控释肥颗粒群仿真接触参数标定与试验

接触参数影响控释肥颗粒离散元仿真结果。为了精准模拟控释肥颗粒力学行为与运动规律,本文基于离散元法对控释肥颗粒的接触参数进行标定与试验。首先,建立控释肥离散元基础模型,并利用台架和仿真试验相结合的方法,在EDEM中对控释肥颗粒与PVC板之间接触参数进行标定。其次,通过碰撞弹跳试验、斜面滑移试验和斜面滚动试验测得控释肥颗粒与PVC板之间的碰撞恢复系数、静摩擦因数和滚动摩擦因数分别为0.539、0.507和0.105。最后,通过堆积试验、最陡爬坡试验和正交旋转组合试验,得到控释肥颗粒间的碰撞恢复系数、静摩擦因数和滚动摩擦因数分别为0.38、0.25和0.09,并通过无底圆筒提升试验和排肥台架试验进行验证。试验结果表明,堆积角实际值与仿真结果的相对误差为1.54%,排肥量实际值与仿真结果4种转速下的相对误差分别为4.38%、4.23%、4.41%、4.36%,所标定的控释肥接触参数精准有效,可为控释肥离散元仿真提供数据和模型支撑。

苹果颗粒离散元接触参数标定与仿真试验

为精准确定红富士、花牛和黄元帅苹果的接触参数,该研究基于离散元法对3种苹果颗粒的仿真模型进行接触参数标定试验。首先,创建3种苹果的离散元填充模型,并通过电子秤、万能试验机等试验设备,确定其本征参数。其次,通过碰撞弹跳试验、斜面滑移试验和斜面滚动试验,得到红富士、花牛和黄元帅苹果与亚克力板的碰撞恢复系数分别为0.473、0.432和0.466;与亚克力板的静摩擦系数分别为0.435、0.536和0.519;与亚克力板的滚动摩擦系数分别为0.007 7、0.013 8和0.008 8。最后,通过堆积角试验、最陡爬坡试验确定二次回归正交旋转组合试验,得到红富士、花牛和黄元帅同种苹果间的碰撞恢复系数分别为0.487、0.348和0.469;静摩擦系数分别为0.584、0.869和0.644;滚动摩擦系数分别为0.084、0.096和0.093。试验结果表明,红富士、花牛和黄元帅苹果仿真试验与物理试验的休止角相对误差分别为5.95%、6.55%、8.67%。研究结果可为苹果物理特性和低损采收技术研究提供理论依据和模型支撑。

基于形色筛选的苹果园羽化害虫粘连图像分割方法

针对苹果园害虫识别过程中的粘连问题,提出了一种基于形色筛选的害虫粘连图像分割方法。首先,采集苹果园害虫图像,聚焦于羽化害虫。害虫在羽化过程中已完成大部分生长发育,其外部形态、颜色、纹理更为稳定显著。因此,基于不同种类害虫的形色特征信息分析,来获取害虫HSV分割阈值和模板轮廓。其次,利用形状因子判定分割粘连区域,通过颜色分割法和轮廓定位分割法来实现非种间与种间粘连害虫的分割。最后,对采集的苹果园害虫图像进行了试验分析,采用基于形色筛选的分割法对单个害虫进行分割,结果表明,本文方法的平均分割率、平均分割错误率和平均分割有效率分别为101%、3.14%和96.86%,分割效果优于传统图像分割方法。此外,通过预定义的颜色阈值,本文方法实现了棉铃虫、桃蛀螟与玉米螟的精准分类,平均分类准确率分别为97.77%、96.75%与96.83%。同时,以Mask R-CNN模型作为识别模型,平均识别精度作为评价指标,分别对已用本文方法和未用本文方法分割的害虫图像进行识别试验。结果表明,已用本文方法分割的棉铃虫、桃蛀螟和玉米螟害虫图像平均识别精度分别为96.55%、94.80%与95.51%,平均识别精度分别提高16.42、16.59、16.46个百分点。这表明该方法可为果园害虫精准识别提供理论和方法基础。

服务一流学科的大型仪器设备精准化开放管理体系探索与实践

随着一流学科建设的深入,越来越多的大型仪器被投入高校使用,然而当前众多高校的院级大型仪器平台具有一定的局限性。文章结合江南大学生物工程学院仪器管理现状,通过完善管理制度,创新仪器分类方式,构建用户分级体系和规范分层培训流程,落实大仪助理的遴选机制以及安全监管体系,协同形成一套标准化、可执行的适用于生物工程学院的大型仪器设备精准化开放管理体系,更好地服务于一流学科建设。

