• 2012年第43卷第11期文章目次
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    • >车辆与动力工程
    • 进气涡流与油束夹角对柴油机燃烧性能的影响

      2012, 43(11):1-6. DOI: 10.6041/j.issn.1000-1298.2012.11.001

      摘要 (3467) HTML (0) PDF 1.31 M (1797) 评论 (0) 收藏

      摘要:进气涡流与喷孔结构对柴油机缸内混合气分布有着决定性的影响,通过合理匹配二者可以优化缸内燃烧过程,从而获得更好的性能。对某小型高强化柴油机燃烧系统进行了多维仿真研究,综合分析了进气涡流与油束夹角的交互作用对缸内混合气分布、燃油蒸发、油气混合以及放热过程的影响机理,得到了二者对该机型的优化匹配准则。结果表明:增大和减小进气涡流和油束夹角可以分别增加上止点前后的燃油蒸发速率;涡流可以加速油气混合过程,而油束夹角过大则会减缓喷油中后期的油气混合速率;涡流比与油束夹角匹配得当时,缸内的混合气更均匀、索特平均直径更小,从而可以显著优化预混燃烧过程。

    • 高压燃油系统电磁控制阀区域流动特性试验

      2012, 43(11):7-10. DOI: 10.6041/j.issn.1000-1298.2012.11.002

      摘要 (3244) HTML (0) PDF 1.33 M (1601) 评论 (0) 收藏

      摘要:研究了高压燃油系统单体泵电磁阀区域的流动特性。在电控单体泵泵体上设计了光学透视窗口,利用高速摄像仪器测量控制阀出口端的瞬态流动。对拍摄的图片进行灰度处理,获得了控制阀区域随时间变化的亮度曲线。分析试验结果得出:电控单体泵在控制阀区域出现空泡,形成两相流。由于高速燃油在狭小的控制阀区域流动,以及控制阀多次碰壁,挤压燃油导致空泡的产生。

    • 自由活塞内燃发电机能量转换与传递过程研究

      2012, 43(11):11-14. DOI: 10.6041/j.issn.1000-1298.2012.11.003

      摘要 (3721) HTML (0) PDF 950.23 K (1874) 评论 (0) 收藏

      摘要:根据能量守恒定律,建立自由活塞内燃发电机运行过程周期能量模型。通过计算获得一个周期内的能量转换规律,并分析相邻周期的能量传递过程,得到不同压缩比下的能量变化情况及其对性能的影响。分析结果表明,自由活塞内燃发电机能量转换有效效率的理论值可达40%。燃烧、扫气及散热等为能量损失的主要部分。连续运行过程中,一侧气缸作功行程后期的部分能量作为压缩能传递给另一侧,直接影响下一周期燃烧。压缩比变化对各能量及有效效率有不同影响,保持压缩能稳定对运行控制至关重要。

    • 不同喷孔夹角的直喷柴油机涡流室燃烧系统性能分析

      2012, 43(11):15-20. DOI: 10.6041/j.issn.1000-1298.2012.11.004

      摘要 (3545) HTML (0) PDF 1.15 M (1671) 评论 (0) 收藏

      摘要:为改善燃烧室内喷雾的空间分布,增强气流运动,促进油气混合,基于前期研究提出的新型直喷柴油机涡流室燃烧系统,对146°、150°、154°喷孔夹角的3种不同喷油嘴在燃烧室内的喷雾、混合气形成与燃烧过程进行了数值模拟。结果表明:从燃空当量比总体分布来看,采用146°喷孔夹角时混合气最均匀。燃烧涡流和逆挤流对速燃期的燃烧室内温度分布有较大的影响。154°喷孔夹角的NO排放量最低,而146°喷孔夹角的碳烟排放量最低。综合来看,150°喷孔夹角有较好的排放性能。

    • 乙醇—生物柴油—柴油混合燃料对柴油机性能和排放的影响

      2012, 43(11):21-25,6. DOI: 10.6041/j.issn.1000-1298.2012.11.005

      摘要 (3712) HTML (0) PDF 909.04 K (1545) 评论 (0) 收藏

      摘要:基于乙醇、生物柴油和石化柴油物化性质的互补性,配制了乙醇—生物柴油—柴油混合的多组分燃料(简称BED燃料),在0℃、10℃、15℃、20℃环境下研究了BED燃料相溶性和稳定性,试验研究了6组不同比例BED燃料对柴油机性能和排放的影响。结果表明:在不对柴油机做任何改动的情况下,燃用BED燃料后在中间转速大负荷工况下动力下降较大,下降幅度随乙醇和生物柴油组分的增加而升高,最大降幅达到10.2%;当量燃油消耗率低于纯柴油,在低负荷时,不同比例BED燃料的当量燃油消耗率不呈现明显的变化规律,在高负荷时,当量燃油消耗率随BED燃料含氧量增加而降低,最大下降9.2%;CO排放量在高负荷时明显下降,最大下降70.1%;NOx排放量随BED燃料中生物柴油比例的增加而上升,随乙醇比例的增加而降低,标定工况下最大上升29%;THC排放量随生物柴油比例的增加而下降,随乙醇比例的增加而上升,其中标定工况下最大下降32.6%。

    • 生物柴油发动机燃烧火焰与放热过程特性研究

      2012, 43(11):26-30,20. DOI: 10.6041/j.issn.1000-1298.2012.11.006

      摘要 (3303) HTML (0) PDF 1010.72 K (1506) 评论 (0) 收藏

      摘要:为研究生物柴油与柴油燃烧及放热过程的差异,应用高速摄影采集了柴油机燃用豆油甲酯和柴油的缸内燃烧火焰图像,实测了缸内压力示功图。以直接的火焰辉度图像结合放热规律分析,揭示了生物柴油和柴油缸内燃烧的历程。在未调整发动机燃烧系统参数的前提下,生物柴油因弹性模量大和十六烷值高的综合贡献,使着火时刻较柴油提前1.5°CA,其中生物柴油开始喷油时刻较柴油提前0.7°CA;在速燃期生物柴油燃烧火焰最亮辉度和持续时间均低于柴油。在燃烧的最后阶段,没有明显火焰的化学反应释放出的热量仅占2%~3%。

