杏鲍菇转轮除湿热泵干燥系统结构设计及工艺参数优化

为了实现农产品低湿节能干燥,分析了典型转轮除湿干燥模式,基于能耗高、结构不合理等问题,开展转轮热泵联合除湿干燥系统优化设计与试验研究,研制出转轮除湿热泵干燥机。为了检验并提高转轮除湿热泵干燥机的作业性能,该文以杏鲍菇为研究对象,以降低杏鲍菇色差、除湿能耗比,提高复水性为目标,运用Box-Benhnken中心组合试验设计理论,对再生温度、干燥温度、转换点相对湿度影响其干燥品质与能耗的因素开展响应面试验。通过数据分析,建立了响应面模型,结合四维渲染图分析了上述3个考察指标受3个试验因素取值变化的影响机制,同时对各影响因素进行了综合优化与试验验证。结果表明,3个模型的R2均大于0.98,试验因素对干燥品质及能耗有较大影响,当再生温度87℃,干燥温度50℃,转换点相对湿度45%时,杏鲍菇复水比4.028,色差22.89,除湿能耗比(specific power consumption,SPC)2 633 k J/kg,与预测绝对值误差均低于6个百分点。该研究为转轮除湿热泵干燥设备的设计及干燥工艺优化提供参考。     

规模化好氧堆肥底部曝气系统管道内流场仿真与试验

规模化好氧堆肥通过微生物的作用将较大堆体中的有机物质分解,转变成为稳定的腐殖质,是解决畜禽粪便污染问题实现其资源化利用的有效途径。底部曝气作为规模化好氧堆肥工程实施的关键研究对象。有效设计底部曝气系统可提高输氧效率,抑制局部厌氧环境的形成,改善堆肥环境。该研究基于4种规模堆体（48、90、180、270 m³）所需风机和管道参数;建立了底部曝气系统流场模型,模拟分析了通风管道内及通风孔处的流速分布;并依据实例进行了深入分析。结果表明,对于较小规模堆体（48、90 m³）,不同布风方式对管道内和通风孔处流速分布的均匀性影响不大,而渐密布孔相比于均匀布孔可以提高其均匀性。对于较大规模堆体（180、270 m³）,可通过铺设多排管道的方式来提高其均匀性,其中四管相比于三管可以减少10 %的动能损失;基于对工厂100 m³堆体的实例仿真,发现仿真得到的流速与实际测量值没有显著差异,该研究结果可为后续工程建设提供理论依据和数据支撑。     

太阳能除湿系统中混合盐溶液的除湿/再生效率

太阳能混合盐溶液除湿技术,是工农业生产中空气除湿降温的关键技术难题,而系统的除湿/再生效率又是整个系统的核心问题。该文利用已建立的太阳能混合盐溶液（CaCl2和LiCl）除湿/再生试验台,测量并分析了除湿器进、出口空气的含湿量与除湿效率的计算关系;研究了再生热源温度与再生量、扩散系数以及再生效率的关系。结果表明：随着太阳能集热器热源温度的升高,再生量、扩散系数、再生效率三者都会相应的升高。当再生热源的温度为104℃时,再生空气含湿量的增量可以达到10 g/kg,扩散系数最高可到0.277 cm2/s,再生效率为55%;但是当热源温度低于50℃时,系统将无法再生,因此太阳能混合盐溶液除湿系统的有效再生热源温度不低于70℃。根据Chung提出的除湿效率计算模型,得到了太阳能混合盐溶液除湿系统叉流绝热型除湿器的除湿效率公式并得到了验证,经过计算叉流绝热型除湿器的除湿效率为56.8%。该研究为温室等设施除湿技术提供了研究基础。     

装配加温除湿系统的轻简装配式日光温室设计及性能试验

针对中国传统日光温室土地利用率低、建设成本高、墙体构造各异及温度和湿度环境难以调控等突出问题,该研究设计出一种轻简装配式日光温室,并配套了基于温室主动蓄放热原理的冬季夜晚加温和除湿系统,其温室骨架可与主动蓄放热系统结合为一体。研究结果表明:相比于传统砖墙日光温室,轻简装配式温室冬季夜晚温度提高4.5℃以上;采用基于主动蓄放热系统热能的除湿系统,可将温室夜间相对湿度降低14%,相对湿度控制在80%以下;该温室可实现整体式装配安装,大大减少了施工时间和安装成本,温室后墙厚度为166 mm,与后墙为600 mm厚的砖墙温室相比,墙体占地面积减少72%,显著提高了土地利用率。     

