磨粒间距和材料特性对磨削温度影响的有限元仿真研究

针对磨削过程中,磨粒间距和工件材料特性对工件表面温度的影响规律进行了有限元仿真研究,结果表明,随着磨削过程的进行,工件表面温度逐渐升高;磨削过程中,相比多磨粒磨削,单颗磨粒磨削的工件表面温度更低,且随时间增加上升速度更小;磨粒间距越大,工件表面温度越低且随磨削过程的进行变化速度越小;工件材料导热率越大,工件表面温度越低,当导热率大于1 W/(m·K)时,温度随导热率增大而下降的趋势不再明显;工件的比热容和密度对磨削温度的影响规律相似,随着比热容、密度增大,工件表面温度降低,且当比热容大于200 J/(kg·℃)、密度大于4000 kg/m3时,工件表面温度随比热容、密度持续增大而降低的趋势不再明显,且温度随时间推移而上升的速度下降。

一种混沌C型几何流动混合耦合电磁热特性数值分析

为克服传统管式反应器混合效率差和传统加热方式传热速率低而导致的反应器性能限制,本文提出了一种基于混沌对流强化的管式微波反应器,即采用混沌C型几何管道,通过COMSOL软件对流体混合过程和微波加热过程分别进行多物理仿真模拟,探究低雷诺数(Re)下流体混合特性和电磁热特性。分析得出:当Re≥15时,混沌C型管道内出现明显混沌流动,通过增加雷诺数可以提高涡流强度,以促进均匀混合;混沌C型几何周期数的增加会产生更多的扰动数,不断改变流体运动方向,从而提高传热性能;混沌管道内电场分布较平面管道更复杂,微波能量利用率更高;依据雷诺数和功率分析混合和电磁热特性二者耦合的相关性,初步揭示了二者耦合机理。

小型集成化热场式气象风速风向传感器研究

针对目前气象行业缺乏小型集成化风速计的问题,本文基于流场与温度场的相互影响,设计开发了一种风速风向传感器。首先,采用计算流体动力学软件FLUENT对不同流场下的温度场进行仿真测试,确定传感器表面8个负温度系数(NTC)热敏电阻的布局。然后,根据不同风速、风向下,8个NTC的仿真响应值,设计3阶傅里叶级数拟合方法实现风向风速的测量,并采用线性插值法对环境温度引起误差进行修正。通过风洞测试进行了实验验证。实验结果表明:设计的热场式风速风向传感器风速检测范围可达1~30 m/s,精度在±(0.5+0.03v)m/s内,风向检测范围在0°~360°,精度在±5°内。

微波-压力联合复热冷链米饭及其品质的研究

为减缓米饭微波复热过程中的失水速率,减少失水干硬对米饭品质的影响,研究采用不同压力进行复热试验,对比复热米饭碘蓝值、色差值、硬度和还原糖含量的变化,以验证方法的有效性。结果表明,复热初期采用70 kPa,复热后期采用50 kPa的分段微波加压复热米饭的碘蓝值为0.178,硬度为3122.12 g,还原糖含量为3.636 mg/g。相比320 W常压复热,70/50 kPa分段式加压复热米饭热点与中心含水率差异由5.60%下降至1.93%,硬度差异由540.82 g下降至239.59 g。加压复热可以有效抑制米饭水分的蒸发,提升温度分布的均匀性。研究为米饭复热生产工业化提供依据。

基于彩虹技术的吸收性液滴多参数测量方法

目前彩虹测量技术广泛地应用于液体参数的测量,然而针对吸收性液滴彩虹测量技术的研究较少。该文基于几何光学理论、Mie理论和Bouguer定律,提出一种同时测量液滴粒径、折射率和吸收率的多参数测量方法。利用电荷藕合器件图像传感器(charge-coupled device,CCD)相机拍摄液滴的彩虹信号,通过彩虹信号的Ripple结构频率、主峰峰值位置和强度,实现多参数测量。为避免自由下落液滴形成长短轴比随机的椭球而带来的测量误差,以毛细管出口的稳定液柱为测量对象进行实验研究。结果表明:若Ripple结构淹没在噪声之中,则无法准确获得频率,粒径的测量会产生较大误差;在Ripple结构信噪比较高的前提下,该方法具有较小的测量误差。红墨水溶液的吸收率与其浓度成线性关系,吸收率的测量下限可以达到10-5。