    • CNG发动机运转参数对燃烧放热模型计算结果的影响

      2012, 43(11):31-35,40. DOI: 10.6041/j.issn.1000-1298.2012.11.007

      摘要 (4200) HTML (0) PDF 909.80 K (1742) 评论 (0) 收藏

      摘要:为了探讨压缩天然气(CNG)发动机运转参数对不同放热模型计算结果的影响,并确定各模型的适用范围,根据点燃式CNG发动机的缸内压力、曲轴转角等测试结果,采用3种放热率模型(Gatowski et al模型,Apparent heat release模型和R—W(Rassweiler—Withrow)模型)分别计算了燃烧放热率、已燃质量分数等参数,并进一步分析了发动机运转参数对不同放热模型计算结果的影响规律。研究结果表明,采用Apparent heat release模型和R—W模型计算所得到的燃烧放热率、已燃质量分数差异很小,二者可通用;点火提前角和过量空气系数对3种模型的计算结果差异影响很小;当节气门开度较小时,3种模型的计算结果差异很小;与其他两种模型相比,Gatowski et al模型的计算结果受发动机转速的影响更加明显;当节气门开度较小或者发动机转速高时,这3种模型可通用;当发动机转速较低时,与其他两种模型相比,采用Gatowski et al模型更加理想和精确。

    • 可变凸轮相位器响应特性试验研究

      2012, 43(11):36-40. DOI: 10.6041/j.issn.1000-1298.2012.11.008

      摘要 (3867) HTML (0) PDF 884.98 K (2624) 评论 (0) 收藏

      摘要:为研究各运行参数下可变凸轮相位器(VCP)的响应特性,构建了试验测试平台,提出了计算凸轮相位器动态响应时间的方法。该平台可测试发动机转速、润滑油温度和压力等运行参数下,相位变化最大转角时提前、滞后方向的响应时间。试验结果表明:相位提前方向调节响应速度小于滞后方向;发动机转速对相位器响应速度影响不明显;随着润滑油温度的升高,响应速度加快,但温度大于70℃时,响应变化的幅度减小;当润滑油压力增加,响应速度增大,且低压(0.4MPa以下)时影响较大。

    • 小型柴油机电动临时增压系统性能试验

      2012, 43(11):41-44. DOI: 10.6041/j.issn.1000-1298.2012.11.009

      摘要 (3677) HTML (0) PDF 860.69 K (1742) 评论 (0) 收藏

      摘要:为解决小型柴油机在短时间超负荷工作时动力不足和冒黑烟的问题,设计了一种电动临时增压系统。该系统由压气机、直流无刷电动机、车载电源和开关组成,采用24V车载蓄电池供电,在发动机超负荷工作时在短时间内进行电动增压,蓄电池能量消耗少。台架试验表明,该增压系统增压比在1.014~1.020之间时,柴油机功率提升5.0%~9.1%,燃油消耗率下降8.5%~14.0%,增压效果明显,排气烟度有所改善,压气机的启动瞬态响应时间在6s之内,满足小型柴油机克服临时动力不足的需要。

    • >农业装备与机械化工程
    • 多数据源土壤传递函数模型在水分模拟中的不确定性

      2012, 43(11):45-50. DOI: 10.6041/j.issn.1000-1298.2012.11.010

      摘要 (3570) HTML (0) PDF 948.79 K (1675) 评论 (0) 收藏

      摘要:基于前馈神经网络的传递函数模型,采用4种不同的数据源预测土壤水分特征曲线,并借助误差统计指标、Hydrus-1D水动力学模型对传递函数模型的预测性能及其应用不确定性进行了分析。结果表明,预测土壤水吸力1000、10000、15000cm对应含水率θ1000、θ10000、θ15000时,相对于仅有颗粒组成变量的传递函数模型,增加容重和θ60(水吸力60cm对应的含水率)传递函数模型的平均绝对误差降低了42.86%、23.87%、26.15%;增加θ60和θ15000模型预测θ100、θ10000、θ15000的平均绝对误差比仅包含θ60模型降低了8.67%、16.96%、15.95%。将模型预测的van Genuchten参数应用于土壤水分模拟,增加θ60模型的平均绝对误差比以颗粒组成为输入变量模型的相应值降低了11.11%;相对于增加θ60的传递函数,额外再增加θ15000并未降低模型应用过程中的不确定性。

    • 盐渍化平原区玉米产量空间变异与地形关系研究

      2012, 43(11):51-57. DOI: 10.6041/j.issn.1000-1298.2012.11.011

      摘要 (3461) HTML (0) PDF 974.54 K (1426) 评论 (0) 收藏

      摘要:选择华北平原中存在盐渍化的禹城市作为典型研究区,在获取全市范围玉米测产、地形数据信息的基础上,利用空间插值技术研究了地形因子对玉米产量的影响。研究发现,禹城市玉米产量沿东北到西南方向逐渐递增,与地形起伏一致。地形起伏虽然较小,但玉米产量仍随着海拔高度的增加而增加,呈极显著正相关(R=0.263,p<0.01)。平面曲率与玉米产量呈显著负相关(R=-0.245,p<0.05),即田块的平面曲率越大,越易积聚盐分,导致玉米产量越低。地形因子对禹城市玉米产量空间变异起到12.4%的影响作用。

