基于Galerkin法的地下粮仓围护结构传热特性数值模拟

无网格伽辽金法是一种新兴的数值计算方法,具有无需单元或网格、节点任意增减、计算精度高、收敛快等优点。该文提出利用无网格伽辽金法研究地下粮仓围护结构的传热问题。以实际地下粮仓为实例,利用MATLAB软件开发了无网格伽辽金法程序,采用无网格伽辽金法实现了地下粮仓围护结构传热规律的数值模拟。将MATLAB数值模拟结果与实际地下粮仓的实测数据进行对比分析,验证了无网格伽辽金法的预测精度。分析了土壤导热系数、地表风速及顶板距地表面距离对地下粮仓围护结构传热的敏感性,探讨了保温层厚度及布置方式对围护结构传热的影响。数值模拟研究结果显示夏季地下粮仓围护结构温度实测值与预测值之间的最大偏差为-0.17℃,冬季地下粮仓围护结构温度实测值与预测值之间的最大偏差为0.24℃,说明无网格伽辽金法具有较高的预测精度。地下粮仓围护结构传热对土壤导热系数的变化非常灵敏,因此需要谨慎确定土壤导热系数。地下粮仓顶板上部区域的温度梯度较大,顶板安装保温隔热层可显著减小地下粮仓顶板的热流密度,采用内保温比外保温有更好的保温隔热效果,因此地下粮仓顶板应采用内保温的保温隔热方式。地下粮仓围护结构传热的数值模拟结果可为地下粮仓的工程设计提供参考和依据。     

基于离散单元法的水平圆盘式精量排种器排种仿真试验

为了优化水平圆盘式精量排种器的最佳排种性能参数(动排种盘转速、动排种盘厚度、型孔圆角半径),达到提高粒距合格指数、降低漏播和重播指数指标,并降低大田试验强度。该文基于离散单元法对根据全膜双垄沟播技术所设计的水平圆盘式精量排种器进行了排种数值模拟,并得到玉米籽粒模型排种、重播、漏播的形成过程;为提高其排种性能,进行了排种仿真试验。仿真结果表明:以合格指数较高为重点、兼顾重播指数和漏播指数较低的原则,确定了动排种盘转速为17 r/min、动排种盘厚度为6 mm、型孔上边倒圆角半径为1 mm时为较优组合,此时粒距合格指数S=97.05%、重播指数D=1.83%、漏播指数M=1.12%。田间验证试验表明:在上述条件下,测得粒距合格指数为S=95.13%,重播指数D=2.34%,漏播指数M=2.53%,重点指标粒距合格指数误差2.02%(5%)。因此,基于离散单元法的排种器仿真试验为排种器性能参数的确定提供参考。     

基于层次分析-客观赋权法的耕地质量等级评价方法研究与实证

耕地质量等级评价是落实“藏粮于地、藏粮于技”战略部署的一项长期性和基础性工作,对指导耕地质量管理、保障国家粮食安全和农业可持续发展具有重要意义。为了准确表达耕地质量评价高维性、复杂性和非线性特点,提高耕地质量评价精度,运用客观赋权(CRITIC)法确定指标权重,以野外调查及检测数据为基础,结合遥感、地理信息系统优化评价指标赋值方法,从地形地貌、土壤性状、农田管理和生态安全4个方面构建耕地质量评价体系,并以呼和浩特市耕地为例进行了实证。结果表明:呼和浩特市平均耕地质量等级为5.84,处于中等水平,总体表现为中部耕地质量较好、西北部次之、东南部最低的空间分布特征,土壤贫瘠、盐渍化和灌排设施不完善成为制约耕地质量提升的主要因素。从耕地质量等级空间分布来看,1～4等较高水平耕地面积为11.19万hm²,占比20.13%;5～7等中等质量水平耕地面积35.67万hm²,占比64.14%;8～10等较低水平耕地面积为8.75万hm²,占比15.73%,总体分布规律基本符合正态分布。研究结果与国标法评价结果基本一致,表明CRITIC耕地质量等级评价方法可以准确、客观反映耕地质量水平,能有效运用于其他区域耕地质量等级评价研究,是对已有耕地质量等级评价方法的重要补充,同时为其他地区耕地质量评价提供借鉴与参考。     

