寒区畜禽舍空气内循环除湿系统设计与试验

针对北方冬季密闭畜禽舍普遍存在的舍内湿度大、传统除湿方法成本高的问题,设计了一种以翅片管换热器为核心部件的自然冷凝式节能除湿系统,利用北方冬季寒冷的舍外自然条件使制冷剂充分制冷后循环引入翅片管换热器中,依据冷凝原理实现舍内高湿气体冷凝析湿。该除湿系统实现舍内空气内循环除湿,减少直接或间接通风除湿造成大量的热量损失。利用湿空气理论计算除湿速率,通过在密闭试验舱进行试验测试来验证换热除湿系统的工作性能。结果表明,翅片管换热器有效换热面积、舱内空气和制冷剂初始温差、风机风速和制冷液流量对除湿速率和舱内降温有着正向影响。风速为1m/s、平均初始温差约为33℃情况下,在约为36m3的试验舱内平均降温为4.67℃,平均除湿速率约为2.69kg/h。在有效换热面积为18m2的换热器除湿试验中,空气与制冷剂的质量流率比为0.31、0.63和0.95时,能效比分别为5.63、12.25和11.03,表明换热器存在热交换能力的上限,能效比不能随风机风速增大而持续增加,可为除湿系统的节能调控提供参考。该系统充分利用了东北寒区冬季舍外自然低温,除湿和节能效果明显,可为解决北方冬季畜禽舍除湿和节能之间矛盾提供有效途径。     

滴灌施肥下水肥用量对温室土壤硝态氮残留的影响

【目的】通过水肥管理达到减少温室土壤硝态氮残留、维持土壤质量的目的,探求温室土壤硝态氮残留与水肥用量的关系。【方法】在滴灌施肥条件下,以灌水量和氮、磷、钾及有机肥用量为试验因素,根据当地日光温室番茄长季节栽培实际中的水肥用量,设计各试验因子的水肥水平,采用五元二次通用旋转组合设计进行试验。拉秧后测定耕层土壤硝态氮量,建立土壤硝态氮量与水肥因子间的数学模型,据此分析了各单因子效应及二因素的耦合效应。【结果】施氮量对土壤硝态氮残留量影响最大,施磷量、灌水量和施钾量次之,有机肥用量最小。当其他因子为0水平时,土壤硝态氮残留量随氮肥用量的增多而增加,随施磷量呈开口向上的抛物线变化,随灌水量、施钾量以及有机肥用量呈开口向下的抛物线变化。灌水量及氮、磷、钾和有机肥用量对土壤硝态氮残留产生的影响程度随其他因子的水平而变,存在明显交互作用。模型寻优显示:灌水量455.1～471.5 mm,施氮量532.3～586.5 kg/hm2,施磷量420.8～466.4 kg/hm2,施钾量646.1～723.5 kg/hm2,有机肥用量25.6～27.9 t/hm2,耕层土壤硝态氮量可维持在100～150 mg/kg的较低水平。【结论】温室菜地土壤硝态氮残留量相对较大,可以通过优化水肥用量来减少土壤硝态氮的残留,故在滴灌施肥条件下仍需严格控制水肥用量。     

基于条件植被温度指数的夏玉米生长季干旱预测研究

为验证条件植被温度指数(VTCI)在夏玉米生长季干旱预测中的适用性,以河北中部平原为研究区,应用求和自回归移动平均(ARIMA)模型及季节性求和自回归移动平均(SARIMA)模型,对该地区VTCI时间序列数据进行分析建模预测。首先基于49个气象站点所在像素的VTCI时间序列数据,选取不同长度时间序列建立ARIMA模型,并分析时间序列长度与预测精度间关系,以期为时间序列长度选择提供依据;然后选择理想长度的VTCI时间序列数据,分别建立ARIMA模型和SARIMA模型,用于研究区域2017年夏玉米生长季VTCI预测,并分析评价两模型预测精度;最后采用性能较好的ARIMA模型逐像素建模预测,得到2016-2018年9月上旬至下旬VTCI预测结果。结果表明:基于ARIMA模型的VTCI预测精度与时间序列长度未呈现明显的相关关系,但随时间序列长度增加,模型预测精度逐渐趋于稳定;ARIMA模型对干旱的预测精度高于基于SARIMA模型,其1步、2步、3步VTCI预测结果均方根误差较SARIMA模型分别降低0. 06、0. 07、0. 09;ARIMA模型在不同年份夏玉米生长季VTCI1~3步的预测精度稳定性较好,2016-2018年1步、2步和3步VTCI预测结果绝对误差绝对值大于0. 20的像素平均百分比分别为5. 84%、6. 38%、8. 72%。     