    • 覆膜开孔条件下斥水性层状土壤蒸发实验

      2012, 43(11):58-64. DOI: 10.6041/j.issn.1000-1298.2012.11.012

      摘要 (3536) HTML (0) PDF 963.19 K (1336) 评论 (0) 收藏

      摘要:覆膜开孔影响田间非均质土壤的水分运动过程,尤其当斥水程度不同时,其运动过程更趋于复杂。在控制土表不同覆膜开孔率条件下,进行了不同斥水程度的塿夹砂和砂夹塿的土柱蒸发实验,测定和分析了不同条件下土壤水分蒸发量变化过程和含水率剖面。结果表明,全覆膜的累积蒸发量—时间曲线明显较低,相应的蒸发10d后土壤水分剖面也与初始水分剖面接近,对于塿夹砂尤其明显。覆膜开孔率增加时,同条件下两种层状土的累积蒸发量与全覆膜相比均有明显增加,表明一旦覆膜开孔,覆膜保墒效应便明显降低。斥水程度增加时,累积蒸发量有所减小,说明斥水性的存在降低了水分运移速率。当土壤为严重斥水时,斥水性对水分运动过程的影响比覆膜开孔率的影响更明显。对于不同斥水程度的塿夹砂,采用对数函数表达累积蒸发量和时间的定量关系较好,而对于不同斥水程度下的砂夹塿分别采用幂函数和对数函数表达。

    • EN—1对黄土性固化土水分垂直入渗特征的影响

      2012, 43(11):65-73. DOI: 10.6041/j.issn.1000-1298.2012.11.013

      摘要 (3306) HTML (0) PDF 916.67 K (1324) 评论 (0) 收藏

      摘要:采用一维垂直入渗试验方法,对不同容重、不同固化剂掺量处理的固化土水分入渗过程进行了研究。结果表明:黄绵土容重在1.2~1.4g/cm3范围内,土壤容重对黄土性固化土的入渗能力有较大影响,土壤容重越大,对应于同一时刻入渗率越低,累积入渗量越小,湿润锋推进距离越短。3种土壤容重条件下,不同EN—1固化剂掺量对累积入渗量和湿润锋运移距离的影响均显著(P<0.05),且随着固化剂掺量增大,累积入渗量和湿润锋运移距离均有先增大后减小的趋势;固化剂掺量在0.05%~0.1%范围内累积入渗量最大;累积入渗量与湿润锋运移距离呈良好的线性关系。固化剂掺量对土层含水率的影响在低容重(1.2g/cm3)条件下明显,随着容重增加,影响逐渐减小。利用Philip模型、Kostiakov经验公式和指数公式对固化土入渗率与入渗历时的关系进行拟合时发现,Kostiakov公式拟合值更接近于实测值,且容重越大,拟合精度越高。

    • 施入保水剂土壤吸水膨胀试验

      2012, 43(11):74-79. DOI: 10.6041/j.issn.1000-1298.2012.11.014

      摘要 (3927) HTML (0) PDF 878.68 K (1955) 评论 (0) 收藏

      摘要:以施入保水剂的土壤为研究对象,建立了施入保水剂土壤吸水后的空隙变化模型,并对不同含水率条件下土壤孔隙进行了测定,对模型进行了求参和验证,表明此模型具有较好的模拟效果,并以此为基础对施入保水剂条件下的土体吸水膨胀和孔隙度变化进行了分析,结果表明,保水剂施入量越高,膨胀量增加越大,孔隙度的增加也越大。

    • 调亏灌溉对香梨叶片光合速率及水分利用效率的影响

      2012, 43(11):80-86. DOI: 10.6041/j.issn.1000-1298.2012.11.015

      摘要 (4252) HTML (0) PDF 891.30 K (1752) 评论 (0) 收藏

      摘要:试验研究了调亏灌溉对成龄库尔勒香梨树叶片生理指标的影响。在果实快速膨大前期分别施加了2种水分胁迫:轻度水分胁迫,灌水量为蒸发量的60%;重度水分胁迫,灌水量为蒸发量的40%。在果实快速膨大期,灌水量为蒸发量的80%。对照处理为香梨的整个生育期灌水量均为蒸发量的80%。结果表明,调亏灌溉期间,水分胁迫显著地降低了香梨树的叶片光合速率、蒸腾速率与气孔开度;果实快速膨大期,调亏处理恢复充分灌后,叶片光合速率、蒸腾速率及气孔开度均在一定程度上恢复,轻度调亏处理恢复到与对照相同的水平,而重度的水分胁迫处理却始终低于对照。叶片蒸腾速率比光合速率对土壤水分变化更敏感,水分胁迫可提高香梨树的叶片水分利用效率。

    • 黄土高原区滴灌枣树作物系数和需水规律试验

      2012, 43(11):87-91,79. DOI: 10.6041/j.issn.1000-1298.2012.11.016

      摘要 (3516) HTML (0) PDF 998.36 K (1638) 评论 (0) 收藏

      摘要:根据2009年陕西省米脂县孟岔试验站观测的气象资料,使用FAO Penman—Monteith公式计算了作物生育期内参考作物蒸发蒸腾量,通过实测取得了充分供水条件下枣树各生育阶段作物需水量。其中,萌芽展叶期、开花坐果期、果实膨大期、果实成熟期的作物需水量分别为68.1、117.4、224.4、66.2mm;计算了黄土高原地区枣树各生育阶段的作物系数,分别为萌芽展叶期0.496、开花坐果期0.681、果实膨大期1.262、果实成熟期0.944。建立了作物系数与叶面积指数的函数关系,结果表明,两者之间存在二次曲线关系。

    • U形渠道流速分布特性分析与试验

      2012, 43(11):92-96. DOI: 10.6041/j.issn.1000-1298.2012.11.017

      摘要 (3757) HTML (0) PDF 849.70 K (1507) 评论 (0) 收藏

      摘要:依据室内试验和田间实测资料,分析了U形渠道水流流速分布特性,建立了U形渠道水流横向流速分布指数律、垂向流速分布双幂律,给出了相关参数的确定方法,并提出了基于U形渠道水流分布规律的明渠测流计算断面中线“三点法”。实测资料验证表明:中线“三点法”在室内不同工况计算流量相对误差均在±4%范围内;除个别测点外,现场实测计算流量相对误差也在±5%范围内,说明中线“三点法”计算精确。与流速—面积法需9个测点相比,中线“三点法”节省了60%以上的测流工作量。

