粮食热风干燥热能结构与解析法

为了揭示粮食干燥系统客观作用效果,定量评价环境条件、粮食状态对干燥机效能的影响,分析了粮食热风干燥势场的来源与特征,建立了干燥特性函数、给出了粮食和介质状态参数解析图,分析了热量及效率,定量评价了热能结构,结果发现利用温度和相对湿度变化范围分别为26～35℃和40%～55%的自然空气直接干燥初期湿基含水率38.6%的高湿稻谷,平均小时降水率达1.2%,在5HP-3.5型循环干燥机上的热风干燥试验结果显示,稻谷的干基含水率由27.06%降至16.96%的过程中,单位气耗量由最初的113.0kg/kg增加到了546.4 kg/kg,单位热耗量由最初的2548.9 kJ/kg增加到了16352.7kJ/kg,排气热损失由最初的6.2%增加到了30.6%。解析出了造成干燥效率偏低的主要原因是热能匹配性较差。指出了评价粮食干燥工艺及干燥机能量利用效果不能忽视客观干燥的作用。研究结果为指导干燥设计,形成粮食干燥系统公平的评价标准,提供了科学的解析方法。     

基于热红外成像技术的小麦病害早期检测

实现对受到病原侵染的小麦植株进行早期检测,对于小麦病害的监测预警和及早防治具有重要意义。为研究热红外成像技术早期检测小麦病害的可行性,该研究以小麦条锈病为例,以健康小麦植株、条锈病潜育期和发病期小麦植株为试验材料,利用热红外成像技术采集他们的热红外图像和叶片温度,在潜育期内连续检测其热红外图像和叶片温度随接种天数的变化。通过图像对比发现,接种后第5天,肉眼观察热红外图像可将受到侵染但未显症的小麦植株与健康植株区分开来。进一步数据处理,表明接种后第3天处于条锈病潜育期的小麦植株叶片平均温度和不同部位最大温差分别比健康植株叶片的低0.08℃和高0.04℃(P0.05),可将处于条锈病潜育期的小麦植株与健康植株区分开来。随着接种后天数的增加,处于条锈病潜育期的小麦植株叶片的平均温度和最大温差与健康小麦植株叶片的差异逐渐增大。接种后第12天,接种小麦植株叶片平均温度比健康植株叶片低1.22℃,接种小麦植株叶片最大温差比健康植株叶片高1.58℃。可见,利用热红外成像技术可以早期检测到小麦受到病原侵染后的温度变化,热红外成像技术作为一种小麦病害早期检测的方法是可行的。     

组装式太阳能双效温室应用效果试验

为解决目前日光温室普遍存在的设备简陋、环境调控与抗寒防病能力差、土地利用率与劳动生产效率低的问题,建造了组装式太阳能双效温室并进行试验。该文分别选择内保温和外保温太阳能双效温室(温室内配置太阳能集热器、蓄热水池和热泵机组在内的太阳能热泵系统)测试其保温降湿性能和增产效果,主要测试指标为空气最低温度、日平均温度、光照度、空气相对湿度,种植作物的单株产量、单位面积产量。测试结果表明:内保温组装式太阳能双效温室室内最低气温都在9℃以上,与对照温室相比,1月份试验温室室内平均气温提高3.4℃,1月份室内平均最低气温提高4.0℃;外保温太阳能双效温室1月份室内平均最低气温为12.5℃,空气相对湿度控制在80%以下,比对照温室室内温度提高3.8℃,蔬菜增产19%~55%。组装式太阳能双效温室改善了温室的环境条件,提升了日光温室抗寒防病和增产增收的能力,该温室的研究与应用为中国北方同类地区提供借鉴与参考。     

鲜虾卸压超冷速冻过程中的热变化和冰晶形态

冷冻过程中样品的热变化和冰晶形态是反映冷冻方法对产品品质影响的重要特征,为了开发高品质的冷冻虾产品,研究了鲜虾在卸压超冷冷冻过程中的热变化和冰晶结构形态,分析了冷冻过程中温度变化和冰晶的截面积、当量直径、圆度和拉伸度,以及其粒径分布,并与传统冷冻法进行了比较。空气冷冻、液体浸没冷冻、卸压超冷速冻（100,150和200 MPa）形成的冰晶截面积依次分别为：5002.47,901.79,2851.93,1364.42和597.36μm2;圆度分别为0.73,0.86,0.87,0.90和0.85;拉伸度分别为2.11,1.65,1.54,1.55和1.58。试验结果表明：空气冷冻结冰所需时间最长（154 min）,形成较大且不规则的冰晶,对虾肉组织造成不可逆破坏;液体浸没冷冻速率相对较快（5.9 min）,形成的冰晶比空气冷冻的小;200 MPa的卸压超冷速冻形成的冰晶颗粒最小最均匀,冰晶形成时间最短（2.1 min）,能最大限度地保持虾的品质。研究结果为卸压超冷速冻在虾的产业化生产应用中提供参考。     