基于玻璃化转变的稻谷变温热风干燥工艺研究

为保证稻谷干燥后品质、提高干燥效率,基于不同含水率稻谷的玻璃化转变温度,提出变温热风干燥工艺。采用三因素五水平中心组合试验方法,以稻谷温度、初始含水率和热风风速为影响因素,以稻谷爆腰指数、整精米率和干燥时间为评价指标,研究稻谷玻璃化转变温度、恒温和变温干燥特性,模拟解析稻谷干燥过程中传热传质规律,以5、10、15℃的变温幅度进行变温干燥试验。结果表明,稻谷玻璃化转变温度与其含水率呈负相关,恒温干燥最佳工艺参数为稻谷温度47℃、初始含水率22.0%、热风风速0.50 m/s,干燥后稻谷爆腰指数70、整精米率57.67%、干燥时间195 min;与恒温干燥相比,以5℃和10℃为变温幅度的变温干燥工艺,干燥后稻谷爆腰指数分别降低了20和10,整精米率提高12.6、7.7个百分点,干燥时间缩短30 min和60 min。研究表明,基于玻璃化转变的稻谷变温热风干燥工艺明显改善了稻谷干燥后品质,提高了干燥效率。     

基于不同有效积温的玉米干物质累积量模拟

为获得研究区适宜的玉米干物质累积量(DM)估算模型,通过2017—2019年在吉林省长春地区开展的3年农田试验,观测玉米生育期内作物根区20 cm地温、40 cm地温、农田气温、作物冠层温度以及玉米地上部干物质累积量等数据,建立基于不同有效积温的Logistic模型及其归一化模型,并用实测数据进行模型验证。结果表明,基于有效积温建立的Logistic模型可以模拟单株玉米干物质累积量生长,但不同地点、不同年份所建立的模型参数差异较大; Logistic归一化模型能够很好地模拟区域玉米干物质增长,在利用实测数据进行模型验证中,基于作物根区20 cm地温、40 cm地温、农田气温和作物冠层温度4种类型有效积温的Logistic归一化模型,其均方根误差、相对误差、决定系数和模型一致性系数都能达到较优值;以2019年数据建立的Logistic归一化模型对玉米干物质累积量模拟效果最优;基于有效冠层积温的Logistic归一化模型模拟效果较优。本研究结果可为灌区精量灌溉决策和管理提供技术支撑。     

基于GIS与RS的北方防沙屏障带生态系统格局演变

研究北方防沙屏障带生态系统格局演变特征,对加强屏障带建设、改善生态环境具有重要意义。以北方防沙屏障带为研究区,根据2005、2010、2015年MODIS遥感影像,将北方防沙屏障带生态系统类型划分为森林、草地、湿地、农田、城镇、荒漠和裸地7类。采用空间统计、转移矩阵、景观指数分析法、PNTIL模型等方法,对北方防沙屏障带2005—2015年生态系统类型时空演变特征进行分析。结果表明,2005—2015年北方防沙屏障带生态系统整体呈稳定状态;从分屏障带看,内蒙古防沙屏障带荒漠面积明显减少,塔里木防沙屏障带森林面积迅速增加,而河西走廊防沙屏障带草地面积明显增加;从正/逆转换方向来看,屏障带内农田、城镇、荒漠及裸地生态系统正向转换率高于逆向转换率。10年间,在景观水平上,北方防沙屏障带斑块数量、斑块密度呈减少趋势;在类型水平上荒漠景观整体呈现破碎化萎缩的趋势特征,森林、草地向形状简单化的方向发展。研究表明,2005—2015年,北方防沙屏障带生态总体向好,治沙效果明显,但局部仍面临较大压力。     

