“双一流”和新工科建设背景下高校工科类课程统筹建设路径与实践——以塔里木大学工程力学课程建设为例

现阶段地方高校人才培养的问题之一是培养输出的人才同质化严重,难以满足社会和产业需求,人才培养的供给侧改革迫在眉睫。在“双一流”和新工科建设背景下,通过对课程的统筹建设,对提高人才培养质量,培养具有学科优势和专业特色的现代化人才具有重要意义。该文以塔里木大学农业机械化及其自动化专业的工程力学课程建设为例,从宏观和微观两个层面提出统筹建设路径,经教学实践检验该模式对提高人才培养质量有积极影响。

山区应急供水装备路径规划系统设计与应用

灾后救援保障中,应急供水扮演着至关重要的角色.然而,由于山区地形和地貌条件复杂多变,现场指挥调度尤为关键,关系着救援人员能否迅速展开保障装备进行应急供水作业.文中基于多智能体强化学习(multi-agent proximal policy optimization,MAPPO)算法进行了路径规划系统的设计,并进行了试验仿真验证,根据奖励图结果确认该路径规划系统的可行性,并实现系统运行可视化,证明该路径规划系统可以初步满足山区应急供水装备路径规划需求.在此基础上,结合Mask2Former图像分割模型优化山区应急供水装备路径规划系统,将地物信息输出结果和路径规划结果相结合,有效避免了单一路径规划算法在受到环境影响时结果波动较大的问题,提高了路径规划的鲁棒性和可靠性.将该路径规划系统集成至山区应急供水装备指挥平台,以解决山区应急供水路径规划问题,为山区应急供水装备的实际运行提供了有力支持.

气液两相条件下叶片开孔对电潜泵性能和内部流场的影响

为了研究电潜泵内部流动机理,从而改善高含气工况下电潜泵的气液混输性能,文中基于欧拉-欧拉非均相流模型,对不同入口含气率工况下叶片开孔前后的气液两相流动特性进行了数值模拟分析,探究了气液两相流条件下叶片开孔对电潜泵性能和内部流场的影响.结果表明,在纯水工况以及低含气率、小流量工况下,叶片开孔会降低电潜泵性能;但是叶片开孔可以改善电潜泵在大流量下的气液混输性能.叶片开孔后会改变叶轮内部压力分布,使电潜泵叶轮内部平均压力升高,进而改善叶轮内部流态.叶片开孔后会冲散气相聚集,使气体分布更加均匀,叶轮流道内涡核分布明显减少,减少了能量耗散.该研究为改善电潜泵气液混输性能提供了理论依据.

新工科背景下智慧能源专业教学探索——有限元仿真在动力设备全生命周期管理课程中的应用与实践

为提升智慧能源专业本科生培养质量、提高学生在工程实践中的知识应用能力,文章针对当下“双碳”政策的发展和新工科背景下的能源人才需求,探讨通过线上线下相结合、辅以理论应用案例的教学方法,基于数值模拟方法和有限元仿真专业软件,在课程中开展动力设备全生命周期管理工程实例研究,引导学生主动学习、提高实践能力,通过重新整合教学内容和专业知识,提升学生的专业知识应用能力,促进学生对行业发展的理解。

基于休止角试验的颗粒钾肥离散元模型参数标定

为了获取颗粒钾肥的离散元模型参数,对一种颗粒钾肥测量三轴尺寸、质量,通过查阅文献确定离散元仿真参数的取值范围,并通过无底圆筒堆积物理试验,获得颗粒钾肥的休止角。采用EDEM软件建立颗粒钾肥仿真模型,通过试验设计,以期获得不同参数组合下的休止角仿真试验结果。通过Design Expert软件内部的Plackett-Burman功能,对仿真所需要的8个关键参数进行显著性测评,发现钾肥-钾肥静摩擦因数以及钾肥-钾肥滚动摩擦因数对休止角的角度有显著影响;通过最陡爬坡试验进一步确定这两个参数的取值范围,其余6个参数由于显著性较小全部取中值。在此基础上,根据Box-Behnken试验结果建立了休止角与显著性参数的二阶回归模型,并对模型进行了优化,最终确定参数的取值为:钾肥泊松比为0.25,钾肥剪切模量为7.3×10^(7),钾肥-钾肥恢复系数为0.35,钾肥-钢板恢复系数为0.25,钾肥-钾肥静摩擦因数为0.4,钾肥-钢板静摩擦因数为0.3、钾肥-钾肥滚动摩擦因数为0.2、钾肥-钢板滚动摩擦因数为0.245。采用上述参数组合,进行休止角仿真试验,对仿真休止角与物理试验休止角结果作对比验证,通过T检验发现二者没有显著差异(t<t_(0.05/2))。由此表明,采用响应面优化标定颗粒钾肥离散元模型关键参数可行,标定的参数可为颗粒钾肥离散元仿真提供参考。

