山东省小麦气象灾害风险评估模型群研发

为了探寻影响山东省小麦生产的气象风险因子,并探索小麦相对气象产量与气象致灾风险因子的关系,通过采集山东省典型小麦生态区120个监测网点,自1980年至2009年的小麦产量与气候致灾风险数据,采用统计分析方法,对导致小麦减产的气象风险因子以及相对气象产量进行相关和回归分析,确立了导致山东省小麦冷冻害、干旱和干热风等灾害的气象风险因子,建立了山东省小麦气象灾害风险评估模型群,并利用计算机技术进行系统开发,对山东省小麦生产当中遇到的气象因子进行分析,预测是否存在气象灾害,并进行风险评估。该系统为政府部门指导农业生产和制定农业保险费率、保费补贴、粮食最低保护价、农业直补标准等政策提供决策依据。     

一次风沙过程对策勒绿洲棉花光合特性的影响

为评估一次沙尘天气对新疆绿洲棉花光合特性的影响机理及其危害过程,在新疆策勒荒漠草地生态系统国家野外科学观测研究站农民常规栽培模式田内以‘新陆中21号’为供试品种,对比观测受纱网保护(网内)和自然状况下生长(CK),及未受保护被水洗(水洗)3种处理下棉花在遭受一次风沙天气后,单位面积叶片上附沙量变化对棉花叶片净光合速率、气孔导度、胞间二氧化碳浓度和蒸腾速率等光合参数的影响。研究结果表明:不同防风沙处理的棉花在遭受沙尘天气后,净光合速率有明显下降,在受害后第18天左右降至最低,然后趋于平稳,且3种处理呈现相同的变化趋势,但整个沙尘过程单叶的净光合速率为网内水洗CK,且净光合速率与气孔导度、蒸腾速率呈明显的正相关关系,与胞间二氧化碳浓度呈明显的负相关关系;而叶片上的附沙量也呈随时间而减少的趋势,前期较快,后期趋于稳定,但各组分的变化略有不同。     

热风干燥装置设计与试验

根据果品干燥特性和热风干燥原理及特点,在分析热风干燥工艺基础上,完成了燃煤热风炉、挡风板和控制系统等主要工作部件及整机的热风干燥装置结构设计,并进行了试验。试验结果表明:将挡风板垂直安装,宽度分别为5、7、10、12cm,距隔板距离分别为0.9、1.9、3.8、5.7m时,干燥室内的风速比较均匀,此时在A面测得各风道处风速在1.5~1.53m/s的范围内变化。同时,以杏子为研究对象进行干燥试验,将杏子湿基含水率降到15%以下需要64 h,干燥室内干燥不均匀度小于3%,符合结构设计要求。     

四子王旗草地修复试验区不同修复模式的抗风蚀试验

针对内蒙古四子王旗农牧交错区的荒漠化草地,用移动式风蚀风洞及相关配套设备对20%盖度退化草地、40%盖度带状柠条修复草地和60%盖度冰草修复草地进行原位测试,研究它们的近地表风沙运动规律,探索柠条带状配置修复和冰草喷播修复草地土壤抗风蚀的作用机理和防护效果,从而为农牧交错区荒漠化草地的风蚀防治提供技术依据。研究结果表明,在同一风速下,草地的粗糙度由大到小依次为柠条修复草地、冰草修复草地和退化草地,其中,柠条修复草地的粗糙度平均值为2.46 cm,分别是冰草修复草地和退化草地平均粗糙度的1.95和2.76倍;随着距地表高度的降低,3种草地风速均呈现减小趋势,当风洞中心风速为9 m/s时,柠条修复草地、冰草修复草地和退化草地地表在8 cm处的风速较之64 cm处的风速分别降低82.23%、66.67%和61.11%。冰草修复草地与退化草地的输沙率曲线都是随高度增加呈指数函数形式单调递减,冰草修复草地的曲线衰减更快,而柠条修复草地的输沙率最小,其输沙率在距地表约柠条带顶部的30 cm处出现极大值,在柠条带顶部以上的输沙率才会按指数规律递减。因此,带状配置柠条修复草地对风沙流的阻碍和改变作用差异显著,在低覆盖度下仍达到较好的抗风蚀效果。     

热敏式近地表无线风速廓线仪研究

针对常用风速廓线仪线路连接复杂、体积和功耗大、测量精度与自动化程度低且无法实现数据的实时记录与处理,致使研究退化草地近地表风速变化规律、地表粗糙度及其抗风蚀能力等诸多困难等问题,基于热敏电阻和无线传感网络技术,设计了具有体积小、功耗低、测量精度高的热敏式风速传感器和具有自动风向识别与无线数据传输功能的近地表风速廓线仪,实现了环境温度、湿度、大气压力、近地表风速等数据的自动采集、无线传输和实时处理等功能。试验表明:该风速廓线仪的旋转启动风速为3.7 m/s,风速测量范围为0~16 m/s,精度不低于0.3 m/s,最大响应时间为3 s,一次充电可连续工作7 h以上,能够准确反映近地表风速随高度的变化规律,风速廓线的指数拟合度在0.9以上;软件系统可实现对最多6个风速廓线测点的循环自动采集与处理,在射频功率最大、空中传输速率为2.4 kb/s时,35字节的数据包有效传输距离不低于500 m,6个节点完成一次数据传输所需时间不超过10 s。该系统具有功耗低、使用方便、操作简单、自动数据采集等优点,能够满足近地表风速变化规律的研究需要。     