    • 土壤理化特性对土壤剖面水分传感器性能的影响

      2012, 43(11):97-101. DOI: 10.6041/j.issn.1000-1298.2012.11.018

      摘要 (3666) HTML (0) PDF 878.08 K (1956) 评论 (0) 收藏

      摘要:针对土壤理化特性变异影响土壤剖面多点水分传感器测量误差的问题,面向土壤剖面水分测量,设计了一种高频电容式水分传感器,通过试验分析了土壤温度、电导率、容重等土壤理化特性变异对传感器输出电压的影响,采用统计回归处理方法,建立了基于温度影响下的土壤水分修正模型,并对传感器的性能进行了检验。试验结果表明:在5~45℃范围内,传感器输出电压随土壤温度升高而线性递增;电导率大于2mS/cm时,传感器输出电压随电导率增大而逐渐减小;容重增加使得传感器输出电压呈减小趋势;在常温下此水分传感器测量值与传统干燥法测量值对比,两者决定系数R2=0.9679,最大测量绝对误差4.70%,均方根误差为0.02524。

    • 高精度土壤温度原位测量系统

      2012, 43(11):102-106,57. DOI: 10.6041/j.issn.1000-1298.2012.11.019

      摘要 (3862) HTML (0) PDF 907.45 K (1598) 评论 (0) 收藏

      摘要:为分析土壤温度对地层水热参数的影响,以热电偶为测温传感器,设计了单片机控制的高精度土温测量系统。从硬件、软件曲线拟合算法等方面进行了研究,温度采集采用电桥法,并用最小二乘法对采样值与温度进行分段拟合,描绘出采样值与温度关系曲线,对测量误差进行了修正和补偿。结果表明:系统的实验测量绝对误差低于0.02℃。

    • 滴灌用自清洗网式过滤器排污压差计算方法

      2012, 43(11):107-112. DOI: 10.6041/j.issn.1000-1298.2012.11.020

      摘要 (3724) HTML (0) PDF 929.90 K (1839) 评论 (0) 收藏

      摘要:对滴灌用自清洗网式过滤器排污压差进行了计算,分别得出了80目和120目过滤器总压差值,并与实测值进行了对比,结果表明两者基本一致;详细分析了流量、含沙情况和过滤时间等约束条件对排污压差的影响规律,结合试验获得了清水和浑水水头损失变化曲线,在保证水头损失不发生急剧上升前提下,给出了两种目数过滤器最佳排污压差值。

    • 离心泵内示踪粒子运动的离散相模型模拟

      2012, 43(11):113-118,64. DOI: 10.6041/j.issn.1000-1298.2012.11.021

      摘要 (3936) HTML (0) PDF 1023.79 K (1893) 评论 (0) 收藏

      摘要:采用离散颗粒模型(DPM)对离心泵内示踪粒子运动进行了数值计算。在该模型中,采用经典的RNG k—ε模型来求解离心泵内的清水流场,并与试验对比验证模拟计算的可靠性,然后在清水流场基础上对离散示踪粒子采用Lagrange方法模拟,求解不同性质的粒子运动方程。通过粒子运动轨迹线与恒定或准恒定流线的对比,以及粒子相对速度随流场空间尺度的变化关系分析了粒子的跟随特性。数值模拟结果表明:当粒子直径大于50μm,不同密度的粒子在泵内跟随性差别很大,而直径在20μm以下,粒子跟随性对密度的敏感度降低;粒子密度与流体密度相等是一个重要的界点;对于流道内存在漩涡等不稳定流的追踪,只有无量纲密度比ε接近1,且直径足够小的粒子其轨迹线才与流体的流线接近;直径在20μm以下的粒子相对速度大小与流体接近,跟随精度较高;考虑到粒子的散射特性,建议本泵选用直径在20μm左右的聚苯乙烯粒子作为示踪粒子。

    • 无过载离心泵设计参数与性能关系研究

      2012, 43(11):119-122,128. DOI: 10.6041/j.issn.1000-1298.2012.11.022

      摘要 (3737) HTML (0) PDF 921.21 K (1765) 评论 (0) 收藏

      摘要:根据无过载离心泵最大轴功率与额定轴功率比值(功率备用系数K)公式,通过推导,将K表示成仅与比转数、叶片出口角和叶片数相关的函数,以此函数给出了K的三维曲面以及在不同叶片数下K关于叶片出口角和泵比转数的等高线。K和叶片数关系不大,叶片出口角、泵比转数对K影响较大;在相同的K下,比转数越高,可取的最大叶片出口角越大。由等高线图可以根据比转数、K选择合理的叶片出口角。实例证明,该方法能够快捷实现无过载离心泵设计,避免了传统方法叶片出口角选择的盲目性。

    • 考虑旋转和曲率影响的SST k—ω湍流模型改进

      2012, 43(11):123-128. DOI: 10.6041/j.issn.1000-1298.2012.11.023

      摘要 (3813) HTML (0) PDF 897.15 K (2113) 评论 (0) 收藏

      摘要:分析了离心泵中常用湍流模型的优缺点,采用考虑旋转和曲率影响的RNG k—ε模型和Realizable k—ε模型分别对SST k—ω湍流模型进行了改进,生成了两种新的湍流模型。以开源代码库OpenFOAM作为平台对改进的湍流模型实现了程序化,应用新的湍流模型分别对一低、中、高比转数的离心泵进行数值计算,并将修改前后的数值计算结果与试验结果从能量性能的角度进行了详细对比。分析结果表明,改进后的湍流模型能成功用于离心泵内流计算中,且计算精度较修改前更接近于试验值。