小区播种机存种装置参数试验及优化

为了提高小区播种机存种装置对作物种子的分散均匀性,该文以小区播种机存种装置为研究对象,采用正交旋转组合试验设计方法,研究与存种装置相关的试验因素—存种装置直径d、存种装置提升高度h、前进速度v对黑芝麻、白菜、油菜、小麦、大豆种子分散均匀性的影响。通过DPS 7.05数据处理系统获得了存种装置直径、存种装置提升高度、前进速度对小区播种机存种装置分散种子均匀性的影响回归方程,获得了试验因素的影响大小次序,并通过分析确定了5种作物对存种装置结构及工作环境的最佳参数,在各自最佳工作条件下,黑芝麻、白菜、油菜、小麦、大豆种子分散均匀性变异系数分别为2.2121%、1.0388%、0.9198%、2.6328%、2.7188%。在权重相同的条件下,5种种子整体最佳试验参数为：存种装置直径0.0634 m,存种装置提升高度0.013 m,前进速度1.4524 m/s。在该条件下,黑芝麻、白菜、油菜、小麦、大豆种子分散均匀性变异系数分别为2.4741%,1.3008%,1.1818%,2.6415%,2.9808%。该研究对改进存种装置对作物种子的适应性,提高小区播种均匀性有一定的实用价值。     

南方温室内空气循环式蓄热除湿系统的保温效果

为探索南方温室内空气循环式蓄热除湿系统的保温效果,设置了空气循环式冷凝除湿（冷凝处理）、土壤地面地膜覆盖降湿（覆盖处理）和普通换气除湿（对照）三种处理,观测了不同条件下温室内的气温和地温变化数据。结果表明：在晴天除湿系统运行期间,冷凝处理温室内下层气温明显比对照和覆盖处理的高,分别高0．9—2．7℃和0．2～1．7℃;在阴雨天（不启动除湿系统）,冷凝处理温室内各层的气温均高于或等于对照和覆盖。典型晴天,冷凝处理的5cm、10cm、15cm、20cm地温比对照分别高1．0～2．1℃、1．0～1．5℃、1．2～1．5℃、1．4～1．6℃。全年气温最低的1月份,冷凝处理温室下层的日平均气温均高于对照和覆盖,分别高0．1～2．3℃和0．1～1．5℃,其中高于0．5℃以上的天数分别为17d和18d。说明在南方地区冬季,空气循环式冷凝除湿系统具有明显的保温效果。     

考虑工作压力的垂直摇臂式喷头可调结构参数优化与试验

为了使垂直摇臂式喷头运行时处于最优水力性能状态,采用中心复合试验设计与响应曲面分析对喷头的可调工作参数进行优化研究。以配重与旋转中心的距离、工作压力和喷嘴直径为变量,以喷灌变异系数、平均喷灌强度、正方形布置均匀系数和正三角形布置均匀系数为响应指标,建立了不同响应指标与变量的多元回归模型,研究了各因素及其交互作用对不同响应指标的影响。利用回归模型进行单目标与多目标的参数优化,并对其进行试验验证。结果表明:各因素对喷灌变异系数的影响顺序依次是:工作压力、喷嘴直径、配重与旋转中心的距离;对平均喷灌强度的影响顺序依次是:喷嘴直径、配重与旋转中心的距离、工作压力;对正方形布置均匀系数的影响顺序依次是:工作压力、配重与旋转中心的距离、喷嘴直径;对正三角形布置均匀系数的影响顺序依次是:工作压力、配重与旋转中心的距离、喷嘴直径。多目标优化下的最佳组合参数为:配重与旋转中心的距离116 mm、工作压力543 k Pa、喷嘴直径12.6 mm,其对应的喷灌变异系数、平均喷灌强度、正方形布置均匀系数和正三角形布置均匀系数分别为:0.27、6.37 mm/h、87.60%、87.93%,预测值与试验值的误差小于5%,预测回归模型具有较高的可信度。该研究可为垂直摇臂式喷头的设计以及合理调节配重与旋转中心的距离、工作压力和喷嘴直径使喷头运行时处于最优水力性能提供参考。     