低光学厚度下差分吸收光谱技术反演算法研究

差分吸收光谱法(differential optical absorption spectroscopy,DOAS)对大气痕量气体浓度可以实现准确、快速和在线测量。在短光程、低烟气浓度的条件下,该文提出了基于有限冲击响应(finite impulse response,FIR)滤波和蚁群算法的改进DOAS算法,以改善SO2低光学厚度造成的信噪比较低这一情况。算法首先采用FIR滤波算法对光谱进行预处理;之后利用蚁群算法来进行全局寻优求解。通过实验加以验证,在常温常压流动状态条件下,对13.2mg/m3的SO2标准状态气体进行浓度反演。研究结果表明,改进的DOAS算法能较好地消除噪声的影响,提高测量精度,测量误差在10%以内,较传统反演算法有很大提高。

螺旋极片ECT传感器灵敏场分析

电容层析成像系统(ECT)中,灵敏场分布作为反演计算的先验数据,对测量结果影响相当大,均匀的灵敏场能有效地提高浓度测量的准确性。直极片ECT传感器灵敏场不均匀程度较明显,靠近极片处介质对相应的极片对电容的贡献份额较大,而在靠近管道中心位置,对各极片对的贡献份额均较小。因此在实际测量中,对管道中心浓相分布和近管壁处环状稀相分布较难以区分。针对其在实际浓度测量中存在较大误差这一弱点,本文使用电磁场仿真软件Ansoft对螺旋极片ECT传感器进行三维有限元仿真研究。结果表明:螺旋极片ECT传感器这一理论模型,具有更为均匀的灵敏场。这一结论对提高ECT传感器的测量质量具有重大意义。

热风微波耦合干燥牛蒡温度梯度研究

热风微波耦合干燥是延长牛蒡货架期的有效手段。在热风微波耦合干燥过程中,物料因受到微波与热风的共同作用,表面及中心存在一定的温差,从而产生相应的温度梯度。为了揭示这一温度梯度的影响,通过温控系统分别调节牛蒡表面及中心的温度,形成不同的温度梯度,测定其各自的干燥速率及干后品质。结果显示,干燥速率并不随着温度梯度单调变化。改变温度梯度,当干燥速率最大时,由于干燥过程中样品结构遭到破坏,产品的质量较低。为了进一步改进干燥过程,提出控制策略,在干燥过程中合理改变温度梯度,以兼顾干燥效率及产品质量。

基于数字孪生控制的精密机床热误差模型

已有的研究结果表明,机床的热误差约占其总加工误差的40%~70%,且机床越精密,其热误差所占比例就越大,因此,通过控制热误差以提升机床的加工精度很有必要。针对机床热误差模型的预测精度不高和泛化能力不强的问题,提出了一种引入主轴转速,并可嵌入数字孪生控制系统的机床热误差建模方法。首先,对模糊聚类分析(FCA)、灰色关联分析(GCA)及主成分回归(PCR)方法进行了理论分析;然后,以某立式加工中心为对象,通过热特性实验,获得了转速图谱下的温度数据和热误差数据,并采用模糊聚类分析结合灰色关联分析的方法选取了其温度敏感点;最后,以主轴转速和温度敏感点的温升值为输入变量,采用PCR方法建立了机床热误差模型,并将其与多元线性回归(MLR)模型进行了效果对比。研究结果表明:相比于MLR模型,所建立的PCR模型的预测精度提升9.5%,证明该模型拥有更高的预测精度和更强的泛化能力;可将模型嵌入到数字孪生控制系统中,对机床进行实时热误差预测和热误差控制。

圆形截面微通道的双一阶彩虹现象研究

基于几何光学理论及Debye理论,研究圆形截面微通道这一双层圆柱产生的双一阶彩虹现象。由于全反射现象,双一阶彩虹并非始终存在,故通过数值模拟,得出内外径比的临界值来判断双一阶彩虹的存在性。当双一阶彩虹存在时,双一阶彩虹中的β彩虹总是可被观察到;α彩虹在某些情况下会因光强较弱而被淹没在以二阶彩虹为主的其他散射结构中。研究发现α彩虹位于二阶彩虹主峰右侧时,其可被观测到。为此分析α彩虹与二阶彩虹两者主峰散射角重叠这一临界情况,进而提出判断α彩虹能否被被观测到的方法。最后,构建实验系统,以充满去离子水的高硼硅玻璃毛细管为对象进行实验研究,通过CCD相机拍摄彩虹图像。结果表明,毛细管内径为550m、外径为600m时,其内外径比大于上述临界值0.7485,故双一阶彩虹存在。但是由上述判断方法得出α彩虹无法被观测到,这一结论与仅能从拍摄图像中获得β彩虹结构的现象相符。

