澳洲坚果破壳工艺参数优化及压缩特性的有限元分析

为了提高澳洲坚果破壳整仁率,该文首先以加载速度、加载方向、果壳含水率为试验因素进行正交试验,以破壳后澳洲坚果果仁的整仁率为评价指标,优化出适宜澳洲坚果破壳的最佳工艺参数为:加载速率45 mm/min、沿水平向加载、果壳含水率6%~9%。在此破壳工艺下进行试验,得出澳洲坚果的整仁率最高可达93%。澳洲坚果果壳种脐向、宽度向、水平向的平均破壳力分别为1 018、2 274、1 173 N;弹性模量分别为32.24、68.63、39.65 MPa。说明澳洲坚果是各向异性的,宽度向的抗压能力最强。运用有限元方法对澳洲坚果的3个加载方向进行应力和应变分析,得出较佳的施力方向为水平向,与试验结果一致。故在设计破壳机时,施加于澳洲坚果的破壳力应不小于2 500 N,并应尽量使澳洲坚果沿水平向受力。研究结果为澳洲坚果破壳机的研制提供了理论基础。     

利用低场核磁共振技术无损检测澳洲坚果含水率

为探究澳洲坚果(Macadamia ternifolia F. Muell.)干燥过程中水分的变化规律,测定其干燥过程中的含水率,利用低场核磁共振技术研究了干燥过程中澳洲坚果的水分态及其分布,建立含水率与低场核磁总信号幅度的关系。结果表明:温度越高,澳洲坚果的干燥速率越大,达到恒质量的时间越短,但是比较干燥后澳洲坚果的品质发现变温干燥方式(30℃2 d→38℃2 d→45℃至结束)相对较好;在干燥过程中,自由水、半结合水的含量逐渐降低,结合水的含量先下降后有所上升;干燥过程中澳洲坚果内水分分布不均匀,水分由内向外扩散;拟合得到澳洲坚果含水率与低场核磁总信号幅度的线性关系方程的决定系数R~2为0.904,经检验该曲线预测性较好(平均相对误差为5.89%),结果表明低场核磁共振技术可以用作澳洲坚果含水率的快速无损检测。     

不同水肥处理下冬小麦冠层含水率与温度关系的研究

研究了不同水肥处理下冬小麦冠层含水率与冠层温度的关系。结果表明,随灌水量增加,冬小麦冠层含水率呈逐渐增加的趋势,灌水量达一定程度后,冠层含水率反而下降,冠层温度表现出与冠层含水率相反的趋势;冠层含水率与冠层温度呈显著负相关。两品种施氮处理冠层含水率均明显高于不施氮处理。“京冬8号”各施氮处理冠层含水率随施氮量增加呈逐渐降低的趋势,冠层温度则随施氮量增加而上升;其冠层含水率与冠层温度存在显著负相关关系。“中优9507”各施氮处理不具“京冬8号”的规律性,但其冠层含水率与冠层温度也呈负相关。用冠层温度反映冠层含水率具有较高的可靠性。     

灌木根系几何特性对拉拔力影响的试验研究

[目的]探究灌木根系几何特性对拉拔力的影响,为边坡防护植物物种的选择与植物价值的充分利用提供理论参考。[方法]以红叶石楠为例,通过对多根系形态的灌木根系进行室外拉拔试验,研究不同含水率、根系形态、二级侧根等情况对根土间相互作用力的影响。[结果]Y型根系和水平根系最大拉拔力随土壤含水率的增加呈对数和指数函数减小,而主直根系最大拉拔力随土壤含水率的增加呈先增大后减小的趋势,最优含水率在17.5%左右;Y型根系的最大拉拔力随Y型根系夹角的增加逐渐增大,而根系全段激活时间随根系夹角的增加呈现先减小后增大的趋势,在夹角为75°时最容易被激活;Y型根系及主直根系的最大拉拔力均随二级侧根数的增加呈线性增加,且主直根系最大拉拔力的增加趋势大于Y型根系。主直根系在土壤含水率为10%,20%,25%时,拉拔曲线呈拉拔硬化型,含水率为15%时,拉拔曲线呈拉拔软化型;水平根系和Y型根系在含水率为15%,17.5%时,拉拔曲线呈拉拔硬化型,含水率为20%,22.5%,25%时,拉拔曲线呈拉拔软化型。[结论]根系形态与含水率是影响根系拉拔力的关键因素,根系形态越复杂,拉拔力越大;含水率越高,拉拔曲线逐渐由硬化向软化型转变。     