考虑滴头堵塞位置的灌水均匀系数模型优化

为准确评价堵塞对滴灌工程灌水均匀性的影响,从确定采样点布置方式入手,利用HYDRUS-2D模拟不同堵塞情况下的土壤水分状况,首先分析灌水均匀性与土壤水分分布均匀性之间的关系,然后以土壤水分分布均匀系数为依据,在考虑滴头堵塞位置的基础上对灌水均匀系数模型进行优化,最后通过温室灌溉试验进行验证。结果表明,取样点布置方式对土壤水分分布均匀系数影响显著,适宜的取样间距和深度分别为60 cm及地表下20 cm。土壤水分分布均匀系数与不同灌水均匀系数之间存在良好的线性关系,且随着堵塞滴头数量的增加,堵塞滴头位置分布情况对土壤水分分布均匀性的影响增大。小区灌溉试验结果表明,当堵塞滴头数量较多时,土壤水分分布均匀系数与考虑滴头堵塞位置的优化灌水均匀系数具有较高的相关性,优于原指标,可较好反映由堵塞滴头位置改变引起的土壤水分分布均匀性变化,故在评价滴灌系统灌水均匀性时宜使用优化均匀系数。     

保鲜运输车温度场分布特性试验研究

为解决果蔬保鲜运输车厢体内温差过大的问题,搭建了基于压差原理的保鲜运输温度场试验平台。通过改变回风道风速、回风道长度、开孔隔板开孔率、堆栈方式、气流导轨等影响气流形式的因素,研究了这些因素对保鲜运输车厢温度场分布的影响。结果表明：回风道风速越大,回风道越长,保鲜厢内的温度场均匀性越好;堆栈方式为中间两侧留空时,厢体内温度场均匀性优于仅中间留空、两侧留空和满载等3种堆栈方式;开孔隔板开孔率对保鲜室中横截面温度场均匀性的影响较大;有气流导轨时的温度场均匀性优于无气流导轨时。当回风道长度为1.5 m,回风道风速为8 m/s,开孔率为16.11%,堆栈方式为中间两侧留空,有气流导轨时,保鲜运输车厢内的温度场均匀性较优,此时保鲜室内中纵截面温度分布的标准差为1.15℃,中横截面温度分布的标准差为2.04℃。研究结果为果蔬保鲜运输车的厢体结构优化提供参考。     

基于分层模型的溶液除湿谷物就仓干燥系统性能及能耗

为实现安全、高效且节能的粮食干燥过程,发展就仓干燥新型技术,该研究提出一种基于分层模型的热泵驱动溶液除湿谷物就仓干燥系统,建立并验证系统中各部件数学模型,模拟了粮堆高度3m、初始水分0.2的稻谷采用通风量为120 m3/(h·t)在空气温度20～32℃,相对湿度55％～80％的不同室外天气参数下干燥致顶层稻谷达到安全水...     

葡萄园反转双旋耕轮开沟机的研制

开沟施肥是葡萄园生产过程中的重要环节。传统的葡萄园开沟施肥通常是人工挖掘填埋,劳动强度大,工作效率低。为了提高开沟效率,通过对葡萄园环境及其开沟农艺要求的分析,设计制造了一种驱动型葡萄园小型开沟机,该机为旋耕刀以反转方式进行开沟工作,抛出的土由挡土导流板引导落在沟的两旁。对开沟机进行的性能试验结果表明:该开沟机2次作业开出的沟深可达500mm左右,沟宽超过200mm,且沟壁光滑、沟型整齐平直、沟中残留碎土少,满足葡萄园农艺要求;该机开沟部件碎土、抛土性能好,整机操作灵活,能适应葡萄园管理要求,也可用于其他果园、茶园、农田等开沟作业;该开沟机成本低,经济效益较好。     

