小型搅拌热解气回燃式生物质炭化炉设计与试验

针对传统炭化工艺温度不均、尾气净化难、能量消耗大的问题,设计了一种小型搅拌热解气回燃式生物质炭化设备。采用双螺旋带搅拌,使生物质横向对流,受热均匀;设计热解气引流装置使其回流至燃烧室引燃,减少热解气排放的同时,为生物质炭化提供能量,降低了炭化能量投入。基于计算机仿真技术建立了样机模型,并对炭化炉温度场及热流场进行了矢量分析,计算结果表明炉内温度分布均匀。设计了炭化炉样机,以稻壳为原料进行生物质炭化试验。结果表明,热解气引燃后炭化室温度能够保证生物质炭化所需条件。正交试验结果表明,最佳炭化率因素水平组合为:螺旋搅拌器转速为43 r/min、炭化室物料充满系数为88.68%、炭化时间为15 min,此时,炭化率最高为50.86%。

水田作业机械仿生表面减阻机理的离散元研究

水田作业机械的减阻研究具有重要节能意义,但因水田饱和泥土层的离散特性、力学特性等不同于旱作土壤,目前多数的模拟方法都不能直接应用到水田相关的研究中。为了研究水田作业机械仿生表面的减阻机理,并找到适用于水田饱和泥土-机具交互作用相关研究的仿真分析方法,利用离散元软件EDEM建立了水田泥土的离散颗粒模型,构建了水田机械部件表面与水田饱和泥土层相接触的力学模型,对机械触泥部件表面进行了仿鱼鳞微结构表面减阻设计,通过离散元理论,对水田饱和泥土-机具交互作用过程进行了仿真分析,获得了样件所受切向剪切力、泥水颗粒运动轨迹及不同分布规律。运用流体润滑理论和摩擦学理论对水田机械触泥部件仿生微结构表面的减阻机理进行了分析。分析结果表明:在前进速度为0.8m·s^(-1)时(高速插秧机一般前进速度),仿生平面的平均剪切应力为1.59E-05N,光滑平面的平均剪切应力为3.71E-05N,可计算出仿生样件在水田泥土条件下所受的总阻力减少49.84%。对比光滑表面样件,仿生样件具有更好的减阻效果,可以改善润滑条件,形成流体润滑效果;减少接触面积;改变摩擦系数并改变泥水运移方式。本研究可为水田作业机械的减阻研究并水田饱和泥土-机具交互作用的相关研究提供理论借鉴。

鸭稻共育对稻田土壤养分含量及水稻茎秆抗倒伏性的影响

倒伏是水稻栽培中普遍存在的突出问题,发生倒伏不仅会导致减产,造成稻米品质下降,而且会影响收获作业效率和损失率,增加作业成本。水稻茎秆力学特性是决定水稻抗倒伏能力的重要因素之一。为研究鸭稻共育种植模式对水稻茎秆抗倒伏性的影响,通过对比鸭稻共育和常规插秧两种种植模式,分别测定了关键生育期稻田土壤的养分含量和水稻地上、地下部生物量;采用三点弯曲试验测试了水稻在幼穗形成期、抽穗期、黄熟期3个生长阶段的茎秆折断力,研究鸭稻共育种植模式对水稻抗倒伏性能的影响。结果表明:与常规插秧种植模式相比,在水稻灌浆期,鸭稻共育土壤的有机质、碱解氮、速效钾和速效磷含量分别增加26.07%、15.97%、41.24%和18.25%,水稻地上、地下部分生物量分别增加26.11%和29.88%,差异均达到显著性水平。在水稻幼穗形成期之前,两种种植模式水稻茎秆的倒伏指数差异不显著;在水稻幼穗形成期、抽穗期和黄熟期,鸭稻共育水稻茎秆的折断力比对照分别提高13.65%、33.51%和36.09%,倒伏指数分别降低4.86%、5.42%和8.16%,在抽穗期和黄熟期差异性显著。说明鸭稻共育在一定程度上可增强水稻茎秆的物理强度,提高水稻植株的抗倒伏能力。该研究为解决水稻倒伏问题提供了一定理论依据,为其他作物的抗倒伏研究提供方法借鉴。