红树林多孔介质阻力模型与消波效果仿真分析

滩涂植被的防风消浪对堤岸保护具有重要作用,该研究根据动量守恒方程和多孔介质源项为速度的冪率方程,建立红树林多孔介质水流阻力数学模型,并利用计算流体动力学软件Fluent分析不同影响因子对红树林水流的阻力效果,结果显示:林带疏透度、宽度及水深与消波效应具有密切关系,其中,林带宽度的消波效应更明显;波速随疏透度的增加起初呈现急剧增加的趋势,当疏透度大于0.4时,波速变化较平缓;随着林带宽度增加,波速呈不同程度下降趋势,4参数Logistic方程拟合结果显示,波速随林带宽度增加呈反S型曲线下降。该研究可为红树林抗浪效果与性能评价提供参考。     

不同供磷水平下澳洲坚果幼苗排根发生及其磷素利用

水培试验测试了澳洲坚果幼苗在6个供磷水平下排根的产生及对磷素利用情况, 结果表明: 随供磷量的升高(0.2~3.2 mol·L^-1), 澳洲坚果幼苗排根产生量、植株干重和排根占根系干重的比例均呈下降趋势; 供磷量由0.2 mol·L^-1升至1.6 mol·L^-1, 非排根酸性磷酸酶活性呈升高趋势, 排根酸性磷酸酶活性变化与非排根相反, 排根酸性磷酸酶活性平均比非排根高72.86%; 全磷含量为叶片>根系>茎, 0.2 mol·L^-1处理的澳洲坚果幼苗根系、茎秆和叶片全磷含量均高于其他处理; 与不施磷相比, 一定供磷量(0.2~0.4 mol·L^-1)可降低非排根酸性磷酸酶活性, 提高排根产生量、植株干重、排根占根系干重的比例和排根酸性磷酸酶活性, 进而增加澳洲坚果幼苗根系、茎秆和叶片全磷含量, 最终提高植株磷含量。在0~1.6 mol·L^-1供磷量下, 澳洲坚果幼苗排根产生量与植株干重、排根占根系干重的比例及茎秆、根系、植株磷含量呈显著和极显著正相关, 与排根酸性磷酸酶活性、叶片全磷含量呈90%以上正相关。     

麦冬和多花木蓝根系抗拉拔特性试验研究

[目的]揭示麦冬和多花木蓝根系根土界面的抗拉拔力特性,为根土界面摩擦特性的进一步研究提供依据。[方法]通过控制5个梯度的土壤含水率,采用直接施加垂直拉拔荷载的单根拉拔试验方法。[结果]麦冬和多花木蓝单根的最大抗拉拔力随根径的增加而增大且呈非线性幂函数关系;在相同土壤容重条件下,麦冬和多花木蓝单根的最大抗拉拔力随土壤含水率的增加而呈先增加后减小的趋势。在土壤含水率介于一定范围内时,多花木蓝根的最大抗拉拔力大于麦冬根的最大抗拉拔力,而在其它土壤含水率条件下,麦冬根的最大抗拉拔力大于多花木蓝根的最大抗拉拔力;并发现麦冬根的最大抗拉拔力的最大值在含水率为10.43%附近,而多花木蓝根的最大抗拉拔力的最大值则在含水率为13.00%附近。[结论]根径、土壤含水率和植物种类影响根土界面的抗拉拔力。     