Development of vineyard ditcher with reversal twin rotary tillage wheels

开沟施肥是葡萄园生产过程中的重要环节。传统的葡萄园开沟施肥通常是人工挖掘填埋,劳动强度大,工作效率低。为了提高开沟效率,通过对葡萄园环境及其开沟农艺要求的分析,设计制造了一种驱动型葡萄园小型开沟机,该机为旋耕刀以反转方式进行开沟工作,抛出的土由挡土导流板引导落在沟的两旁。对开沟机进行的性能试验结果表明：该开沟机2次作业开出的沟深可达500 mm左右,沟宽超过200 mm,且沟壁光滑、沟型整齐平直、沟中残留碎土少,满足葡萄园农艺要求;该机开沟部件碎土、抛土性能好,整机操作灵活,能适应葡萄园管理要求,也可用于其他果园、茶园、农田等开沟作业;该开沟机成本低,经济效益较好。     

柴油转子发动机的全可变配气系统优化

柴油转子发动机作为动力源头在农业领域中被广泛运用,为使其配气端口的设计与优化向系统化发展,进一步提升转子发动机的性能,提出了配气端口参数化设计及优化方法。根据柴油转子发动机的特性,建立配气端口曲线方程,采用6个配气参数构建转子发动机全可变配气的参数化模型和一维工作过程仿真模型。采用单因素扫值和响应面法,建立了功率及燃油消耗率的回归模型。以功率和燃油消耗率为性能指标,采用NSGA-II方法对全可变配气端口系统进行了多目标优化。研究结果表明,采用单因素扫值和响应面法相结合的方法,响应面回归模型的相关性系数大于0.95,具有良好的准确性与预测性;优化后,进气端口向前移动19.21°曲轴转角(Crank Angle, CA),进气口持续期增大了78.40%,端口宽度扩大了58.89%;排气端口向后移动19.92°CA,持续期不变,端口宽度扩大了46.60%;功率增加了1.07 kW、提升了25.36%,燃油消耗率降低了104.46 g/(kW·h),降低了20.01%。该研究可为转子机配气系统的设计与优化提供参考依据。     

猕猴桃切片微波真空干燥工艺参数的优化

为了提高水果干燥效率、干制品质量和降低干燥能耗,以猕猴桃切片为对象,进行了微波真空干燥试验。通过单因素试验,研究了微波功率、物料厚度、干燥室压力对猕猴桃切片干燥特性的影响。通过3因素5水平的二次回归正交试验,分析了微波功率、物料厚度、干燥室压力与猕猴桃切片干制品复水率、叶绿素含量、维生素C含量及单位耗电量的关系,建立了各指标与试验因素间的回归数学模型,并利用多目标非线性优化方法,确定了猕猴桃切片微波真空干燥最优工艺参数。结果表明：在微波功率为6.54 W/g、切片厚度为6.16 mm、干燥室压力为76.8 Pa的条件下,微波真空干燥猕猴桃切片的能耗最低,同时干制品质量也得到保证。     

太阳能蓄热水箱运行工况优化

为寻求适应乌鲁木齐地区太阳能资源实际情况的最优蓄热水箱结构并确定不同时段的最佳运行工况,该研究对25种不同工况下太阳能蓄热水箱内的流动与传热过程进行数值分析。结果表明:球顶结构的水箱热分层效果最好,平顶结构的水箱热分层效果最差。在11:30、13:00、15:00、16:20和18:00,冷水入口流速0.42、0.42、0.1、0.18和0.26 m/s时,球顶结构的蓄热水箱无量纲?值最小,分别为0.879、0.873、0.879、0.881和0.874,水箱的热分层效果最好。以蓄热水箱的瞬时换热效率作为评价指标,对考察的5个时刻,球顶结构的水箱的瞬时换热效率均在冷水入口流速0.1 m/s时达到最大值,蓄热效率最高。如果只采用蓄热水箱供暖,水箱的冷水入口流速下限值为0.26 m/s;对于冷水入口流速低于0.26 m/s的工况,可采用水箱并联或者水箱与电加热锅炉联合运行模式。研究结果可为不同气候条件下太阳能热水利用系统的优化运行提供参考。     