嗜酸乳杆菌与枯草芽孢杆菌协同发酵玉米淀粉糖渣

通过微生物发酵可以改善风味,并消除营养抑制因子,从而实现玉米淀粉糖渣的高价值利用。该文采用嗜酸乳杆菌单菌固态发酵糖渣,乳杆菌活菌数为5.24×10^(8)CFU/g,进一步利用枯草芽孢杆菌、嗜酸乳杆菌协同发酵,嗜酸乳杆菌活菌数提升到1.50×10^(9)CFU/g,是单菌发酵的2.86倍。对双菌固态发酵工艺进行优化,在种子液接种量为7.8%,含水量为72%,初始pH为7.26时嗜酸乳杆菌活菌数达到5.05×10^(9)CFU/g,是优化前的3.37倍,对双菌发酵和单菌发酵产物进行组分、风味、口味等指标进行分析检测,结果表明发酵可以提升营养价值,同时还可以降低植酸含量并提高抗氧化能力。双菌发酵可获得更高的益生菌活菌数,并减少异味,增加类似坚果和脂肪的香气,改善口感。

基于低pH适应性进化策略提高小白链霉菌ε-聚赖氨酸合成能力

小白链霉菌(Streptomyces albulus)是ε-聚赖氨酸(ε-poly-L-lysine,ε-PL)的工业生产菌,其在发酵生产过程中遭受低p H胁迫,易造成ε-PL合成能力下降。因此,该文采用一种逐级增加选择压力的低p H适应性进化策略,经过连续93 d的适应性进化,实现S.albulus GS114耐受p H值由4.0降低到3.6。经过大量筛选,获得了低p H适应性进化菌株S.albulus ALE4.0、S.albulus ALE3.8和S.albulus ALE3.6;结合低p H耐受性和摇瓶发酵实验,确定最优适应性进化菌株为S.albulus ALE3.6。进一步考察不同p H值对S.albulus ALE3.6合成ε-PL的影响发现,S.albulus ALE3.6在不同p H值条件下,较出发菌株S.albulus GS114均表现出发酵优势。最后,采用恒定p H 4.0补料分批发酵方式,在5 L发酵罐水平实现S.albulus ALE3.6的ε-PL产量达到43.7 g/L,较出发菌株提高了63%。研究结果一方面表明通过适应性进化方法可以显著提高S.albulus的低p H耐受能力,另一方面也说明通过增强S.albulus低p H耐受性是提高其合成ε-PL能力的有效途径。

膜分离法提高麦芽四糖糖浆纯度的研究

该研究拟采用膜分离法将麦芽四糖糖浆中麦芽四糖的纯度提高到80%以上。研究结果表明,麦芽四糖糖浆经截留分子质量为1000 Da的膜超滤后,大部分糊精被去除,但小分子糖含量几乎没有损失;以渗透通量、各糖截留率、分离系数为评价指标,筛选出最适合用于提高麦芽四糖纯度的纳滤膜的截留分子质量为150~300 Da;实验确定的纳滤膜最优工艺参数为跨膜压差1.0 MPa,操作温度35℃,进料质量浓度15 g/L,纳滤后麦芽四糖纯度由73.40%提升至78.20%;进一步采用浓缩因子为2的五阶段间歇渗滤,截留液中麦芽四糖的纯度达到87.14%。膜分离工艺不能完成相近分子质量低聚糖的绝对分离,但利用各糖截留率的差异,可以提高产品中麦芽四糖的纯度。

小白链霉菌全细胞转化L-赖氨酸合成ε-聚赖氨酸的体系构建与优化

小白链霉菌(Streptomyces albulus)是天然抗菌肽ε-聚赖氨酸(ε-poly-L-lysine,ε-PL)的主要生产菌株。为了提高小白链霉菌生产ε-PL效率,该文构建并优化了全细胞转化L-赖氨酸合成ε-PL体系:葡萄糖质量浓度80 g/L,菌龄12 h,反应温度30℃,L-赖氨酸质量浓度15 g/L,柠檬酸浓度15 g/L,初始反应p H 4.0,硫酸铵质量浓度6 g/L,湿菌体量为1900 g/L。基于该转化体系,实现小白链霉菌在96 h合成ε-PL产量和底物转化率达到13.80 g/L和38.9%,分别是常规摇瓶发酵的4.1、3.2倍。最后,在小白链霉菌中异源表达来自大肠杆菌的L-赖氨酸特异性通透蛋白基因lysp,获得的重组菌S.albulus OE-lysp实现L-赖氨酸利用能力和底物转化率较出发菌株分别提升26%和33%,ε-PL产量增加至17.21 g/L,约为常规摇瓶发酵ε-PL产量的6.4倍,这是文献报道的最高摇瓶规模ε-PL产量。该研究结果一方面说明了通过全细胞转化L-赖氨酸生产ε-PL的可行性,另一方面为S.albulus转化大宗氨基酸L-赖氨酸生产高值ε-PL奠定了坚实的技术基础,具有重要的理论意义和经济价值。