pH、离子强度和介电常数对低分子量有机酸在红壤中吸附行为的影响

通过一次平衡法考察了pH、离子强度和溶剂介电常数对红壤吸附低分子量有机酸的影响。研究结果表明,随着溶液pH值的升高有机酸的吸附量降低,其中草酸和酒石酸的吸附量在pH 3.5 ~ 5.0范围内随着pH值的升高而急剧下降,之后缓慢下降（pH 5.0 ~ 7.0）。柠檬酸、酒石酸和苹果酸的吸附量在1 ~ 2 mmol/L初始浓度范围内随着离子强度的增加没有明显变化,但在2 ~ 20 mmol/L初始浓度范围内却随着离子强度的增加而增加。红壤对草酸、柠檬酸、酒石酸和苹果酸的吸附量均随着溶剂介电常数的减小而增加。当溶剂中含6% 的乙醇时,草酸、柠檬酸、酒石酸和苹果酸的吸附量分别是对照（不含乙醇）的1.05、1.05、1.11和1.31倍。     

环境因子与玉米生长对地表温度监测土壤水分的影响

针对当前地表温度受太阳辐射、气象因素及作物生长状态影响,对早晨与傍晚土壤水分估算精度较差的问题,该研究在2020年夏玉米生长的拔节期与抽雄期,利用无人机搭载热红外传感器获取09:00、11:00、13:00、15:00以及17:00的地表温度数据,探究了太阳高度角、饱和水汽压差、植被覆盖度三者与地表-空气温差的相关性,提出了综合调整温度,构建了土壤含水率监测模型,分析模型在玉米吐丝期与水泡期的适用性并绘制了土壤含水率分布图。结果表明：1）同一时刻不同灌溉处理的地表温度与土壤含水率呈现负相关性,同一灌溉处理的地表温度日变化呈现上午升温较快下午降温较慢的负偏态分布趋势。2）太阳高度角正弦4次方根、饱和水汽压差、植被覆盖度与地表-空气温差的线性相关系数分别为0.509、0.948、-0.659。3）相比较基于地表温度构建的土壤含水率监测模型,基于综合调整温度的监测模型将决定系数由0.230提高到0.771,标准均方根误差由18.8%降低至10.3%。4）利用综合调整温度监测其他生育期的土壤含水率,决定系数由0.238提高到0.831,标准均方根误差由18.9%降低至9.5%,表明模型在玉米生...     

设施番茄外观形态及物质累积分配模型构建与验证

为构建适用于日光温室与塑料大棚的设施番茄生长模型,该研究利用保温塑料大棚春茬试验数据,建立以辐热积为尺度的番茄外观形态及物质累积分配模型,并利用保温塑料大棚秋茬和日光温室越冬茬的试验数据验证模型的准确性。结果表明：1）番茄株高模拟值的决定系数R2和均方根误差（Root Mean Square Error,RMSE）分别为0.907 4和13.66 cm;2）番茄整株及各器官的干物质质量模拟值的决定系数R2范围为0.854 1～0.975 1,RMSE为2.87～6.98 g/株;3）番茄整株、地上部以及果实鲜质量累积的模拟值的决定系数R2范围为0.887 2～0.905 0,RMSE为109.83～171.16 g/株。综上可知,该研究建立的模型可较准确地预测番茄株高与干鲜质量物质累积值,模型的实用性较强,可为设施番茄生产提供理论依据和决策支持。     