基于CSLE模型和抽样单元法的县域土壤侵蚀估算方法对比

为提高县域尺度地块(栅格)土壤侵蚀模数估算的准确性,以河北省怀来县为例,基于CSLE模型,分别采用全域覆盖计算和4%密度抽样单元推算方法对全县土壤侵蚀进行计算和对比分析。结果表明:全域覆盖计算比4%抽样单元推算水土流失面积大59.0 km~2,相对差异达12.94%。全域覆盖计算可实现空间全覆盖,更准确地反映县域水土流失空间分布特点,适用于中、小尺度土壤侵蚀定量计算,但需要较高精度和全面的数据源保证;抽样单元推算适用于流域、区域等大尺度土壤侵蚀估算,但结果受抽样方法、抽样密度、外推或插值方法等因素影响较大。应进一步加强遥感解译准确性、侵蚀因子精度等对CSLE全域覆盖计算结果影响的研究,完善模型参数数据库,率定因子值,实现参数本地化。     

基于专家系统的舱室智能化设计在渔船上的应用

为了合理优化舱室布局,提高渔船设计工作效率,该文针对船舶设计过程中存在舱室划分重复性工作多、涉及知识面广、设计人员容易忽略公约、法规中规定等问题,在分析舱室划分基本理论方法和设计特点的基础上,通过建立舱室划分专家系统知识库和推理机制平台,探索基于专家系统的舱室智能化设计方法在渔船舱室设计中的应用。该设计方法以Visual Basic为编程语言,以CATIA软件为平台进行二次开发,通过研发智能化程序模块,应用于某渔船设计过程,验证了程序的准确性和实用性。该程序的开发实现了输入较少数据推动快速建模能力,使舱室划分在满足渔船规则规范的同时,至少可以缩短整船设计周期5-10 d,为渔船智能化设计提供参考。     

基于响应曲面法的柴油机SCR性能预测

针对柴油机选择性催化还原(Selective Catalytic Reduction,SCR)系统在不同工况下运行时性能差异较大,搭建了带SCR系统的柴油机测试台架,在对SCR系统性能测试的基础上,利用GT-POWER建立SCR系统模型,分析不同排气温度、不同排气流量、不同氨氮比对SCR性能的影响,并基于Box-Beh...     

潮土区麦田土壤有效磷施肥指标及小麦施磷推荐-基于ASI法的土壤养分丰缺指标

运用ASI法测定的潮土区小麦土壤有效磷含量分别与不施磷小麦相对产量呈显著正相关关系。根据小麦相对产量<50%,50%～65%,65%～75%,75%～95%和>95%对应的土壤有效磷指标,可以得出潮土区土壤有效磷"极低"指标为<7 mg/L,"低"指标为7～12 mg/L,"中"指标为12～18 mg/L,"较高"指标为18～38mg/L,"高"指标为>38 mg/L。据此建立的麦田土壤养分丰缺指标推荐施磷量:土壤有效磷含量小于7 mg/L,推荐磷肥用量为135 kg/hm2;土壤有效磷含量在7～12 mg/L之间时,磷肥用量推荐为105 kg/hm2;土壤有效磷含量在12～18 mg/L之间时,磷肥用量推荐为90 kg/hm2;土壤有效磷含量在18～38 mg/L之间时,磷肥用量推荐为60 kg/hm2;土壤有效磷含量大于38 mg/L,建议不施或者少施磷肥。     