星空地井一体化探测技术体系在复杂地质条件场地调查中的应用

复杂地质条件下的场地调查往往受地形起伏、断裂构造复杂、水文地质条件变化剧烈、人类工程扰动强烈等因素影响,存在调查范围缺乏科学性、调查尺度与精度难以协同平衡导致总体工作量部署高而高风险区表征精度相对不足。本文通过融合“星空界”、“天空界”、“地表界”、“地下界”技术,在突破单一技术手段片面零散探测的基础上,强调空天地一体化与井下探测技术的有机融合,构建了星空地井一体化探测技术体系。该一体化探测技术在湖北典型污染场地地下水污染调查中得到了有效应用验证,具有全局性视野认知、自组织高效诊断识别、兼具大时空尺度风险筛查与场地尺度分层精细表征等技术优势。此外,采用该一体化探测技术体系在江西赣南边远山区找水打井与地下水源应急供水中得到了应用验证,从技术方法上克服了传统单一方法的不确定性,科学有效地提高了基岩山区水文地质调查找水的成功率与工作效率。地表界调查圈定找水靶区,论证地下水源找水井位;地下界探测应用落地,基岩山区水文地质钻探涌水量达120 m3/d,解决了赣南革命老区季节性缺水的实际问题。作为行业共性关键技术,星空地井一体化探测技术体系在生态环境、自然资源、水利巡查、应急救灾等业务领域应用前景广阔。未来在多技术方法融合、多元异质信息融合及项目应用落地方面有待进一步拓展,天空界无人机航测、地下界分层精细探测新技术新方法等尚需加强研发应用与技术协同。

涉农专业课程思政建设的现实意义和途径

新农科建设背景下,涉农专业课程要推进和落实课程思政,就要根据专业特点明确课程思政建设对课程改革和人才培养的积极作用,建立合理的育人目标后因地适宜地挖掘思政元素并与教学内容有机融合,让专业课程教学与思想政治课程教学同向形成合力,培养知农爱农的新时代农业人才。以塔里木大学农业机械化及其自动化专业的农业机械化生产管理学为例,结合实际教学过程提供了可行的课程思政建设实践路径,为其他相关课程的课程思政建设提供参考。

有机肥施用技术与装备研究进展

近年来,化肥不合理施用带来诸多土壤环境问题,有研究表明有机肥施用不仅能够解决畜禽养殖废弃物资源化利用问题,还能在减量施用化肥的同时增加土壤有机质。有机肥亩均施用量大,需配备相应的施肥装备,针对有机肥种类多且物理特性复杂、施用装备技术水平不高的现状,本文重点阐述了国内外有机肥施用装备研发应用现状,剖析了我国有机肥施肥装备目前存在的主要问题,并归纳总结了现有有机肥施用装备的适用性及特点,从技术与政策层面提出了合理化建议,对有机肥施用装备的发展趋势进行了展望,为有机肥施用合理选择配套装备提供参考,为今后有机肥施用技术装备高质量发展提供一定的借鉴。

CO_(2)热催化加氢合成甲醇催化剂的研究进展

CO_(2)作为原料制备甲醇是一种极具前景的碳减排技术,但其工业化仍面临许多挑战。CO_(2)具有很强的化学惰性,在反应过程需要利用活性金属使催化剂具备较强的活化CO_(2)的能力以及适宜的加氢性能。本文致力于介绍目前CO_(2)热催化转化为甲醇的反应机理,总结了CO_(2)热催化加氢制备甲醇的过渡金属基、贵金属基催化剂的研究进展,并对未来研究方向进行了展望。