考虑风扰的对靶喷雾机械臂药液喷洒动力学建模与试验

为实现对靶标杂草的有效覆盖和提高对靶施药精度,减少药液浪费和生态污染,采用基于二自由度机械臂的对靶施药方式,优化了除草机器人的对靶喷施性能;除草机器人药液喷洒模型的建立是提高对靶喷施精度的关键,在考虑风扰的前提条件下,根据液滴粒子轨迹动力学方程,结合机械臂连杆和关节变量参数,建立液滴喷洒轨迹模型,并推导得到液滴理论沉积覆盖区域;在此基础上通过计算机数值模拟,分析了喷头位姿、车速和风速对液滴落地沉积覆盖区域的影响,并对靶标点进行了坐标重构;在室内搭建了小型开口直流低速风洞并进行药液喷洒验证试验,利用图像处理技术获取试验的液滴落地沉积覆盖区域,对比其与理论沉积覆盖区域,形心误差范围为4.1~7.2 mm,区域匹配误差范围为9.1%~17.8%。试验结果表明:理论沉积覆盖区域与试验测定的结果误差较小,两者具有较高的一致性。     

带风速风向补偿的车辆道路滑行阻力虚拟测试系统

设计了能够实现风速风向和道路坡度补偿的车辆道路滑行阻力虚拟测试系统,以满足减少环境因素影响并提高滑行测试精度和效率的测试要求。首先,以美国SAE J-2263法规和我国六阶段油耗测试标准为基础,设计了以美国NI嵌入式控制器cRIO为核心的测试系统,对风向风速、道路坡度、轮胎压力温度等测试方法和传感器布置等进行了系统阐述。其次,从分段滑行数据拼接、风速校正、异常数据剔除,以及基于本测试系统的滑行模型构建等方面给出了系统的数据处理方法。最后,将设计的测试系统应用于某乘用车上并进行了系统的滑行试验,试验验证了测试系统工作可靠,测试精度达到设计要求。试验数据处理结果表明风速风向和道路补偿后的试验车空载滑行阻力重复性为2.2%,与不进行补偿的滑行阻力的系统偏差为3.7%。滑行阻力测试系统有效提高了滑行测试精度,为转毂台架上进行整车性能试验补偿整车阻力提供了有效手段。     

直叶片达里厄风轮流场非定常数值计算

为了提高达里厄风轮复杂内部湍流流场的认知程度,采用非定常k-ω湍流模型和滑移网格技术,对采用NACA0012翼型的直叶片达里厄风轮的空气动力流场进行二维数值研究,分析叶片流场、叶片动力矩特性、转速对风轮流场的影响规律.叶片流场研究结果给出了叶轮不同时刻、不同位置的流场,揭示叶片攻角随方位角的变化规律为非简单地遵循正弦曲线.动力矩特性曲线揭示叶片在90°方位角时产生最大力矩值,在下盘面动力矩极小并接近于0甚至为负值,证明攻角均极小.比较同一风速、不同转速下的流场发现,随着转速增大,内流场风速逐渐减小;比较动力矩曲线发现,随着转速增大,上盘面动力矩最高值先增大后减小,存在最大值;下盘面动力矩极低值逐渐减小且范围变广.计算结果与试验结果的对比证明,滑移网格技术和湍流模型的模拟计算能够较好地反映直叶片立轴风轮流场特性.     

升阻混合风轮的性能规律

为了研究由升力型与阻力型风轮构成升阻混合立轴风轮的部分性能规律,建立了旋转直径900 mm、高度900 mm的混合风轮数理模型,应用SST k-ω湍流模型模拟分析两种风轮的半径比、高度比对混合风轮性能的影响规律,并比较了混合风轮和纯升力风轮的性能.结果证明：阻力型风轮增大了混合风轮的力矩,对下游0°转角附近的升力叶片产生了负面影响,且当阻力风轮与升力型风轮半径比为0.3、高度比为0.5时,混合风轮的性能达最佳为0.32;在低转速范围内,组合风轮具有更高的风能利用系数;在高转速范围内,阻力风轮产生的阻尼作用效果逐渐增强,混合风轮与纯升力风轮的性能相近甚至不及.建立相同尺寸的塑料物模进行了风洞试验,采用力矩仪对模型力矩和转速进行了测试,试验结果与模拟结果的对比显示,试验测量最高效率低于模拟值0.02,误差属于允许范围之内,证明SST k-ω湍流模型对混合风轮流场计算值具有适用性.     

旋风分离式集沙仪性能试验研究

集沙仪是用于采集土壤风蚀过程中的风蚀物来测定风沙流结构的仪器。旋风分离式集沙仪在0FDY-1.2型移动式风蚀风洞内的等动力性试验和单个分离器沙尘采集试验表明:该集沙仪满足等动力性要求,单个分离器对0.3～0.076mm的土样进行收集,不同风速下其收集效率均在96.24%,土样粒径d<0.076mm时的平均收集率为92.44%。旋风分离式集沙仪可用于保护性耕作抗风蚀效果的测试,为其有效实施提供科学依据。