确定了在特定条件下能耗最小的经济流速。研究成果可为气固两相流的工程设计和理论研究提供参考。（图18,表2,参10）。     

木纤维脉冲-旋流气流干燥气固两相流分析及数值模拟

通过对脉冲-旋流气流干燥气固两相流分析及数值模拟的研究,采用欧拉-拉格朗日模型和计算流体力学软件Fluent对脉冲-旋流气流干燥机内部的气固两相流场进行了三维模拟,揭示脉冲-旋流气流干燥木质纤维的机理和传热传质特性。结果表明,加载物料后的气流速度变化明显,并且物料与气流速度有2 m/s左右的速度差,有利于传热传质。气流速度越大,物料停留时间越短。进料速度的增加会在旋流干燥器底部形成一个回流区,易造成物料的返流,并增加了物料在干燥机停留时间。通过对计算出的温度、速度、时间的曲线与实测值进行对比,二者最大相对误差小于10%,验证了fluent气固两相流模拟方法建立的脉冲-旋流气流干燥过程的数学模型是有效的。     

谷物气流清选系统的仿真研究

为研究微型谷物联合收割机清选系统的旋风清选筒内流场的运动状况,借助FLUENT软件,采用RNG k-ε模型模拟,基于SMPLEC算法,对切线入口的旋风分离筒内的压力场和速度场进行三维数值模拟研究.通过数值模拟得到旋风分离筒内部压力场基本呈轴对称分布;清选筒内速度分为旋流和竖直流动,其分界面大致为吸杂管壁面向下的延长线.采用拉格朗日离散相模型对清选筒内谷物脱出物的运动轨迹进行追踪,得到在吸杂口的气压为-900～-600 Pa时清选筒内具有较好的分离效果.     

简谐振动和简谐波中相位的分析

通过对相位深入具体地分析并结合按余弦规律运动物体的运动过程,对简谐振动及简谐横波的函数表示法和图象表示法做了系统研究,实践结果表明对已知图象写方程和已知方程画图象应用分析相位的方法简单可行。对教学研究是一种方便有效的方法。     

直接模拟蒙特卡罗方法在CFD冲蚀预测中的应用

为研究气固两相流中固体颗粒间碰撞对冲蚀的影响,提出一种利用直接模拟蒙特卡罗(Direct Simulation Monte Carlo,DSMC)方法和计算流体力学(CFD)计算颗粒间碰撞的冲蚀预测方法。使用Eulerian-Lagrangian方法,将气相作为连续相,通过Navier-Stokes方程求解,颗粒平移运动由离散相模型(DPM)求解。颗粒平移运动由Eulerian-Lagrangian框架下的DPM求解,计算颗粒间碰撞运动时采用DSMC方法以少量采样颗粒代替真实颗粒,碰撞的发生条件通过修正的Nanbu方法判定。分析气固两相流中颗粒间碰撞对弯管冲蚀速率和颗粒分布的影响,结果表明:使用DSMC方法计算颗粒间碰撞,Oka模型的平均百分误差从39.2%降低至27.4%;计算颗粒间碰撞时弯管内拱侧的无颗粒区变小,最大冲蚀位置沿外拱轴线后移5°,同时V形冲蚀痕迹的两翼向外侧扩大。使用DSMC方法计算颗粒间碰撞可以明显降低模型误差,考虑颗粒间碰撞的Oka模型与实验结果偏差最小,是冲蚀预测的最佳模型。     

基于多物理场耦合的热风干燥模型及其验证

热风干燥是多物理场耦合的过程,存在热风外环境和物料内部湿热迁移共同作用.在质量和能量守恒定律的基础上应用达西定律、菲克定律、傅里叶导热定律,分别构建了热风干燥过程中物料外部与内部的流场、温度场、质量场的控制方程及模型,描述了热风干燥过程中整个干燥室内的湿热传递规律.针对油菜籽热风干燥过程,基于COMSOL Multiphysics对干燥模型进行求解并进行了油菜籽热风干燥实验,以验证模型的有效性.结果表明:物料干基含水率的模型求解结果与真实实验结果最大相对误差为13.3%;在干燥过程中物料存在干区、湿区、蒸发区之分,干区与湿区被蒸发区分开,且蒸发区逐渐由物料外部向物料内部迁移;干燥过程中干燥室内水蒸气浓度先增大后减小,且干燥室中心区域水蒸气浓度比干燥室边缘区域高;物料平均温度在干燥初期迅速上升,中期上升速度逐渐减小,后期趋于平稳且接近热风温度;干燥室边缘区域风速比中心区域风速大,热风流场在极短的时间内达到稳态,其中心区域风速接近为0.     

偏移速度对旋风分离器内饲草颗粒轨迹影响的模拟

在农业应用中,饲草的干燥分离经常会用到旋风分离器,由于饲草颗粒的运动方向及速度都会对它的轨迹产生影响,进而影响分离及干燥的效率。为此,根据旋风分离器的工作原理,通过介绍离散相颗粒模型,气固两相流中固体颗粒的受力分析,最后基于fluent模拟,分析偏移速度对饲草颗粒运动轨迹的影响。结果表明偏移速度的改变对稀相固体颗粒运行轨迹的影响不大。模拟的结果起到避免陷入研究误区的作用,对农业中饲草的干燥及分离具有一定的指导和借鉴意义。     

From force fields to dynamics: classical and quantal paths

Reaction path methods provide a powerful tool for bridging the gap between electronic structure and chemical dynamics. Classical mechanical reaction paths may usually be understood in terms of the force field in the vicinity of a minimum energy path (MEP). When there is a significant component of hydrogenic motion along the MEP and a barrier much higher than the average energy of reactants, quantal tunneling paths must be considered, and these tend to be located on the corner-cutting side of the MEP. As the curvature of the MEP in mass-scaled coordinates is increased, the quantal reaction paths may deviate considerably from the classical ones, and the force field must be mapped out over a wider region, called the reaction swath. The required force fields may be represented by global or semiglobal analytic functions, or the dynamics may be computed "directly" from the electronic structure results without the intermediacy of potential energy functions. Applications to atom and diatom reactions in the gas phase and at gas-solid interfaces and to reactions of polyatomic molecules in the gas phase, in clusters, and in aqueous solution are discussed as examples.     

CFD 在油气储运工程领域的应用

当前，CFD 商用软件日渐增多及成熟，CFD 技术已成为油气储运工程领域非常重要的科研开发工具。对 CFD 技术在油气储运工程领域的应用现状进行梳理，介绍了 CFD 技术的基本原理、工作流程及其显示和输出的计算结果内容；分述了CFD 技术在管道不同运行方式、管道设备和附件、管道安全运行 3 个方面的应用及取得的成果。以全球第一个通过 ISO9001质量认证的 CFD 商用软件 CFX 对缩径直管段中气固两相管流流场的数值模拟为例，分析了气固两相管流流场特征以及颗粒的冲蚀情况，全面展示了 CFX 软件的模拟流程，对于 CFD 技术进一步有效应用于油气储运工程领域具有重要的现实意义。