紫色土坡耕地埂坎土壤抗剪性能对含水率的响应

选取三峡库区典型紫色土坡耕地埂坎进行试验,通过室内三轴试验研究不同含水率(质量分数6%、11%、16%、21%、26%和31%)对埂坎土壤抗剪强度指标的影响,以深化紫色土坡耕地埂坎力学性质研究。结果表明:1)试验含水率范围内,紫色土坡耕地埂坎土壤黏聚力受含水率影响显著(P0.05),且随着含水率增加呈现出先增大后减小的趋势,明显的峰值出现在含水率质量分数11%左右,黏聚力为85.52 k Pa;2)埂坎土壤内摩擦角随含水率增加而减小,呈非线性衰减,符合一阶指数衰减规律。高含水率时,衰减缓慢;3)紫色土坡耕地埂坎抗剪强度受含水率变化影响显著(P0.05),埂坎土壤极限主应力差随含水率和围压的变化明显且具有规律性。相同围压下,埂坎土壤极限主应力差随含水率增大而迅速减小,即土体的抗剪强度降低。相同含水率下,极限主应力差随围压增大而增大,低含水率时增加明显,高含水率时增加缓慢。当含水率质量分数达到26%左右,埂坎土壤抗剪强度趋于低值;4)紫色土埂坎土壤的应力-应变曲线随含水率递增依次呈现应变软化型、硬化型和弱硬化型。研究结果可为三峡库区高标准基本农田等工程的埂坎建设提供依据和技术支撑。     

库布齐沙漠含水率对风沙运动影响的风洞模拟

采用室内分析和风洞模拟试验的方法,研究了不同风速下库布齐沙漠沙丘沙含水率对粗糙度、风速廓线和风沙流结构变化的影响。根据风洞实际动力情况,确定试验进口风速为6,8,10,12,14,16m/s;除干沙外,人工配制了含水率为0.25%,0.5%,1.0%,1.5%,2.0%,2.5%6组不同湿度的沙样,分别开展了风洞模拟试验。结果表明,地表粗糙度随着风速的增加而增大,但随湿度的增加整体呈减小趋势;试验所包含的湿度范围内,其风速廓线均随高度呈对数分布,随风速的增大,风速廓线的对数规律越好,风速梯度逐渐减小;湿度越大输沙率随风速增加的绝对量变小,但相对量有所增加;随着湿度的增加输沙率呈整体下降趋势;不同湿度输沙率都出现随高度增加而减少的趋势,当湿度达到2.5%时,不管任何高度风蚀过程几乎停止;干沙输沙量80%集中于近地表5cm内,但随着湿度增加,5cm以上输沙率所占比重呈增加趋势,当湿度介于0.25%~1.5%时,地表5~8cm之间输沙量占总输沙率的30%以上。说明在地表含水率较高的库布齐沙漠,采用格状沙障等增加地表粗糙度的机械防沙措施能收到比西部沙漠和戈壁地区更为理想的效果,而且采用固沙措施的高度也应高于干沙地区。     

初始含水率对三趾马红土失水收缩特性影响

三趾马红土胀缩特性明显,其失水收缩开裂对天然斜坡和工程边坡稳定性影响显著。利用设计的试验监测装置,开展不同初始含水状态三趾马红土重塑样的干燥脱湿试验,并运用数字图像定量处理技术获得试样干缩变形的动态定量数据,得到以下结论:（1）三趾马红土试样失水曲线呈现明显的3个阶段:快速失水期、减速失水期和残余失水期,且失水曲线受初始含水率影响显著,初始含水率越大,试样失水速率相对越快,失水过程越剧烈;（2）三趾马红土试样收缩曲线呈现明显的4个阶段:快速收缩阶段、减速收缩阶段、残余收缩阶段和零收缩阶段,且收缩曲线受初始含水率影响显著,初始含水率越大,收缩过程越剧烈,最终径向收缩应变越大;（3）三趾马红土试样的最终收缩应变与初始含水率呈良好线性关系。     