棉秆木醋液的制备优化及配施有机肥对土壤肥力的影响

南疆地区靠近沙漠,盐碱土问题突出。为改善土壤理化性质,提高土壤肥力,采用棉秆热解产物中的木醋液配施有机肥。通过正交实验探究棉秆热解过程中最终温度、升温速率、停留时间对粗木醋液得率的影响,并建立相应的预测公式。结果表明,在研究范围内(热解温度为300~500℃,升温速率为5~15℃/min,停留时间为0.5~3 h),粗木醋液得率最大的工艺参数为热解温度492℃,升温速率5.79℃/min,停留时间0.53 h。将此参数下的精制木醋液与猪粪配施于土壤,探究其对土壤pH、电导率、有机碳等参数的影响,利用权重系数和分位数法得到的隶属度对土壤肥力进行归一化处理,从而将反映土壤肥力的各项指标综合得到相对肥力指标值。结果表明,棉秆木醋液配施有机肥能够对土壤电导率、pH、有机碳、氮和磷的含量起到较好的改善作用。与仅施用有机肥的对照组相比,作物成熟后土壤肥力能够得到有效的恢复。在实验的第5个月,与对照组相比,添加木醋液的处理组相对肥力提高了18.05%。

叶轮叶片高度对旋涡泵水力性能的影响

为深入研究旋涡泵内部流体的流动机理,掌握叶轮叶片高度变化对旋涡泵性能的影响规律,通过实验测得一款闭式叶轮开式流道旋涡泵在不同叶轮叶片高度下的流量-扬程特性曲线,采用k-ε湍流模型和非结构网格对该旋涡泵进行数值模拟,通过ANSYS CFX后处理对其内部流场进行分析,研究了旋涡泵叶轮叶片高度变化对旋涡泵外特性的影响规律。结果表明:旋涡泵的模拟结果与实验数据趋势基本吻合,数值模拟方法的可靠性较高。在相同流量工况下,随着叶轮叶片高度的减小,旋涡泵内部的纵向旋涡强度逐渐减小,叶轮流道内的涡核心减少,导致旋涡泵的扬程与效率逐渐降低。研究结果可为后续旋涡泵的优化设计提供参考。

不同级数电潜泵失速演化及级间差异性研究

当电潜泵在小流量工况下运行时会出现失速现象,并出现一系列的负面影响,严重影响机组的安全性和稳定性。为了研究失速工况下电潜泵内部的旋涡演化及其级间差异性,文中对单级、两级和三级电潜泵进行数值模拟研究,重点讨论了设计工况、临界失速及深度失速工况下电潜泵的内外特性。结果表明:在设计工况和临界失速工况下,首级叶轮流道内部出现多个旋涡结构,次级与末级叶轮内流动顺畅。在深度失速工况下,单级、两级和三级电潜泵首级叶轮内部均存在着大尺度的回流涡,并伴随着强烈跨流道溢流现象;流道内部各种旋涡聚集糅杂形成涡团,对流道出口处产生严重阻塞。电潜泵首级叶轮进口处大尺度旋涡结构、各级叶轮同步失速以及导叶内强烈的分离涡共同导致扬程骤降,同时造成极高的能量损失。该研究为完善电潜泵设计方法提供了理论基础。

基于工程教育专业认证的机械设计专业材料力学教学改革思考

基于工程教育专业认证“学生为中心、产出为导向、持续改进”的教育理念,以塔里木大学机械设计制造及其自动化材料力学课程为例,从课程目标、多元化教学模式、工程认证教学体系多方面,思考教学过程与考核结果中存在的共性问题,尝试提出解决方法和执行方案,以期在培养更高质量的工科人才的同时能够为课程教学改革提供参考。

谈新课程理念下提升高中语文教学有效性的策略

在高中语文教学中,新课程理念的实施使得教学模式得到了优化,教师也越来越重视学生的主体地位,为了能够让学生更好地掌握知识,教师需要在语文教学中构建科学有效的课堂模式。教学模式的优化和创新可以有效地提高高中语文课堂教学效率,提升学生的语文综合素质。对此,本文结合笔者多年的教学实践经验总结出几点提升高中语文教学有效性的策略,希望可以给广大同仁提供一些有益参考。随着新课程改革的不断推进,高中语文课堂也在不断地发生变化,新课程理念下的高中语文课堂模式也正在慢慢地被广大师生所接受。

科学视角下青少年跆拳道训练方法探讨

文章从科学视角探讨了青少年跆拳道训练方法的现状和发展方向。首先,回顾了常用的训练方法,如体能训练、技术训练、战术训练和心理训练等,并指出了现有方法存在的问题和不足。其次,详细探讨了科学训练法在跆拳道训练中的应用,如体能训练的科学指导、技能提升的科学方法和心理调适的科学策略。最后,提出了青少年跆拳道训练的科学化策略,如个性化训练计划的设计、合理营养摄入的建议和损伤的预防与处理。