任务驱动式教学方法在“食品无损检测技术”课程中的实践与探讨

伴随国家对应用型人才需求的增加,高校课程均应围绕培养具备创新能力的工程技术人才设置。任务驱动式教学方法可以充分提升学生学习兴趣。"食品无损检测技术"是高校工程装备及食品机械方向的基础课程,同时也是体现实践能力的课程,非常适合任务驱动式教学模式的开展。从课程内容和特点出发,探索了任务驱动式教学方法在教学中的具体实施及要点,并通过反馈进行教学评估及分析总结。任务驱动式教学方法的探索,为推动高校基础课程教学模式改革、培养学生创新能力提供思路。

基于电子鼻气味检测的苹果微波干燥方案优选

微波干燥中,过程参数设置不当会引起物料结构破坏和表面焦糊,期间往往伴随着特征气味的散发。该文以苹果为对象,采用60、70、80℃恒温、模糊逻辑控制和线性温度控制5种干燥方案,通过电子鼻采集的气味图谱,研究特征气味的散发规律,及优化干燥方案。根据恒温方案气味图谱中苹果风味峰和焦糊峰的变化规律,确定的模糊逻辑控制方案,可实现在线调节磁控管功率,保留风味、减少焦糊。将模糊逻辑控制方案中实测物料温度曲线进行优化,确定的线性温度控制方案,省去电子鼻检测环节,更适合工业应用。通过比较不同微波干燥方案下的产品品质,线性温度控制方案下干燥产品的品质高、耗时合理、干燥能力强,为优先方案。该研究为气味检测技术应用于苹果干燥提供了技术依据。

热风微波耦合干燥牛蒡动力学模型研究

热风微波耦合干燥可以很好地保护干后物料的品质,并且减少物料的干燥时间。利用Newton、Henderson and Pabis、Lagarithmic、Page、Wang and Singh等5种干燥模型方程,对热风微波耦合干燥过程中牛蒡含水率随时间的动态变化进行模拟,并通过试验对各模拟结果进行验证。结果表明,Lagarithmic方程模拟的结果与实际含水率变化较为接近。

排湿压力对微波干燥过程的影响

研究了排湿压力对苹果微波干燥过程中干燥速率和干后制品品质的影响,通过分析微波干燥速率曲线,发现排湿压力决定干燥速率的峰值,对干燥时间与能耗的影响较小,而对干后制品品质的影响较大。其中,在70℃、排湿压力34.47 k Pa时,苹果干后制品品质最好,这将为提高苹果干制品品质提供重要参考。

工业锅炉汽包水位先进PID控制研究

锅炉是工业生产中重要的动力设备,在实际运行过程中,基于安全性、稳定性及经济性等方面的考虑,汽包水位须维持在某一期望值附近。以MATLAB为仿真平台,构建汽包水位三冲量控制系统,分别采用常规PID控制器、模糊自适应PID控制器和基于遗传算法的PID控制器。常规PID控制器参数是由人工整定且固定不变的,其控制效果存在进一步提高的空间。模糊自适应PID控制算法能在线整定、优化PID参数,遗传算法能根据模型自动寻找最优PID参数,汽包水位控制系统中常用的先进控制算法。通过比较仿真结果,发现使用先进PID控制算法能有效地加快响应速度、减小超调量、减少调节时间、提高克服扰动的能力。

机床稳健性温度敏感点选择及热误差建模

针对VMC1165B立式加工中心,进行机床热特性及温度场分析,基于试验数据,避免进行热机制分析和计算温度场边界条件。采用模糊聚类结合Pearson相关系数法选出4个稳健性温度敏感点建立热误差模型,验证模型预测性能,并与模糊聚类结合灰色关联度选出的非稳健性温度敏感点热误差预测模型对比。结果表明:稳健性温度敏感点热误差预测模型的机床X向最大残差下降了25.44%,Y向最大残差、平均绝对误差和均方差分别下降了25%、23.03%和33.25%。