旋耕刀三向工作阻力试验及作业参数优化

以普通C型旋耕弯刀为研究对象,分析了影响刀具三向工作阻力的作业因素,确定了刀具弯折角A、刀具幅宽B、耕深C、相位角D、前进速度E等主要试验因素,以单位幅宽工作阻力为试验指标.在试验土槽模拟南方红壤黏土环境,进行L18(37)正交试验,对试验结果进行极差分析、显著性检验、k值分析及线性回归建模.结果表明试验因素对单位幅宽前进阻力影响主次顺序为C、B、D、A、E,其中B和C影响等级相当,A和D影响等级相当,B、C影响具有显著性(P<0.05);对单位幅宽垂直阻力影响主次顺序为A、C、D、B、E,其中A、B、C、D影响等级相当,具有显著性(P<0.05);对单位幅宽侧向阻力影响主次顺序为D、C、A、B、E,其中C、D、A影响等级相当,但不具显著性;综合分析得最优工作组合模型为弯折角120°,刀具幅宽80 mm,耕深80 mm,前进速度0.5 m/s.田间旋耕对比试验表明:采用优化组合模型时,手扶式旋耕机的刀轴转矩、振幅分别降低了12%和21%,整刀磨损量增加,但单位幅宽磨损量却降低了16%,碎土率和耕深稳定系数均有所提高.该研究为降低旋耕机作业能耗、减少刀具磨损及提高机具稳定性提供参考.     

日光温室主动蓄放热系统优化

为了提高日光温室主动蓄放热系统运行的稳定性和可靠性,该研究在第六代主动蓄放热系统的基础上,对主动蓄放热系统的循环管路、供水方式和集放热板进行优化改进,并对系统的加温效果和性能进行探究。研究结果表明,在3种不同的太阳辐射强度天气条件下,试验区的平均气温比对照区分别高2.7、2.2和1.9 ℃;单位面积集热量分别为4.6、3.7和2.6 MJ/m2,单位面积放热量分别为4.1、3.4和3.1 MJ/m2;平均集热功率分别为183.1、146.5和105.0 W/m2,平均放热功率分别为163.2、134.0和121.1 W/m2;平均集热效率分别为56.5%、68.2%和73.8%;平均性能系数分别为3.8、3.1和2.8;与电加热相比,平均节能率分别为73.5%、67.1%和63.0%。在主动蓄放热系统加温期间,在不同太阳辐射强度天气条件下,试验区南北温差较大,植株群体内部南北最大平均气温分别相差2.8、2.6和2.4 ℃。研究结果可为主动蓄放热系统的推广应用提供理论基础和数据支撑。     

不同指标轻小型喷灌机组配置优化

为探究配置方式对喷灌机组整体性能的影响,明晰不同配置方式的特点,在前期调研的基础上,以轻小型灌溉机组4.4CP-45为例,分别以单位面积上资源消耗,如机组能耗、年费用及使用年限内总费用等为评价指标,结合实际使用配置方式,采用遗传算法,讨论平坡条件下配置不同喷头10PXH、15PY、20PY及40PY时的喷头数及管径等最优组合方式,并对每种配置方式的适用范围进行分析。研究结果表明,通过3个优化目标下机组最优配置方式的对比,较好地反映出每种配置方式的优劣,与实际使用方式吻合较好。配置40PY 喷头时,机组单位能耗高,但年费用很低,适于抗旱或大田作物的灌溉;配置15PY 喷头时,优化配置下的机组能耗比初始配置时降低7.3%,比配置20PY降低8.3%,同时各项费用都比较低,灌溉均匀性高,但移动时劳动强度较大,适于经济作物或植物幼苗的灌溉;配置20PY喷头时,机组总费用最低,为6284.8元/hm2,比初始配置降低15.4%。所有配置方式下能耗费、运行费分别占据机组年费用及总费用的主要部分,有必要通过配置优化或采用中低压喷头、改善管理以降低系统能耗。该研究可以为机组的合理设计、喷头选择及应用推广提供参考。