    • 基于Gottingen翼型的离心泵前置导叶预旋调节试验

      2012, 43(11):129-133. DOI: 10.6041/j.issn.1000-1298.2012.11.024

      摘要 (3750) HTML (0) PDF 956.87 K (1847) 评论 (0) 收藏

      摘要:运用轴流泵孤立叶片设计方法,设计了基于Gottingen翼型的前置导流叶片,并对离心泵预旋调节的基本规律及调节机理进行了试验研究。通过对比前置导叶的不同安装方式对单吸离心泵效率、功率的影响,发现单吸离心泵采用前置导叶长弦端靠近中心轴的安装方式对离心泵外特性的改善效果要优于前置导叶短弦端靠近中心轴的安装方式,而且长弦端靠近中心轴安装方式前置导叶能够有效拓宽离心泵的高效运行范围,改善其在非设计工况下的水力性能,且与无前置导叶工况相比,最高效率可提高2.3%,从而达到为离心泵增效节能的目的。

    • 基于变倾角叶片型线方程的螺旋离心泵轴面速度确定

      2012, 43(11):134-137,133. DOI: 10.6041/j.issn.1000-1298.2012.11.025

      摘要 (3119) HTML (0) PDF 950.59 K (1856) 评论 (0) 收藏

      摘要:根据固液两相流在螺旋离心泵叶轮内通过螺旋段和离心段的不同运动特性,以及螺旋离心泵的结构特征,推导了螺旋离心泵的变倾角叶片型线方程。该方程避免了螺旋离心泵一元设计理论对设计经验的依赖性和叶轮轴面流线分点的复杂性,可通过改变型线方程中的参数来改变流体从轴向至径向过渡时液流的轴面速度分布,从而找到最佳的轴面速度分布,对该类型泵的计算机辅助设计、内部流场数值模拟以及泵性能改善有重要意义。

    • 叶轮进口挡板改善轴流泵非稳定工况性能研究

      2012, 43(11):138-141,151. DOI: 10.6041/j.issn.1000-1298.2012.11.026

      摘要 (3324) HTML (0) PDF 972.05 K (1633) 评论 (0) 收藏

      摘要:轴流泵在不稳定区(马鞍区)运行时,叶轮进口存在回流区,水泵效率低、机组振动加剧,严重时将造成机组结构破坏。在轴流泵叶轮进口设置5种挡板方案,采用商用软件ANSYS CFX,分别对不同的挡板方案进行了三维不可压湍流数值模拟。计算结果表明,挡板与叶轮进口的距离是影响小流量工况水泵性能的主要因素,其中方案3为最佳方案。叶轮进口的轴面流场表明,挡板能抑制小流量工况水泵进口处的回流,降低叶片吸力面的压力,增加叶片的升力,从而有效地提高小流量工况的水泵运行效率。

    • 基于CFD技术的多级潜水泵优化设计

      2012, 43(11):142-146. DOI: 10.6041/j.issn.1000-1298.2012.11.027

      摘要 (4087) HTML (0) PDF 889.51 K (2193) 评论 (0) 收藏

      摘要:结合多级潜水泵的特点,针对后倾式叶轮及空间导叶的多级潜水泵,以效率最大为优化目标进行优化设计。为了提高优化的精度,对后倾式叶轮和空间导叶进行参数化拟合处理,选择叶轮和导叶的进出口角作为控制参数并在原模型基础上增加±20°作为优化范围,在不断进行流场校核的基础上基于遗传算法寻找目标函数的最优值,得到控制参数变化范围内的最优叶轮模型。数值模拟结果表明:当叶轮根部进口角为35.53°,出口角为27.32°,导叶进口角为15.48°,出口角为61.75°时获得最优模型,优化后的水泵效率提高了4.12%,单级扬程提高了1.449m,拓宽了水泵的高效区,提高了水泵的运行稳定性,泵性能得到了优化。

    • >农业生物环境与能源工程
    • 菌种添加量对生物预处理小麦秸秆厌氧发酵的影响

      2012, 43(11):147-151. DOI: 10.6041/j.issn.1000-1298.2012.11.028

      摘要 (4190) HTML (0) PDF 923.52 K (1813) 评论 (0) 收藏

      摘要:对小麦秸秆进行了氨—生物联合预处理,在实验室自制的小型厌氧发酵装置上,对预处理后的小麦秸秆进行了厌氧发酵制取沼气试验,探讨了氨—生物联合预处理中,菌种的添加量对小麦秸秆厌氧发酵产沼气的影响。结果表明,在氨预处理尿素溶液质量浓度为35g/L,生物预处理pH值为4,黄孢原毛平革菌和里氏木霉的添加比例为1∶1(数量级为109)的条件下,小麦秸秆厌氧发酵过程中沼气总产气量最大,为7968mL,较空白组提高了23.11%。发酵过程终了pH值、VFA和甲烷的变化均在正常的范围内,甲烷最高体积分数为51.33%,较空白组提高了6.01%,整个发酵过程历时23d。

    • 预处理方式对水稻秸秆厌氧发酵产气特性的影响

      2012, 43(11):152-156. DOI: 10.6041/j.issn.1000-1298.2012.11.029

      摘要 (3703) HTML (0) PDF 940.48 K (1782) 评论 (0) 收藏

      摘要:在中温(35℃)条件下,分析了不同预处理方式对水稻秸秆厌氧发酵过程中产气特性的影响,比较了厌氧发酵前、后水稻秸秆组分变化的情况,结果表明:氨化预处理的秸秆产气量最大,VS(挥发性固体)产气量达到356.80mL/g,比对照组高11.70%;各组甲烷质量分数的最大值均达到了70%以上,甲烷含量差异不显著;水稻秸秆厌氧发酵后的木质纤维素含量均呈现下降的趋势,木质纤维素的降解率与产气量成正比,氨化后的水稻秸秆与原水稻秸秆相比,纤维素、半纤维素和木质素的降解率分别为28.49%、51.73%和7.13%。