无源蓄冷控温运输箱设计与试验

针对蓄冷运输箱信息化程度低、控温时间短、控温困难等问题,设计了一款集控温、远程监控、定位、故障诊断等功能于一体的蓄冷运输箱。以脐橙为试验对象,结合能耗模型,对蓄冷控温箱控温性能进行了研究。结果表明,箱内各截面温度不均匀系数分别为0.38、0.47、0.78,温度极差最大值为2.8℃,均匀性较好;当蓄冷剂用量为180 kg,预冷脐橙660 kg,在外部环境平均温度26.39℃的条件下,总控温时长为122 h,风机共执行控温21次,且随着蓄冷量减少,风机开启控温所用时间呈指数上升趋势,决定系数不小于0.928 0;结合能耗模型分析得出,该箱体在广州夏季高温环境下可控温5 d以上,能够满足远距离运输要求。     

生物炭对东北草甸黑土水分运动参数的影响

为探明添加生物炭对东北草甸黑土水力学特性的影响,研究了以5种生物炭体积比(0、2%、4%、6%、8%)施入土壤后的土壤水分运动参数。采用土壤的VAN GENUCHTEN模型和MUALEM理论,推导出添加生物炭土壤的水分特征曲线、相对导水率和水分扩散率方程,并用试验校验理论推导结果。理论和试验结果表明,添加生物炭土壤的饱和度随基质吸力的变化接近无添加的土壤;当基质吸力低于2 000 cm时,添加生物炭能够大大提高土壤的含水率,当基质吸力高于8 000 cm时,土壤的含水率不一定增加;水平土柱吸渗试验表明,生物炭能够抑制土壤水分的水平扩散;数值模拟降雨后的土壤含水率与田间实测数值相比误差小于13.3%。研究可为东北黑土区农业水土保护和利用提供理论依据。     

温度效应下磁流变阻尼器动力学仿真建模与试验

为了精确预测磁流变阻尼器在温度效应下的动力学性能规律,提出一种参数化的仿真建模方法。采用磁流变液试验实测数据拟合方法,建立粘温特性相关非线性物理参数方程;基于Bingham力学模型及对温度效应的影响分析,运用ANSYS软件编译UDF程序、设置模型参数进行参数化仿真建模,以Fluent模块求解粘滞阻尼力,以Emag模块求解库伦阻尼力。搭建温度效应下磁流变阻尼器力学试验平台,并通过试验对仿真模型进行修正、对比与验证,讨论不同温度对阻尼力、能量耗散的变化规律。结果表明,温度效应主要影响粘滞阻尼力,仿真结果与试验实测值高度吻合;不同温度和电流下阻尼器的能量耗散与温度成反比,与库伦阻尼力成正比。仿真建模方法可预测分析输出阻尼力特征,以对磁流变阻尼器进行结构设计和参数优化。     

柑橘黄龙病远红外热处理温度场分布特性试验研究

针对柑橘黄龙病热空气处理存在能耗高、加热设备笨重、传热较慢等问题,提出了柑橘黄龙病远红外热处理方法。为解决远红外加热时柑橘树温差过大的问题,搭建了柑橘黄龙病热空气快速处理温度场分布特性试验平台,研究了远红外灯管组数量、单根灯管功率、加热时间、远红外灯与支架顶部距离对柑橘树温度场分布的影响,并对远红外加热影响因素进行优化。研究结果表明:远红外灯管组数量、单根灯管功率以及加热时间对柑橘树叶和枝干的温度场分布均有显著影响,远红外灯与支架顶部距离对树叶的温度场分布影响显著。试验优化后的参数为:远红外灯管组数量为3,单根灯管功率为1 k W,加热时间为3 min,远红外灯与支架顶部距离为10 cm。在此条件下,树叶温度平均值为58. 1℃,枝干温度平均值为43. 1℃,整体温度平均值为52. 3℃。在此参数下对柑橘黄龙病进行远红外热处理田间试验,病菌浓度平均降低34. 4%。研究结果可为柑橘黄龙病规模化远红外热处理设备的优化设计提供参考。