基于J2EE的在线考试系统设计与实现

以国税局在线考试系统为例,论述了系统的设计及其实现,研究了J2EE、Struts2、iBATIS和Oracle等主流技术在实际开发中的应用。实际应用证明,系统可靠性高、安全性好、可扩展性和可维护性强,能有效解决考试公平和效率问题。     

基于相场法的液态食品冷冻浓缩冰晶生长数值模拟

旨在建立冷冻浓缩过程冰晶生长的数理模型,用以微观上分析冰晶夹带造成液态食品中溶质损失的问题。探讨结晶时间对冰晶形貌的影响。采用国内外描述相变微观结构的相场模型,将液态食品体系视为水和溶质二元结构,模拟冰晶生长的演变过程。研究等温结晶情况下,计算时间对冰晶生长形貌的影响及其对冰晶内部溶质浓度分布的影响。模拟结果表明,随着时间的延长,冰晶形貌逐渐变大,主干变细,二次分枝乃至三次分枝更加发达;同时,冰晶所包含的溶质浓度越大,各区域的溶质浓度分布也随之改变。由于溶质再分配,冰晶溶质分布曲线存在着波峰与波谷,波峰对应着来不及扩散溶质的冰晶尖端,波谷对应着冰晶固相。结果启示,在等温情况适当控制结晶时间将有效控制冷冻浓缩过程冰晶的形貌演化,降低液态食品冷冻浓缩过程的溶质损失。为进一步研究各种因素对冰晶生长的影响提供理论依据,从而为改进冷冻浓缩工艺、推进其工业化提供技术支持。     

基于气动无损夹持控制的番茄采摘末端执行器设计与试验

为实现类球形果实采收过程中稳定夹持和无损采摘,该研究以番茄为研究对象,设计了一款全气动吸-夹一体式无损采摘末端执行器。首先设计空间多连杆三爪机构,采用3个夹持爪单元空间轴向均布的方式构成空间多连杆末端执行器主体机构,实现中心吸盘回拉果实和夹持爪夹持果实两个动作由单一主动气缸驱动并实现顺序动作;其次,建立末端执行器夹持爪单元的数学模型,并确定满足夹持爪尖端张开最大范围156 mm和吸盘回拉移动最大距离38.7 mm条件下的末端执行器结构参数,通过ADAMS软件对其进行运动学和动力学仿真分析,获得各部件间运动速度和加速度的相对关系,以及夹持力与气动系统压力和果实尺寸的关系。最后,设计并搭建具有压力负反馈和气压连续调节功能的电气伺服控制系统,通过分析果实在拉动和转动两种情况的滑移试验,提出基于动态标准差波动上升节点的双阈值滑移判别算法和基于滑移判据及损伤极限压力的无损采摘控制策略。204个不同尺寸番茄果实的实地采摘试验表明,末端执行器采摘成功率为96.03%,采摘过程耗时5 s,采摘过程中的直接损伤率为1.58%,72 h褐变率为1.76%。结果表明该采摘末端执行器具有较好的采摘效果,可满足实际工作需求。     

基于热成像技术的牛舍围护结构传热阻测试方法

针对传统的接触式传热阻测试方法对测试场合要求高、操作复杂、操作时间相对较长等难以应用于环境较为恶劣的畜禽舍问题,该文引入热成像技术,开展了黑龙江地区2种不同类型牛舍的围护结构热特性参数现场测试,获得了基于热成像法和传统接触式测试法下牛舍墙体、屋面、门窗的特征温度值。在此基础上,计算了牛舍围护结构材料的传热阻,并与相应建筑材料的传热阻理论计算值进行了对比分析。结果表明,对于墙体、屋面等围护结构,2种方法所获得的传热阻测试值与理论计算值的偏差小于15%;对于围护结构窗体和门,2种方法所获得的传热阻测试值与理论计算值的偏差在20%~30%之间;虽然热成像法和接触式测试法现场实测值与理论计算值之间都存在偏差,但因现场测试能综合材料老化、脱落、受潮和施工质量等实际情况,相对而言实测值的可信度更高;但综合考虑2种方法,热成像法的操作简单、便捷,可以很好地用于畜禽舍围护结构的热工性能评价。     