    • >农产品加工工程
    • 小规模农产品加工企业联合优化召回模型

      2012, 43(11):157-162,168. DOI: 10.6041/j.issn.1000-1298.2012.11.030

      摘要 (3890) HTML (0) PDF 922.07 K (1676) 评论 (0) 收藏

      摘要:针对当前召回模型仅能优化召回规模的问题,分析了批次分散模型,并加入批次的品质属性,给出了原料—部件—成品的规模比例和品质权重约束条件,提出了一种召回数量—成品品质的联合优化召回模型。针对小规模农产品加工企业的产品召回优化需求,分析了联合优化模型的运算开销,给出了相关算例和优化结果。结果表明,该联合优化模型可以在减小召回规模的基础上,提高成品的品质。

    • 双孢蘑菇硬度的近红外漫反射光谱无损检测

      2012, 43(11):163-168. DOI: 10.6041/j.issn.1000-1298.2012.11.031

      摘要 (3356) HTML (0) PDF 960.75 K (1737) 评论 (0) 收藏

      摘要:以双孢蘑菇为试验材料,基于近红外漫反射光谱定量分析技术,研究其贮藏期间硬度无损检测模型的建立方法。采用偏最小二乘法对双孢蘑菇的近红外光谱进行分析,并且比较了4种(一阶导数、二阶导数、标准正交变量变换、多元散射校正)光谱预处理方法的建模结果。试验结果表明,在选定的光谱(5000~10000cm-1)范围内,二阶导数光谱预处理方法所建模型效果最佳,其校正决定系数为0.9471,验证决定系数为0.8261,说明基于近红外漫反射光谱的检测方法简便易行,可用于无损评价双孢蘑菇贮藏期间硬度的变化。

    • 果蔬清洗废水中乐果农药扫频超声波降解工艺优化

      2012, 43(11):169-173,179. DOI: 10.6041/j.issn.1000-1298.2012.11.032

      摘要 (3992) HTML (0) PDF 907.31 K (2208) 评论 (0) 收藏

      摘要:采用平板扫频超声波技术进行果蔬清洗废水中乐果农药降解研究,研究了超声波频率、定/扫频模式、处理体积、处理时间以及频率组合对水溶液中低浓度农药乐果降解的影响,探讨超声处理的自由基作用机理。结果表明,平板扫频模式超声波对乐果的降解效果优于定频模式,双板对振的效果优于单板超声。超声波降解处理系统较好的工作参数为:频率68kHz、功率80W(对应的处理体积为8L)、扫频周期100ms、频率组合68kHz与68kHz,初始质量浓度为3mg/L的乐果溶液180min降解率达到71%。利用超声波处理乐果溶液,存在因超声波超声的自由基引起降解的因素。

    • 白芝麻油脂理化特性及组成分析

      2012, 43(11):174-179. DOI: 10.6041/j.issn.1000-1298.2012.11.033

      摘要 (3462) HTML (0) PDF 867.85 K (1476) 评论 (0) 收藏

      摘要:分析测定了不同产地白芝麻压榨油脂的折光指数、皂化值及不皂化物含量等理化指标;采用气相色谱法分析了压榨白芝麻油中脂肪酸成分含量,其不饱和脂肪酸的相对含量占84%以上;并用胰脂酶选择性水解方法分析了压榨白芝麻油的甘三酯分子结构组成,发现其LOL相对含量最高(22.98%~25.62%);高效液相色谱法测定压榨芝麻油中维生素E含量为13.73~54.43mg/(100g),芝麻素含量为60.14~69.10mg/(100g);分析测定了不同产地芝麻制取的压榨白芝麻油氧化稳定性,结果表明,白芝麻油4号氧化稳定性相对较好。

    • >农业信息化工程
    • 空气流速对温室地下蓄热系统加温时热湿传递的影响

      2012, 43(11):180-185,219. DOI: 10.6041/j.issn.1000-1298.2012.11.034

      摘要 (3597) HTML (0) PDF 963.98 K (1759) 评论 (0) 收藏

      摘要:为确定温室地下蓄热系统换热管道空气流速对其加温运行时热量交换和水蒸气迁移的影响,测试了该系统以不同换热管道空气流速蓄热后,夜间加温时换热管道进出口空气温度与湿度、地坪温度、室外温度,计算了换热管道进出口处空气的含湿量、焓、蓄热功率。结果表明,在冬季晴朗的天气下,系统以0.6、1.0、1.5、2.0、2.5、2.8m/s的换热管道空气流速白昼蓄热后,夜间以与蓄热时相同的空气流速加温时,温室内低温高湿空气流经换热管道后,温度、焓显著增加,相对湿度明显降低,加温功率随换热管道流速增加而增加,平均加温功率分别达1.0、1.6、3.2、6.4、7.2、7.7kW;当换热管道空气流速小于2m/s时,加温效果不显著;当换热管道空气流速大于2.5m/s时持续加温能力差;在满足作物夜间生长所需温度条件时,应以2.0m/s的换热管道空气流速加温。

    • 南方连栋塑料温室冬季通风除湿开窗优化

      2012, 43(11):186-191. DOI: 10.6041/j.issn.1000-1298.2012.11.035

      摘要 (3802) HTML (0) PDF 1.00 M (1589) 评论 (0) 收藏

      摘要:连栋塑料温室主要依靠日光蓄热,冬季为保温需要长时间密闭以避免室内热量流失,这就导致室内形成高湿环境,使栽培作物易患病虫害。以有效除湿和减小室内热量损失为目标,以十一连栋塑料温室为研究对象,建立全尺度计算流体力学模型(CFD模型)。在顶窗通风工况下,CFD模型的有效性经实验数据验证,其计算值与各测点湿度的实验值变化趋势吻合,且差异在5%以内;并利用该模型研究了不同开窗组合(侧窗、顶窗和顶窗加侧窗)对温室内空气流场和湿度场的影响。仿真结果表明,顶窗通风是一种较理想的通风组合,能够在3min内完成作物冠状层的除湿。除湿结束后,室内平均相对湿度从92%降至68%,湿度分布均衡性较好,且热损失较小,能满足冬季温室保温、除湿的要求。