农机触土部件前行阻力测试装置的设计与试验

田间作业机械的工作阻力分析是农业机械设计工作中一重要环节,对试验装置的可靠性和测量精度具有较高要求。为研究农机关键触土部件的试验样件的前行阻力,本文设计了一种阻力测试装置,并保证了较高的稳定性和测量精度。针对该装置在正常工作时产生的振动是否会影响其工作性能,利用Solid Works软件对测试装置的台架进行三维建模,并采用有限元分析软件ANSYS-Workbench对其进行模态分析,求解出台架的前6阶模态频率与振型。模态分析结果表明：台架的前6阶固有频率分布在21～38Hz之间,而当牵引台的行进速度为0.1～1.0m·s-1时,该装置受到的外激频率为0.346～3.462Hz,远低于台架的低阶固有频率21.778Hz,有效地避免了共振的产生。以插秧机船板样件的拖拽试验为例,通过三因素三水平正交试验,分析该装置结构设计的合理性。分析结果表明：船板样式、配重和前进速度对试验指标的影响极显著,并得出各因素的最优组合,即前进速度为0.4m·s-1、配重为0.7kg、仿生船板样件的滑行阻力最小。该研究为水田、旱地作业机械关键触土部件的试验样件的前行阻力分析提供了条件。

用于秧爪耐冲蚀仿生设计的潮间带贝类表面磨损机理研究

从仿生学角度，对比3种典型潮间带贝类冲蚀磨损试验结果，分析贝壳表面非光滑结构的冲蚀磨损机理，为提高秧爪耐磨性探索结构仿生学设计。利用扫描电子显微镜（SEM）分别对东方扇贝（Dongfangshell）、魁蚶（Bloodyclam）、毛蚶（Arkshell）壳表进行形貌分析，确立其结构特征参数，利用Solidworks建立表面冲蚀过程简化模型；通过冲蚀磨损试验，获得3种贝类样品的不同耐磨性能，在冲蚀粒径为035～1．Omm，冲蚀速度为1．5m·s^-1条件下，魁蚶的失重比最小，仅为2．11％，低于东方扇贝和毛蚶。魁蚶表面的凹槽结构可减小冲蚀法向力，从而减小冲蚀微压痕。另外，表面微结构延长了冲蚀作用时间，可降低冲蚀速度和能量，起到耐冲蚀作用。

农用拖拉机渐开线直齿圆柱齿轮工程仿生研究

在Pro/e中建立农用拖拉机渐开线直齿圆柱齿轮的轮齿模型,以工程仿生学和有限元理论为基础,运用MSC.Nastran对普通齿轮和仿生表面形态齿轮进行了瞬态频率响应分析。有限元模拟结果表明:在相同的内部激励作用下,普通齿轮和仿生表面形态齿轮的响应情况不同,仿生表面形态齿轮的形变量更小,从而有效地改善了齿轮的动力学特性,提高了齿轮的可靠性。

可降解种膜直播对水稻生长和产量的影响

为了探索可降解种膜水稻直播种植技术在辽宁地区的可行性,在辽宁省辽阳、新宾等地,以普通直播和机械插秧为对照,研究可降解种膜直播对土壤不同土层温度、出苗时间、出苗率、生长性状和产量构成等指标的影响。结果表明:可降解种膜直播与对照相比,对耕层地表和地表下5cm处温度的影响极显著(P<0.01),对地表下10cm处温度的影响显著(P<0.05);在水稻生长前期,对提高土壤温度作用较大,且主要体现在浅层,在水稻生长的中后期,对较深层土壤的温度影响加大。与普通直播相比,可降解种膜直播早6d出苗,出苗率高17.6%。与对照相比,可降解种膜直播对水稻株高和分蘖的影响均极显著(P<0.01);水稻生长前期,机械插秧处理的秧苗植株最高,到生长中后期,可降解种膜直播秧苗株高最高,但随时间推移,3种种植模式下的秧苗株高差别越来越小,可降解膜作用减弱;可降解种膜直播水稻分蘖最早,且更早达到分蘖高峰,有效分蘖比对照高24%和35%。可降解种膜直播与2组对照相比,对水稻的产量有极显著的影响(P<0.01),在14.5%的含水率下,可降解膜直播产量为11 141kg/hm^2,比普通直播高17.72%,比机械插秧高8.33%。