表冷器-热泵联合集热系统的设计方法

为了加快表冷器-热泵联合集热系统在无蓄热后墙日光温室及大跨度外保温塑料大棚中的推广应用,该研究提供了一种可以在不同类型、不同规格的园艺设施中使用的该系统的设计计算方法,主要包括棚室热负荷计算、热泵的选型、集热池潜水泵的选型、储热池潜水泵的选型、储热池体积的计算以及表冷器-风机台数的确定等.并以其在一500 m2无蓄热后...     

地源热泵—地板散热系统在温室冬季供暖中的应用

针对浅层地能低品位的特点,在中国农业科学院Venlo型试验温室内设计建造了一套地源热泵与地板散热方式相结合的供暖系统,并对加热效果进行了试验,结果表明:温室内垂直方向的气温随着高度的增加而下降,水平方向气温分布均匀,温度分布有利于植物的生长。整套地源热泵系统的实际制热系数COP值达到3.14,与燃煤锅炉相比节能36.3%,节能效果明显。     

基于虚拟仪器技术的温室覆盖材料传热系数测试系统

利用虚拟仪器技术设计了温室覆盖材料的热工性能测试台的测试系统TMS(Thermal Measurement System),阐述了系统的测试原理和方法,给出了硬件组成、软件设计和传感器的选用,以及数据处理优化算法的实现。该系统可完成测试台的温度、风速、加热功率参数的采集及覆盖材料传热系数的计算,应用该系统既提高了测试精度又节省劳动力,提高了测试效率。     

混合板换热器板片结构对流道内触点分布及流动换热性能的影响

混合板式换热器作为余热利用系统中高效节能设备,其换热性能对系统效率及稳定性有重要影响。该研究基于RNG k-ε湍流模型,对M型和H型板式换热器流道内流动及传热过程展开数值模拟,研究板片结构对板间触点分布的影响,及雷诺数Re和板片组合对横向流道内流动及换热特性的影响规律。结果表明：M型板间触点呈“方格”, H型呈“菱形”,且H型流流体速度较大、温度场分布较均匀。随Re数增大,压降△P及平均努塞尔数$ \overline {Nu} $均增大;Re数较低时,H型的$ \overline {Nu} $明显提高,且△P增幅较小;而高Re数（Re=6 000）时,与M型相比,H型的$ \overline {Nu} $增幅仅为△P的25%左右。随波纹间距s减小,触点数明显增多,△P和$ \overline {Nu} $均增大;s=12～16mm较合适。研究结果为混合板式换热器的设计及优化提供理论依据。     

柴油机机体-冷却水套流固耦合系统传热仿真

为了改善发动机热负荷高这一现代发动机发展的主要障碍,该文就算例柴油机的机体及冷却水套作为耦合系统,采用流固耦合的方法实现整体耦合传热计算,从而将单独计算比较难确定的部分边界条件转变为系统的内部边界,在Fluent软件中进行数值计算。计算得到的收敛结果与采用热电偶法测量的机体及冷却水的温度试验数据较为吻合。根据机体及冷却水温度场分布,对机体和水套结构作适当改进来增加冷却水套的降温效果,再次做耦合系统的传热计算,发现A、B 2种改进方案较原模型相比分别将机体最高温度降低到了152℃和122℃,验证了结构改进的合理性,最终有效地改善了发动机热负荷。     