    • 基于ZigBee的温室环境监测图像传感器节点设计

      2012, 43(11):192-196. DOI: 10.6041/j.issn.1000-1298.2012.11.036

      摘要 (1657) HTML (0) PDF 307.74 K (974) 评论 (0) 收藏

      摘要:设计了一种能够监测温室环境的无线智能图像传感器节点, 采用CC2430与LPC1766芯片相结合作为硬件处理平台,通过串口摄像头获取图像帧,利用ZigBee帧协议设计图像包格式,对图像数据进行分包组网传输。实验表明该节点最大通信距离可达160m,节点丢包率较低,一帧JPEG格式的温室图像大小约为10kB,通过ZigBee传输一帧图像大约为135s。该节点可以实现温室环境图像信息的采集和传输,且结构紧凑、工作稳定、功耗低,可以满足温室环境监测的要求。

    • 光声振耦合对蝗虫趋光响应的激发效应

      2012, 43(11):197-202. DOI: 10.6041/j.issn.1000-1298.2012.11.037

      摘要 (3368) HTML (0) PDF 1.03 M (1477) 评论 (0) 收藏

      摘要:依据蝗虫对光声振的响应特性,利用自行设计的光声振叠加效应激发蝗虫趋光响应的行为反应试验装置,进行了光声振耦合激发蝗虫趋光响应的试验。结果显示:光声振耦合对蝗虫趋光效应的激发起到增益增效作用,其对蝗虫的推拉驱动性激发效应,能够有效实现蝗虫的趋光诱导效应,其中组合光谱光照强度决定了蝗虫的趋光聚集效应,且光照度增加10倍,光声振激发蝗虫趋光聚集的效果提高25%;在一定范围内,光声振有效激发了蝗虫趋光定向响应,调控光照主导了蝗虫的趋光响应,振动决定了蝗虫趋光的驱动激发效果,而声频起增效增益性激发作用;光声振信号刺激蝗虫多重感受器,产生了有利蝗虫趋光聚集的叠加效应,声频模式、光谱光照调控模式与循环振动模式的合理组合,可有效提高蝗虫趋光效果。

    • 基于改进Freeman链码的柑橘簇生区域数量判别方法

      2012, 43(11):203-208. DOI: 10.6041/j.issn.1000-1298.2012.11.038

      摘要 (3754) HTML (0) PDF 968.16 K (2113) 评论 (0) 收藏

      摘要:水果簇生区域的数量判别是图像处理技术的难点。提出了一种改进的Freeman链码,即在Freeman 8邻域链码的基础上插入了3个新的链码元素“S”、“8”和“9”。识别过程中,首先获得水果簇生区域二值图像的改进Freeman 8邻域链码,然后计数链码中“8”出现的次数,再根据研究对象的轮廓特性,计算出簇生区域的数量。利用该方法对柑橘树数字图像中簇生区域的柑橘数量进行了判别,实验结果表明,该方法对2~5簇生判别效果良好,效率高,其中2、3簇生识别正确率为100%。

    • 基于偏好免疫网络的油茶果采摘机器人图像识别算法

      2012, 43(11):209-213. DOI: 10.6041/j.issn.1000-1298.2012.11.039

      摘要 (3805) HTML (0) PDF 927.02 K (1716) 评论 (0) 收藏

      摘要:针对油茶果采摘机器人视觉识别中外界物体的形态学特性要求,采用了偏好人工免疫网络算法作为机器视觉的图像识别算法,并根据采摘环境及采摘对象的特点对算法结构进行了改进,增强了算法的识别率。仿真实验表明,采用偏好人工免疫网络算法对油茶果的识别率在晴天时达到了81.67%,阴天时达到了87.69%,满足采摘识别率的要求。

    • 基于邻差和的农产品X射线图像分割算法

      2012, 43(11):214-219. DOI: 10.6041/j.issn.1000-1298.2012.11.040

      摘要 (3908) HTML (0) PDF 915.50 K (1508) 评论 (0) 收藏

      摘要:针对图像阈值分割中二维灰度直方图和模态法的不足,提出了一种基于邻域差值之和与直方图凹面相结合的图像分割算法,并将此方法与二维直方图方法在板栗、苹果和猕猴桃的X射线图像分割中的效果进行了对比试验。试验结果表明,本方法的图像分割误差小于2.1%,最大分割误差仅是二维直方图简便算法分割误差的23.7%,能够更精确地提取果品的图像。

    • 豌豆苗期田间杂草识别与变量喷洒控制系统

      2012, 43(11):220-225,73. DOI: 10.6041/j.issn.1000-1298.2012.11.041

      摘要 (4283) HTML (0) PDF 994.99 K (1800) 评论 (0) 收藏

      摘要:以图像实时控制器CVS—1456为核心设计了图像实时识别与变量喷洒系统。在普通光照下分别采集包含豌豆苗、土壤背景、杂草(刺儿菜)等的原始图像,分析其颜色模型,根据色差分量R—B颜色特征采用LabVIEW和IMAQ Vision编程实现杂草实时识别。基于Canny算子对识别的杂草进行边缘检测,并提取目标杂草的面积、密度和形心位置3个特征参数为变量喷洒定位提供依据。随机试验表明:基于R—B色差分量对豌豆苗期复杂背景下刺儿菜杂草平均正确识别率达到83.5%,均方差0.066,该方法准确可靠。

    • 自走式奶牛精确饲喂机控制系统

      2012, 43(11):226-230,236. DOI: 10.6041/j.issn.1000-1298.2012.11.042

      摘要 (3971) HTML (0) PDF 980.94 K (2057) 评论 (0) 收藏

      摘要:以计算机为信息管理平台,运用无线通信技术、射频识别技术及单片机等,设计了根据奶牛个体生理特征信息进行精确投料的控制系统。实现了奶牛精确饲喂技术中的智能识别、信息无线传输、双模行进及精确给料。该系统实现了奶牛养殖的自动化、精细化、智能化。实验表明:饲喂机的最佳行进速度为0.6m/s,系统响应时间0.4s,识别率96%,计量误差小于2%。