生物炭粒径对猪粪好氧堆肥中养分影响

为了探究生物炭的不同粒径对猪粪好氧堆肥中堆体养分变化的影响,以猪粪和稻草秸秆为堆肥原料,分别添加0.15(F1)、4.00(F2)、20.00(F3)mm粒径的生物炭进行好氧堆肥(未添加生物炭为处理F4),测定了堆肥过程中不同粒径生物炭堆体理化性质、养分形态及含量,并结合扫描电镜和傅里叶红外光谱分析其机理。结果表明:F1、F2和F3比F4提前进入高温期,F1处理组比F2和F3处理组提前2 d进入高温期,比F4处理组提前3 d进入高温期,其中F2处理组高温停留天数最久;F1、F2和F3处理组与F4处理组相比堆体pH含量增加;F1、F2和F3可降低堆肥盐渍化风险,F3处理组降低堆肥盐渍化效果最好;堆肥过程中F1、F2、F3和F4含水率分别下降了58.57%、52.23%、66.18%、60.90%,有机质含量分别减少了45.33%、42.46%、42.97%、46.67%,F1、F2和F3可有效减少NH3的挥发;在堆肥结束时F1、F2、F3和F4比初始全氮提高46.08%、41.21%、35.70%、26.28%,硝态氮含量提高6.45%、9.37%、6.25%、3.22%,全钾含量提高33.21%、33.05%、33.67%、25.83%,全磷含量提高60.82%、66.62%、102.6%、57.51%。综合分析,0.15 mm生物炭与猪粪堆肥可有效提高堆体氮素含量,因此,0.15mm的生物炭可作为提高堆肥氮素的优质粒径。

木醋液的制备及其在农业方面的应用研究进展

木醋液是农林残余物热解过程中产生的烟气经冷凝而得到的液体。对木醋液制备及其应用的研究,可提高农林残余物的利用率,减少环境污染。通过查阅大量文献和资料并结合笔者测定的木醋液成分,综合阐述了热解温度对制备木醋液产率和组分的影响,不同原料和精制方法对制备木醋液组分的影响,不同原料制备的木醋液功能性成分、成分作用及应用方向,同时对造成木醋液产率和成分组成差异的原因进行分析;并从不同种类、稀释浓度、施加方法及与其他肥料配施等方面,着重介绍了木醋液在改善土壤理化指标和生物活性、促进作物生长、提高作物品质、防治病虫害、制备生物质肥等农业方面的研究进展,并针对目前研究过程中有效成分尚不明确等问题,对未来研究方向提出展望。

利用CARS-BPNN模型的南疆枣园土壤有机质高光谱反演

土壤有机质(SOM)含量是制定枣园土壤施肥方案的主要依据。合理的施肥方案对提升红枣品质、减少农户投入和增加枣园产出有重要意义。利用传统方法获取枣园SOM含量耗费时间和资源,不符合枣园精准施肥管理的需求,土壤有机质高光谱检测是一种有效的替代方法。为筛选南疆枣园SOM的高光谱快速检测模型,采用网格布点法采集158个枣园土壤样品,测定风干土样的室内高光谱数据和SOM含量。分别将400~2400 nm全波段(R)和通过竞争自适应加权算法(CARS)、连续投影算法(SPA)、粒子群优化算法(PSO)三种数据降维算法筛选的数据集与偏最小二乘回归(PLSR)、反向传播神经网络(BPNN)、卷积神经网络(CNN)三种建模方法结合构建12种枣园SOM含量的组合反演模型,通过对比模型的精度评价指标和训练时间,筛选枣园SOM含量最优光谱反演模型。结果表明:(1)CARS、SPA、PSO三种降维算法都能将光谱数据压缩至原来的10%以下,筛选波长数分别由原来的2001个变量降为98、156、102个,降维组合模型的验证集RPD均大于1.50,均能实现对枣园SOM含量的反演,与R组合模型相比,降维组合模型至少能节省30%的时间成本,特别是与BPNN和CNN等构建的组合模型,能节省90%的训练时间,且模型稳定性更强,模型效果更优。(2)CARS数据集构建组合模型的验证集R^(2)均大于0.85,RPD均大于2.50,RPIQ均大于1.60,在三种降维算法中效果最好;PSO数据集的组合模型验证效果略低于CARS数据集,但优于R数据集,R^(2)均大于0.80、RPD均大于2.00;SPA数据集构建组合模型的验证效果要低于R数据集,在三种降维算法中效果最差。(3)BPNN和CNN两种方法的反演模型验证效果均优于PLSR模型,而在模型训练时间和模型验证效果等方面,BPNN模型优于CNN模型,其结合CARS数据集的验证效果最优,R^(2)为0.91、PRD为3.34、RPIQ为3.17、nRMSE%为11.93,训练时间为58.00 s,模型符合快速检测枣园SOM含量的要求。CARS-BPNN模型为反演南疆枣园SOM的最优模型,研究结果能够为南疆枣园土壤养分快速检测与制定施肥方案提供参考。