基于粒子群优化Gabor滤波器的钢板表面缺陷检测

为了解决钢板表面缺陷形态差别大、对比度低,无法准确检测的问题,提出一种基于粒子群优化(PSO)-Gabor滤波器的钢板表面缺陷检测方法。为了消除图像噪声,突显缺陷目标,首先,对缺陷图像进行自适应中值滤波和对数变换;然后,通过PSO算法对二维Gabor滤波器的频率、方向、尺度和滤波窗口进行参数寻优;并基于最优Gabor滤波器对图像进行滤波,获得缺陷能量图;最后,根据所得能量图进行缺陷分割,从而完成缺陷检测。实验结果表明:基于PSO-Gabor滤波器的缺陷检测方法对钢板表面4种缺陷检测准确率达93.75%,检测耗时为0.05 s,可实现对低对比度钢板表面缺陷图像快速、准确地检测,为钢板表面缺陷实时在线检测提供理论依据和技术支持。

基于温度控制的牛蒡微波热风耦合干燥研究

以牛蒡为原料,研究了微波热风耦合干燥过程中牛蒡内部温度和含水率的变化。微波控温实验结果表明,合适的微波功率密度和物料内部温度设定值不但可以缩短干燥时间,还可以减少物料内部温度的控制偏差。为了确定微波热风耦合干燥牛蒡的最佳工艺,利用响应面法进行实验分析,建立了以胡萝卜素保留率为指标的数学模型,求出最佳干燥工艺为微波功率密度8.4 W/g,物料内部温度设定值72.2℃,热风温度73.2℃,此时胡萝卜素保留率为60.6%。

耦合多层流动元件的连续流微波反应器内电磁热特性

微波加热因其独特的体积加热在连续流系统中应用广泛,但其存在的明显缺点是温度不均匀导致局部热失控影响物料的加热效果。因此,通过多物理场耦合计算讨论物料体积、物料间距、波导位置、微波功率和物料流速对物料微波能量利用率和加热效果的影响。结果表明:微波连续流反应器内放置2层物料具有最优的微波能量利用率和加热效率;物料间距和波导位置的变化使得反应器腔内双层物料的微波能量利用率和加热效果出现非同步的差异;增加微波功率会增大反应器内双层物料加热效果的差异性,而增加物料流速则会改善这种差异。

基于电子鼻和GC-MS的不同烘焙条件铁观音品质分析及其鉴别

烘焙对于铁观音乌龙茶的生产极为重要,因为它强烈影响其化学成分和感官品质。为了研究烘焙温度和烘焙时间对铁观音品质的影响,设置不同烘焙条件对铁观音进行焙火处理,并对其进行理化指标的测定,同时采用电子鼻和GC-MS对铁观音的挥发性成分进行检测。结果表明:随着烘焙温度和烘焙时间的增加,3个茶样中的茶多酚、儿茶素、氨基酸等滋味物质均呈逐渐下降趋势,茶多酚含量分别降低4.95%、6.31%和7.66%;儿茶素含量分别降低3.66%、4.33%和5.08%;氨基酸含量分别降低1.19%、1.87%和2.22%。酚氨比由平稳波段而后呈上升趋势,酚氨比分别升高0.34、1.55和2.17,且300min后的茶叶滋味物质急剧下降,酚氨比急剧上升,气味响应降低,结合感官评价的结果,300 min后烘焙品质下降。电子鼻结果表明,不同烘焙条件和不同烘焙程度的茶叶挥发性物质存在差异。利用电子鼻结合主成分分析、费舍尔判别分析以及多种智能算法能够较好地快速辨别不同烘焙条件以及不同烘焙程度的茶叶。气相色谱-质谱(GC-MS)的气味特征表明,不同烘焙程度的茶叶挥发性物质和香气特征存在显著差异,出现了烤、焦和辛辣的气味。此外,基于偏最小二乘回归(PLSR)的电子鼻与挥发性物质的分析结果揭示了传感器与香气物质之间的内在关系。研究结果为寻找最佳烘焙工艺以及铁观音的品质和香气特征鉴别提供了一种新思路。