    • 基于Google Maps的农业机械作业轨迹监测系统

      2012, 43(11):231-236. DOI: 10.6041/j.issn.1000-1298.2012.11.043

      摘要 (3842) HTML (0) PDF 995.01 K (2122) 评论 (0) 收藏

      摘要:为满足现代农业机械管理需要,实现农业机械作业调度与实时监控,运用GPS、GPRS和Google Maps技术进行有机集成,构建了农业机械作业轨迹监测系统。该系统采用单片机整合GPS模块、GPRS模块实现车载GPS数据无线远程回传,通过Google Maps API构建Web GIS系统,采用ASP.NET实现农业机械田间作业管理;以Web Service技术及Ajax技术实现作业轨迹回放、作业实时定位及长度、面积测量等功能。

    • >机械设计制造及其自动化
    • 生产与延期成本最小为目标的车间资源优化配置研究

      2012, 43(11):237-243. DOI: 10.6041/j.issn.1000-1298.2012.11.044

      摘要 (3561) HTML (0) PDF 879.93 K (1390) 评论 (0) 收藏

      摘要:针对作业车间的离散制造环境,以加工与延期成本最小为目标,提出一种资源配置调整问题的优化分析方法。首先根据作业车间的物料流与作业流,构建了生产过程仿真模型,对资源配置方案的调整效果作出评价。进而将生产仿真分析方法与改进的模拟退火方法相结合,设计了求解算法,实现对工作中心资源配置量与产品工艺路线(即资源结构与使用方式)的联合优化调整。算法以关键生产路径分析指导邻域方案搜索与选择,加快了收敛速度,比传统的随机邻域搜索方法具有更好的求解效率与质量,更适合于大规模资源配置问题的建模求解。

    • 水压轴向柱塞泵内部空化流动数值模拟

      2012, 43(11):244-249,260. DOI: 10.6041/j.issn.1000-1298.2012.11.045

      摘要 (3589) HTML (0) PDF 1.02 M (1929) 评论 (0) 收藏

      摘要:采用Schnerr—Sauer模型对水压轴向柱塞泵内部的空化流动进行了数值模拟,在不同的泵入口压力条件下,对泵出口的流量和压力脉动进行了分析。研究结果表明:当泵入口压力较低时,位于吸水区的柱塞腔内将出现明显的空化,空化区域主要位于柱塞腔的内侧,其中柱塞腔刚进入配流盘吸水槽时的空化最为严重;吸水区柱塞腔严重的空化将会导致泵出口的流量和压力出现较大的脉动;提高泵的入口压力将使空化程度减弱,但过大的泵入口压力会导致柱塞腔在吸水区产生压力冲击;空化程度减弱到一定程度之后,泵进口压力的改变对泵出口的流量和压力脉动不再有显著影响。

    • 纳米尺度接触过程分子动力学模拟

      2012, 43(11):250-255. DOI: 10.6041/j.issn.1000-1298.2012.11.046

      摘要 (3558) HTML (0) PDF 1.02 M (2270) 评论 (0) 收藏

      摘要:为研究纳米尺度接触过程力学行为,以刚性半球体接触压入单晶硅表面为分析对象,建立分子动力学模型并求解仿真,得到纳米尺度接触过程中微观接触区域的状态变化和接触作用力变化规律。由于粘附力作用,两表面尚未完全接触时,基体原子发生纳米尺度接触所特有的“突跳”现象。随着接触深度增加,基体原子位错和滑移带相继出现,接触区域的硅材料由初期弹性变形转向后期塑性变形。在脱离接触过程中,基体材料有部分弹性恢复,接触完全脱离时,球面仍粘附着部分硅原子。然后利用原子力显微镜,对应分子动力学模拟时的参数条件和接触过程,进行实验对比分析,实验结果表明:分子动力学模拟不但对纳米尺度接触过程力学行为的分析是可行和有效的,而且可以观察到实验无法反映的微观细节。

    • 基于初参数法的丝杠轴向支撑刚度辨识方法

      2012, 43(11):256-260. DOI: 10.6041/j.issn.1000-1298.2012.11.047

      摘要 (3341) HTML (0) PDF 900.18 K (1595) 评论 (0) 收藏

      摘要:针对丝杠轴向支撑刚度辨识问题,基于初参数解析方法建立丝杠的初参数矩阵方程,使用边界条件和内力平衡条件,求出矩阵方程中的初参数值。利用初参数值,建立丝杠两端支撑处和螺母处的轴向刚度辨识模型。测量丝杠振幅、简谐力幅值与频率、左轴承组右端面与螺母中间位置点的间距以及螺母中间位置点与右轴承组左端面的间距等参数,识别丝杠支撑点轴向刚度。实验研究表明:基于初参数解析方法建立的丝杠支撑点轴向刚度辨识模型简单,具有可行性。

    • 基于应力集中理论的磨削力模型

      2012, 43(11):261-266,243. DOI: 10.6041/j.issn.1000-1298.2012.11.048

      摘要 (3813) HTML (0) PDF 878.91 K (2012) 评论 (0) 收藏

      摘要:将应力集中理论引入磨削过程研究,分析了磨削过程中的应力集中现象,建立了基于应力集中的单颗磨粒磨削力模型,应用该模型分析了磨削力随磨粒磨损面积率的变化机理,并分别建立了单颗磨粒磨削法向力、切向力随磨粒磨损面积率变化的解析式,由解析式可知磨削法向力、切向力都与磨粒磨损面积率呈二次函数关系,得出了磨削后工件材料的累积残切厚度增大是磨削法向力增大的重要原因。在此基础上,结合实际生产中使用的砂轮特点,推导出了适用于实际磨削过程的基于应力集中的多颗磨粒砂轮磨削力随磨粒磨损面积率变化的解析式,用所建模型计算的结果与试验数据吻合较好。

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