不同结构主动蓄热墙体日光温室传热特性

主动蓄热墙体日光温室具有良好的蓄能效果,对改善日光温室内的热环境起到了重要作用。但是对其如何有效地提高了温室的储能效率的特性和机理研究还有待进一步探索,以及如何进一步优化其性能,明确设计指标需要深入研究。该文在深入研究日光温室热量散失规律的基础上,构建了传统主动蓄热墙体日光温室(G1)、回填装配式主动蓄热墙体日光温室(G2),并试验测试了G1和G2主动蓄热循环系统的进出口温湿度、墙体表面热流密度、室内气温等参数,详细分析其传热规律和特性。结果表明:典型晴天(2017年12月31日)蓄热时段G1、G2主动蓄热循环系统的进、出口平均温差分别为10.2、11.6℃,平均蓄热热流密度分别为90.21、141.94 W/m2;典型阴天(2018年1月14日)放热时段G1、G2的进、出口平均温差分别为1.8、2.3℃,平均放热热流密度分别为7.48、5.66 W/m2。对墙体内主动蓄热循环系统的传热特性进行分析,G2的主动蓄热循环系统的蓄、放热量均较G1多。对后墙除主动蓄热系统以外的墙体外壁面被动传热特性进行分析,典型晴天蓄热阶段G1、G2整日的蓄热量分别比放热量多142.01、281.55 MJ;典型阴天放热阶段G1、G2的蓄热量分别比放热量少51.36、29.05 MJ,G2白天蓄热量较多、夜间放热量较少,表明G2墙体的长期储热能力较G1更高,更有利于温室在长时间低温寡照天气条件保持更稳定的室内温湿度环境。该文可为主动蓄热日光温室结构优化及热负荷设计提供理论和实践参考,并为主动蓄热日光温室的进一步发展奠定研究基础。     

微热管阵列式太阳能空气集热-蓄热系统性能试验

该文采用了以微热管阵列(micro heat pipe arrays,MHPA)为核心元件的真空管型空气集热器与新型相变空气蓄热器,设计搭建了以空气为传热介质的太阳能集热-蓄热系统.集热器采用微热管阵列与真空管结合的新形式,蓄热器以相变温度42℃的月桂酸为蓄热相变材料,测试了系统在不同空气流量下集热过程的集热效率,蓄放热过程中蓄热放热的时间、功率,并在不同空气流量下对蓄热器的蓄热、放热特性进行了研究.研究表明:空气流量240m3/h工况下,集热效率最高;蓄热器的蓄热时间和放热时间最短,蓄热功率和放热功率最大,分别是633和486W;而空气流量60 m3/h能提供更加稳定的出口温度与放热功率,在供暖与干燥领域更加适用.集热-蓄热过程和放热过程阻力分别小于327和40 Pa,说明放热过程系统阻力损失较小,选用功率较小的风机就可提供空气流动的动力.     

基于多参数耦合的蓄冷温控箱冷板对流换热参数优化

蓄冷温控箱利用低温相变材料储存冷量,通过缓慢释放调节并保持箱内温度,目前仍存在冷量释放速率无法控制、剩余冷量预测难等问题,而蓄冷板表面对流换热系数直接影响冷量的释放速率。针对以上问题,搭建了蓄冷板表面对流换热系数测量试验平台,研究不同环境及蓄冷板参数对表面对流换热系数的影响。采用二次回归正交试验设计方案,探究了蓄冷区进口空气流速、进口空气温度、蓄冷板传热面积以及蓄冷板间距对表面对流换热系数的影响,并对结果进行分析,建立了表面对流换热系数二阶预测模型,获得影响表面对流换热系数大小较显著的因素及较优的参数组合。试验结果表明：进口空气温度和蓄冷板传热面积的交互效应最大;通过响应曲面法建立的表面对流换热系数预测模型,得到最优参数组合为：进口空气流速4 m/s,进口空气温度25 ℃,蓄冷板传热面积0.455 m2,蓄冷板间距0.04 m,模型决定系数值为0.927 4,变异系数为5.78%。回归模型计算结果与试验结果吻合,最大误差为3.58%,平均相对误差为2.69%,表明该模型可以快速、准确地预测不同条件下的蓄冷板表面对流换热系数。试验结果为蓄冷温控箱冷量释放速率精准调控及剩余冷量预测提供参考。