适于开口带壳果加工的澳洲坚果桂热1号采收期的确定

为探明广西澳洲坚果主栽品种桂热1号(简称桂1)不同采收期果实品质和开口效果变化规律,确定开口带壳果加工的最适采收期,本试验以Ⅰ(8月20号)、Ⅱ(8月30号)、Ⅲ(9月9号)、Ⅳ(9月19号)4个采收期(正负误差1 d)的澳洲坚果果实为材料,测定开口合格率、离壳率、完整果仁率、脂肪含量、总糖含量、蛋白质含量、氨基酸含量,再对内含物指标及开口效果指标进行变异性分析、相关性分析、逐步回归分析、综合评价。结果表明,4个采收期澳洲坚果的开口合格率在98.57%以上,离壳果率在55.67%以上,完整果仁率在75.67%以上,蛋白质含量在8.52 g·100g^-1以上,总糖含量在2.92 g·100g^-1 以上,脂肪含量在76.23 g·100g^-1以上,氨基酸比值系数分在72.14以上。尽管采收Ⅰ期澳州坚果的完整果仁率不如其他采收期,但其果实品质指标与其他采收期无显著差异,果实开口合格率、离壳率较其他采收期好,综合评价得分最高,因而认为在采收Ⅰ期采收桂1澳洲坚果果实最适于开口带壳果加工。本研究为确定澳洲坚果桂热1号果实最佳采收期提供了理论依据。     

Characteristics of in-shell Brazil nuts and their relationship to aflatoxin contamination: criteria for sorting

External characteristics of in-shell Brazil nuts were evaluated for dimensions (length and face width), weight, chromaticity, and shell thickness. The internal characteristics evaluated were moisture content (mc), aflatoxin contamination (analyzed by LC-MS/MS), and shell/nut ratio. According to their length, Brazil nuts were classified in three groups: I, II, and III, corresponding to large, medium, and small sizes, respectively. It was possible to establish the following parameters as standards for normal/healthy nuts: length (53.2, 43.9, and 36.6 mm), weight (12.9, 8.8, and 6.3 g), and shell chromaticity components (L*, 38.3, 39.5, and 41.6; a*, 8.0, 7.9, and 7.8; and b*, 17.6, 18.0, and 18.7), for the three groups, respectively. The mean of shell thicknesses were 1.92 and 2.68 mm taken from each face and nut top. The nuts, classified as small (Group III), presented aflatoxin B1 contamination at a level of 5.62 microg/kg. The Groups shell/nut ratios were 1.2, 1.2, and 1.3 for normal whole and healthy nuts. No aflatoxin was detected in Groups I and II. The data obtained from the Brazil nut measured characteristics can help to distinguish healthy/safe and deteriorated nuts and will be useful for Brazil nut sorting and machine development.     

不同成熟度芡实的力学性能试验分析

随着芡实种植和消费量的增大,芡实生产的机械化要求逐渐成为芡实发展的瓶颈,其中芡实破壳机械设备的研制成为芡实产后加工过程中的一个关键问题。为给芡实破壳机械设计提供依据,对不同成熟程度芡实进行了压缩和剪切试验,分析芡实的成熟程度及受力方向对其力学性能的影响。试验结果表明,芡实在压缩和剪切试验中破裂所产生的受力载荷—变形曲线是相似的,但裂纹的产生部位和扩展方式不同;芡实破裂时的破壳力、变形量、应变能及应变能密度都随其成熟度的增加而增大;理论上垂直于芡实脐眼方向进行剪切破壳加工相对较容易。试验结果为芡实破壳机械设备的研发提供了参数依据。     