添加木醋液和生物炭对堆肥重金属钝化的影响

腐殖质(HS)是有机肥养分质量的重要指标。在堆肥过程中,生物炭和棉秆木醋液的添加会导致堆体内部环境发生变化,但HS的化学性质变化尚不明确。本研究利用火焰原子吸收仪检测了重金属(HMs)(例如Pb、Cr、Cd、Ni)的形态,运用傅里叶变换红外光谱(FTIR)方法和三维激发发射矩阵荧光光谱(3D-EEM)方法以多个角度表征HS与HMs的络合物。同时,采用数理统计、相关性分析和冗余分析(Redundancy analyses,RDA)比较了试验组的腐熟指标(温度、pH值)、腐殖化能力(HS、富里酸(FA)、胡敏酸(HA)、胡敏酸与富里酸之比(H/F))、官能团等。研究结果显示,木醋液处理能使堆肥腐殖化程度相对较高,且位于波数876~835 cm^(-1)的峰值明显增强表明芳香结构在不断累积,H/F最终均达到2.3以上。T1处理组生物炭处理的HS含量位于T4和T3处理组之间,H/F最终达到3.67。T1处理组对Cr钝化过程,交换态最终钝化比例至2%。T4处理组在Pb钝化过程中,最终残渣态的比例高达68%。Cd受T4处理组影响较大,最终表现为氧化态分别向交换态、还原态、残渣态转移2%、10%和11%。然而,无论是添加生物炭还是木醋液,对Ni的钝化在堆制过程中均未显示出明显趋势,交换态、还原态、氧化态和残渣态比例分别稳定在1%~2%、5%~7%、26%~35%和56%~68%,说明本次试验HS对Ni的影响较小。FTIR进一步证实了HS作为富含芳香族和羧基的核心农艺功能物质的基本特性。在堆肥过程中,HS的芳香性逐渐增加,从而增强了与Pb、Cr、Cd离子的络合能力。此外,研究确定了质量分数1.75%的木醋液在猪粪基料堆制过程中整体表现较佳。综上所述,木醋液和生物炭存在以下吸附机制:木醋液的特殊功能基团与HMs离子发生络合作用;生物炭与HMs主要依赖吸附作用;Ni在堆肥中的作用机制可能更倾向于与硝酸根离子结合。

菌糠对猪粪好氧堆肥的腐熟度指标影响及评价分析

【目的】评价分析菌糠对猪粪好氧堆肥的腐熟度指标影响。【方法】以取自新疆阿拉尔市某养猪场的新鲜猪粪为研究对象,采用废弃黑木耳菌糠添加到猪粪堆肥的方法,研究不同比例菌糠的添加对猪粪好氧堆肥过程中理化性质的影响规律、对比腐熟物光谱特性及腐熟度评价方法,利用模糊综合评价法和灰色关联分析法评价堆肥腐熟度。【结果】与对照组相比,菌糠的加入能够加快堆肥进入高温期的时间,且高温持续时间达到12 d,且加入15%的菌糠堆肥效果最好,全氮等营养元素含量呈现出先下降后上升的趋势。堆肥过程中在3330 cm^(-1)~3370 cm^(-1)、2924 cm^(-1)、1650 cm^(-1)、1554 cm^(-1)、1410 cm^(-1)、1050 cm^(-1)~1080 cm^(-1)处均存在吸收峰,相比于对照组,处理组其特征峰强度增幅均大于对照组。灰色关联度分析法更适用于堆肥腐熟特性的评价。【结论】菌糠的添加能够实现高效堆肥的目的,促进堆肥腐熟速率。