臭氧氧化在乙醇SBR出水资源化中的应用研究

为节约水资源,降低生产成本,该研究提出将序批式活性污泥法(sequencing batch reactor activated sludge process,SBR)出水回用于乙醇生产拌料工序。实验结果表明,SBR出水直接回用将导致乙醇发酵被抑制,对SBR出水进行臭氧氧化处理20 min后,SBR出水回用乙醇发酵的抑制性完全解除。研究证明NO_(2)-是SBR出水中的主要抑制物,当NO_(2)-质量浓度达到5 mg/L时就会对发酵产生抑制,表现为酵母细胞数减少且死亡率升高,细胞形态被破坏,对葡萄糖的利用率降低。转录组学研究结果表明,酵母细胞经NO_(2)-胁迫处理后,三羧酸循环与磷酸戊糖途径通量减小,使细胞代谢被抑制,生命活动减弱,因而抑制乙醇发酵。

2.5维机织复合材料TCM细观分胞模型研究

从真实反映制造工艺对2.5维机织复合材料厚度方向上纱线束截面尺寸的影响出发,在传统二元分胞模型基础上提出了一种新的胞体—过渡胞,进而在细观尺度上建立了2.5维机织复合材料三胞体模型(TCM)。该模型反映了不同厚度位置经纱几何参数的差异,弥补了传统分胞方法的不足。基于TCM和刚度体积平均方法预测了几种典型2.5维机织复合材料包括弹性模量在内的力学性能,并与实验结果进行了对比。分析结果表明,基于TCM的预测结果相比传统模型预测精度更高;另外,经向弹性模量在厚度方向上呈现“马鞍”形分布;对10-6w材料,过渡单胞和内层单胞的经向弹性模量相差约6%,而传统分胞方法无法准确反映材料表层/次外层和内层材料结构及力学性能的差异。

带锯齿形叶冠叶片冷热态尺寸换算方法

介绍涡轮叶片叶身与叶冠的冷热态尺寸换算原理。以优化设计方式建立带锯齿形叶冠叶片的冷热态尺寸换算方法,并以某型带冠涡轮叶片为例,完成带冠涡轮叶片从热态尺寸到冷态尺寸的换算。结果表明:所建立的带锯齿形叶冠叶片冷热态尺寸换算方法精确可靠,为其他典型涡轮部件的冷热态尺寸换算提供了参考。

不同温度下IC10合金的本构关系

利用材料试验机（MTS809）测得IC10合金在很宽的温度范围（25-800℃）和不同应变率（10^-5-10^-2s^-1）内的应力-应变曲线。试验结果表明：室温下IC10合金的流变行为对应变率不太敏感;相同应变率（10^-4s^-1）下,流变行为对温度较敏感;在不同应变率、25-800℃温度范围内,IC10合金的屈服应力变化很小。基于试验数据,修正并拟合了Johnson-Cook方程,并利用该方程对不同温度和不同应变率下IC10合金的流变应力进行预测。与试验数据对比表明,修正后的Johnson-Cook方程能较好地描述IC10合金在不同的温度和应变率条件下的流变行为。

肥料形状特征精密测量仪及测定方法

针对人工测量精度低、工作量大以及高精度测量仪器成本高、操作复杂等问题,提出一种精密测量肥料形状特征的仪器及方法,通过图像采集、灰度和伽玛校正以及边缘检测计算肥料形状特征。测量仪以间歇采集模式工作,可同时获取肥料的顶部和侧面图像;然后对顶部和侧面灰度图像进行伽玛校正,以提高图像对比度;最后基于方向梯度的边缘检测算法准确提取肥料的顶部和侧面轮廓图像,并根据轮廓图像计算形状特征。利用三维扫描法和本文提出的方法测量了复合肥、有机肥和生物肥的形状特征,通过Grubbs检验、F检验和t检验评估2种方法之间的显著性差异。结果表明,2种测定方法的肥料形状特征无显著差异,提出的测量仪器和方法可以快速、准确测量肥料的形状特征,为肥料生产和质量检验奠定坚实的基础。

文丘里管中气液两相流差压波动信号与空隙率关系

为了研究气液两相流差压波动信号与空隙率之间的关系,建立了差压波动信号均方根与空隙率的关系式.针对油气两相流和气水两相流,在管径分别为40mm和50mm管道上进行实验,分析了文丘里管差压波动信号与空隙率、流量、压力以及流体密度等参数的关系,得到了差压波动信号与空隙率的量纲1关系式.此关系式不仅反应了差压波动信号与空隙率的关系,而且提供了一种间接测量空隙率的方法.该方法只需要测量文丘里管前的压力和前后的差压波动信号,计算出该差压信号的时均值、瞬时值就可以计算得到空隙率的值.实验结果表明在空隙率小于85%的范围内,油气两相流和气水两相流空隙率的测量误差分别为10·9%和11·3%.如果与利用空隙率和差压测量气液两相流流量的方法相结合,则仅利用一个文丘里管就可以实现两相流流量测量.