不同含水率高易溶盐含量的伊犁黄土流变特性

流变学研究方法可以揭示黏弹性物质的流动和变形规律,常被应用于土体结构的力学稳定性及长期变形参数研究。为了深入探究伊犁黄土类土的黏弹性和结构稳定性,该研究采用流变仪对不同含水率和易溶盐(Na₂SO₄)含量的伊犁黄土类土进行了稳态和动态流变试验,引入Bingham模型对小剪切速率下的流变曲线进行了拟合,并分析解释了稳态和动态流变试验的演化过程。同时,讨论了含水率及易溶盐含量对稳态和动态流变参数的影响规律,定量分析了流变参数与各变量之间的关系。结果表明：稳态剪切过程中土体由固态向类固态转化,并最后趋于流态,具有剪切变稀行为;随着含水率及易溶盐含量增大,屈服应力和黏度均减小,且屈服应力在300～1 100 Pa之间。随着含水率和易溶盐含量增大,动剪切强度参数和黏弹性参数均线性减小,土体的结构稳定性降低。当剪切应变小于0.1%时,土体处于线性黏弹区,损耗因子变化不大;剪切应变大于0.1%时,损耗因子逐渐增大。高含水率及高易溶盐含量的土壤最先到达屈服点,说明高含水率和高易溶盐含量不利于土体结构的稳定性。随着含水率的增大,易溶盐含量对流变参数的影响程度变小...     

花岗岩崩岗红土层土体胀缩特性研究

为研究崩岗土体因水分变化而发生干湿胀缩的特性,采集福建省安溪县典型崩岗区的红土层土样,通过室内无荷膨胀试验和收缩试验,分析不同初始干密度(1.3,1.4,1.5 g/cm^3)、不同初始含水量(15%,20%,25%和30%)下土体的无荷膨胀率和线缩率。结果表明:当含水量较低时,初始干密度越大土体膨胀率也越大;当初始干密度相同时,土壤膨胀率随其初始含水率的增大而减小。当初始含水率相同时,土样膨胀率随其初始干密度的增大而增大。不同处理的土样收缩过程有一定差异,初始含水率高的土样线缩率大,土壤膨胀和收缩过程不一致,且均为不可逆过程。该研究结果在一定程度上揭示了土壤含水率和干密度与崩岗侵蚀之间的关系。     

山核桃坚果分段变功率微波干燥工艺参数优化

为了提高山核桃干果品质、缩短干燥时间和降低干燥能耗,以前期微波功率密度、转换点含水率和后期微波功率密度为试验因素,对山核桃坚果分段变功率微波干燥工艺进行了试验研究。通过单因素试验,研究了山核桃坚果微波干燥特性,确定了山核桃坚果微波干燥各因素合适范围。通过三因素五水平的二次回归正交试验,建立了三因素与失水速率、单位质量干燥能耗以及干燥后物料蛋白质保存率、不饱和脂肪酸保存率、感官品质指标综合分值的二次回归数学模型,分析了三因素对各指标影响的显著性。利用多目标非线性优化方法,确定了山核桃坚果分段变功率微波干燥的最佳工艺参数组合,即前期干燥微波功率密度为6.5 k W/kg,转换点含水率为23.4%(干基),后期干燥微波功率密度为3.3 k W/kg。在此条件下,山核桃坚果失水速率为4.072%/min、单位质量干燥能耗为3.467 k W·h/kg、蛋白质保存率为92.15%、不饱和脂肪酸保存率为91.63%、感官品质指标综合分值为35.28分。研究结果为山核桃坚果干燥加工生产提供一定的理论依据。     

Shrinkage Evaluation of Five Different Varieties of Coffee Berries during the Drying Process

The objective of this work was to evaluate the effect of moisture content variation on reduction of superficial area, volume and equivalent sphere diameter of coffee berries. Four varieties of Coffea arabica (cv Catuaí Vermelho, Catuaí Amarelo, Mundo Novo and Catimor) and one variety of Coffea canephora (cv Conilon) were used. From the results obtained, it was concluded that moisture content in the coffee berries affects its physical properties causing significant decrease of the superficial area, volume and diameter of the equivalent sphere during a drying process. The varieties of coffee had different shrinkage behaviour. The Conilon coffee had the highest level of berry shrinkage, the volume decreased 35% during the drying process from 1·38 to 0·12 dry basis (d.b.) berry moisture content. The shrinkage behaviour during the drying process was well explained by a polynomial model with coefficient of determination greater than 90%.     