灰化温度及热解气氛对生物质灰灼烧失重特性的影响

应用热重-差热分析法研究了空气和氮气气氛中2种灰化温度(600和815℃)下制得的稻壳和稻秆等生物质灰的灼烧失重特性。结果表明:不同飞灰在空气中灼烧的质量损失均可分为剩余水分的蒸发、有机成分的快速热裂解以及无机成分的缓慢挥发等阶段,而氮气中飞灰的质量损失并未出现明显的分段热解规律;空气中600℃生物质灰的主要质量损失发生在300~550℃之间,而815℃稻壳灰的主要质量损失区间为200~600℃,815℃稻秆灰在300~550℃之间的质量损失只有1.76%;灰化温度升高,飞灰的总质量损失明显降低。空气中不同灰化温度下的稻壳灰在950~1 050℃之间都出现放热峰,但该温度区间并无明显质量损失;815℃的稻秆灰在750℃附近则存在由于KCl熔融吸热引起的吸热峰,而600℃稻秆灰的热解过程则未出现明显的吸热峰;氮气中生物质灰的热解存在2个分隔明显的质量损失速率峰,这是由2种质量损失机制单独作用而成:600~800℃之间的质量损失主要是由不稳定的碳酸盐(Ca CO3、Ma CO3等)受热分解造成,而在800~1 200℃之间的质量损失则主要是由灰中活泼的碱金属氯化物(KCl、Na Cl等)受热进入气相所致;相同灰化温度下的稻壳灰或稻秆灰在空气中热解的总质量损失明显高于氮气。     

基于伴随方程法的鱼饲料热特性参数反演

比热、导热率和导温系数是鱼饲料重要的热特性参数,其在干燥及冷却工艺参数的调整、饲料湿热传递仿真模拟研究中均有重要应用。为了探究鱼饲料的热特性,同时探究反演算法求解饲料热特性的适应性,该研究以草鱼（成鱼）膨化饲料为研究对象,建立基于伴随方程法的反演模型;利用自行搭建的热传导试验装置并配合红外热像仪（测温精度±0.1 ℃）,以获得饲料试样的温度分布规律;利用此数据可反演计算含水率为11%～17%的饲料在20～80 ℃温度范围内的比热、导热率和导温系数。使用差式扫描量热仪（Differential Scanning Calorimetry,DSC）和热特性分析仪分别测量饲料的比热和导热率,并计算导温系数,将此作为实测值;将反演算法所得值作为计算值。对二者进行线性拟合,决定系数R2均大于0.980,说明比热和导热率的计算值与实测值的误差较小,结果表明基于反演算法的鱼膨化饲料热特性参数测定方法是可行的。同时,结果表明,草鱼膨化饲料在11%～17%含水率和20～80 ℃温度范围内的比热为1.710～1.840 kJ/(kg?℃)。饲料比热随温度的增大而显著增大（P<0.05）。当含水率由11%增大至17%时,饲料的比热显著增加（P<0.05）,且呈线性规律。饲料的导热率为0.086～0.148 W/(m?K),当温度由20 ℃增大至80 ℃时,草鱼膨化饲料导热率显著增大（P<0.05）;含水率对其影响同样显著（P<0.05）。饲料的导温系数为5.701～10.003 m2/s,且受温度和含水率的影响均显著（P<0.05）。研究可为鱼饲料热特性参数的测定提供一种新思路。     

基于热红外视频的奶牛跛行运动特征提取与检测

针对基于可见光视频的奶牛跛行检测系统易受光线、环境变化因素影响的问题,该研究提出了一种基于热红外视频的奶牛跛行运动特征获取与检测的方法。该研究利用深度学习与传统图像处理方法,分别对热红外相机与可见光相机所拍摄的奶牛行走视频进行了奶牛跛行运动特征的提取检测。通过检测结果分析可知,相较于可见光图像,算法对于热红外图像中的奶牛跛行运动特征检测效果更好、准确率更高并且热红外图像可以有效减少光线等外界因素对特征提取的影响,利用深度学习与传统图像处理对运动特征检测的平均精度达到了90.84%与74.26%。研究利用弓背曲率分别针对热红外视频与可见光视频中的行走奶牛进行跛行检测试验,试验结果表明,针对热红外视频中的奶牛跛行检测精度为90.0%,Macro-F1为0.90;针对可见光视频中的奶牛跛行检测精度为83.3%,Macro-F1为0.83。研究表明热红外相机应用于计算机视觉奶牛跛行检测系统可以更好的实现奶牛跛行运动特征获取与跛行检测,有效提高检测准确性与鲁棒性。