自动调节深度式果园双行开沟施肥机设计与试验

针对国内果园开沟施肥机施肥效率低、一致性差和有机肥与化肥混施难的问题,设计了一种开沟深度可自动调节的果园双行开沟施肥机。该机采用双行开沟施肥的工作方式,可一次完成果园开沟、有机肥与化肥混施、覆土一体化作业。通过理论分析对开沟装置、排肥装置和开沟深度自动调节装置等关键部件进行设计,搭建基于STM32F103的控制系统,实现开沟深度的自动调节。性能试验表明,各工作部件运行稳定,开沟深度一致性较好,开沟深度稳定性系数大于等于94.76%;田间试验表明,各种肥料颗粒混合均匀,有机肥分布稳定性系数大于等于91.44%,化肥分布稳定性系数大于等于92.09%,混合肥分布稳定性系数大于等于93.70%,性能指标满足果园生产要求。

啮合同向双螺杆挤出机不同螺杆流场仿真分析

根据啮合同向双螺杆几何学,运用Solid Works三维建模软件建立螺杆的实体模型。采用190℃聚乳酸熔体作为流体,通过ANSYS软件划分网格得出有限元模型,然后在Polyflow里进行仿真,分别得到了两种不同截面的螺纹元件的流场模拟结果。分析对比了压力场,速度矢量场、剪切速率场和黏度场,得出螺棱厚度对流场的影响。结果表明,I型截面螺杆的建压能力强于II型截面螺杆。II型截面的剪切能力强于I型截面的剪切能力,II型截面增强了螺杆的分散混合能力。

IC10合金的高温拉伸性能

利用力学测试与模拟试验机测得了IC10合金在很宽的温度范围(25~900℃)和不同应变速率(10-5~10-2s-1)下的应力-应变曲线,对曲线进行了分析;用扫描电子显微镜对试样的断口进行了分析。结果表明:室温下IC10合金的流变应力对应变速率不太敏感,而在900℃下对应变速率非常敏感;比较各温度下材料的屈服强度可以发现,当温度低于(含)800℃时,IC10合金的力学性能与室温下相当,而在更高的温度(900℃)下力学性能有所下降;在低于(含)800℃时断口主要以穿晶断裂为主,在900℃下主要为韧窝聚集型断裂,随着温度的增加,断口上韧窝更大、更深、更多。

水质安全评价及预警关键技术研发与应用示范

针对目前城市供水水源污染风险状况和饮用水水质安全保障需求,利用三级水质监控网络水质监测数据和其他有关信息,借助水质信息管理系统与可视化平台,研究了饮用水从源头到龙头多环节水质安全评价及预警技术方法,通过融合所研究的水质安全评价、典型渐变性水质污染预测预警、典型突发性水质污染事件预警、水质预警系统集成等多项关键技术,建立了饮用水水质安全预警系统,并在山东省和济南市、杭州市和东莞市进行应用示范,实现了对示范地重点关注水质指标(事件)的安全评价和预测预警,为城市供水水质一体化预警提供了技术与信息支持。

IC10合金本构关系的神经网络模型

为研究IC10合金在不同温度、不同应变率下的流变规律,本文利用材料试验机（MTS809）测得IC10合金在很宽的温度范围（25-800°C）和不同应变率（10^-5-10^-2s^-1）内的应力-应变曲线。试验结果表明,在小于800°C及小应变率条件下IC10合金的流变行为表现为应变硬化。基于试验数据,本文建立了IC10合金本构关系的BP神经网络模型,该模型以应变值、应变率及温度作为输入量,流变应力为输出量。与试验结果比较表明,BP神经网络模型的预测精度较高,说明该模型可以精确地预测IC10合金在不同温度、不同应变率下的流变行为。

基于电磁感应原理的多电极流量测量方法

传统的两电极电磁流量计的测量精度易受流量计前后直管段长度的影响,而且在流速低于0 25m s时测量误差将明显增大。针对上述问题,提出了一种8电极的电磁流量计,它由8电极传感器、多通道放大和采样电路以及嵌入式PC104微处理器组成。实验证明,这种流量计可以基本消除流速分布不对称对测量结果的影响,在低流速时测量精度有明显的提高。