苹果冷冻-热风联合干燥体积收缩机制

为降低冻干苹果能耗,同时获得具有良好外观的脱水产品,该研究将冷冻-热风联合干燥应用于苹果脱水加工,并从水分迁移角度探究此过程中产品的收缩机制。选取4个水分转换点（干基含水率分别为1.00、0.76、0.53和0.33 g/g）对苹果进行联合干燥处理,并对脱水产品收缩率、质构特性、微观结构、孔隙分布及样品在热风干燥阶段的水分迁移与分布进行测定及分析。结果表明,联合干燥样品的收缩情况显著（P<0.05）优于单一热风干燥样品,且转换点对样品收缩率影响较大（收缩率6%～45%）,当转换点干基含水率低于0.53 g/g时,联合干燥样品没有出现明显的体积收缩现象。随着转换点干基含水率的升高,样品的收缩程度增大,并出现不同程度的中心塌陷,且孔隙率逐渐减小,但相应能耗降低。产品收缩主要发生在热风干燥过程的升速阶段,在此阶段样品自由水含量大幅减少,结合水与不易流动水未发生明显改变,样品内部水分在湿度差的作用下向表面迁移,这是导致联合干燥样品发生体积收缩的关键机制。该研究结果可为冷冻-热风联合干燥高效生产良好外观的脱水苹果提供数据支撑及理论参考。     

生物多孔介质热风干燥数学模型及数值模拟

为了研究生物多孔介质在热风干燥过程中的热质传递机理以及其内部应力应变分布规律,根据生物多孔介质中温度、水分及应力之间复杂的耦合关系,基于菲克扩散定律、傅立叶导热定律和热弹性力学理论,建立了对流干燥条件下,含湿多孔介质内部传热传质过程热-湿-力双向耦合的数学模型。采用有限差分法编制相应的计算程序,对其进行数值计算,数值结果与马铃薯和胡萝卜对流干燥试验结果之间的相对误差均小于5%;进一步分析了干燥特性曲线,以及温度、干基含水率和应力应变的时空分布;最后分析了风温、风速等干燥条件以及多孔介质厚度对干燥过程的影响,结果表明:在一定试验条件下,风温越高,风速越大,切片厚度越薄,干燥时间越短。研究为改善生物多孔介质热质传递现象物理机理的理解提供参考。     

基于分焦平面偏振成像的冬青卫矛含水率快速无损检测

针对目前在植物含水率检测中存在的使用场景受限、含水率检测不及时等问题,该研究搭建了一套基于分焦平面偏振相机的偏振成像系统,通过对偏振成像信息的解析建立了线偏振度这一物理量与含水率的依赖关系,揭示了偏振光与植物内水分间的相互作用机理,实现了对冬青叶片含水率的快速、无损检测。结果表明：1）针对于不同月份、晴雨天气条件以及不同部位这3种不同影响因素下的冬青卫矛叶片,都可以通过线偏振度来反映其含水率情况,其统一表现为随着含水率的梯度降低,线偏振度逐渐增大;2）该研究通过采集大量的植物叶片建立预测模型,含水率与线偏振度存在较强的负相关关系,决定系数达到0.85,均方误差仅为0.45%;3）另取叶片对含水率检测模型进行验证,结果表明该模型在含水率检测的验证中均方根误差为4.53%,即可以通过线偏振度表征叶片的真实含水率。该研究成果在推动光学手段在植物健康状态检测的进程中具有应用价值。