稻田开放式自动化养鸭设备的研制及试验

为了解决鸭稻共作过程中依靠人工饲养鸭子费时费力的问题,加速推广具有良好经济效益和社会效益的水稻生态农业模式,该文设计了一种以单片机为控制核心,在无人值守情况下在稻田中自动化养鸭设备。该设备放置在稻田的输水渠上不占农田,由太阳能电池板产生的能量驱动,能够按照昼夜变化规律运行,早晨05:30后自动开门,傍晚18:00奏音乐唤鸭回笼并能自动补料、给水和关门。由于料斗放置在田间,饲料容易受潮而结拱影响补料量控制的精准度,设计了振动式料斗破拱装置,试验确定了破拱装置的振动偏心距为30 mm、转速为1 200 r/min。田间试验结果表明,在自动门延迟关门1 min和声音响度100 d B时,鸭群回笼率达到97.5%以上;自动化养鸭设备饲养鸭群体质量增长与人工喂养无显著性差异(P>0.05)。该研究成果对鸭稻共作技术的推广应用具有重要意义。

放养密度对稻田内鸭子运动规律及杂草控制效果的影响

为探索放养密度对鸭子在田间运动行为规律的影响及其对杂草的控制效果,该文采用超宽带(ultra wide band,UWB)定位技术,检测了鸭子在田间运动位置信息,研究了不同放养密度下鸭子在田间的活动规律及其对水田主要杂草的防除效果。结果表明,随着放养密的增加:1)鸭子的活动范围变大,单位面积出入几率也增大;2)鸭子在田间运动时间占总时间的比例逐步加大,对应每660 m2放养15、20、25和30只4种放养密度,该比例分别是69.17%,75.33%,77.83%和80.00%;3)鸭子进入各个小单元格的平均次数越多,对应上述4种放养密度,鸭子每天平均进入各单元格次数分别是12.05、17.82、23.03和27.73次,其中,高频次比例逐渐增加,且增加较快,而低频次比例逐渐较小;4)对杂草的控制效果越好,因为鸭子在田间活动的目的是获取食物,放养密度越大,鸭子为获取食物而产生的竞争越激烈,鸭子在田间的活动范围越广、时间越长、进入各个小单元格的频次越高,其采食杂草的机会越多。研究成果将为鸭稻共作技术工艺的进一步优化提供参考。

稻田鸭舍喂水控制系统设计

为促进稻鸭共作技术的推广应用,提高稻田鸭舍的自动化水平,设计了鸭舍自动喂水系统。该系统主要由水箱、液位控制器、液位传感器、乳头式饮水器、水管、水泵等部分组成。液位控制器由STC15F2K40S2单片机和集成控制电路组成,可进行水箱液位检测和水泵驱动,实现水箱低水位自动补水、有效防止高水位水溢出的功能。利用该系统进行了液位控制性能试验,根据试验结果确认该喂水系统为一阶惯性系统。通过SPSS对试验数据进行非线性回归分析,利用系统识别的方法,确定液位高度控制系统的传递函数。根据MATLAB分析系统的动态性能结果可知,从水箱低水位上升到高水位所需时间ts=300s,系统稳态误差ess=0,表明系统运行稳定、反应快速、执行结果准确,可以实现野外鸭舍喂水系统的自动控制。田间作业试验表明:喂水系统的平均每100s故障次数为0.101次,平均故障率为2.71%,时间利用系数平均值为97.35%。喂水系统可靠性达到了设计要求,可满足实际应用需要。

高速水稻插秧机作业效率试验研究

随着我国水稻插秧机保有量不断快速增加,水稻插秧机的作业效率和质量已成为提高水稻生产机械化水平的关键。为探索水稻插秧机作业效率的影响因素及提高效率的措施,按照GB/T 6243-2003《水稻插秧机试验方法》,在辽宁省辽中县对当地普遍应用的洋马VP6型和井关PZ80D-25型乘坐式高速插秧机的作业效率进行了田间生产测试研究。结果表明:被试插秧机的作业效率都没能充分发挥,故障率偏高。洋马VP6型插秧机在该地的平均作业速度为0.71m·s-1,纯作业小时生产率平均值为0.38hm2·h-1,每作业100m发生故障0.37次,平均故障率为7.58%,时间利用系数为67.73%。井关PZ80D型插秧机作业速度为0.46m·s-1,纯作业小时生产率为0.40hm2·h-1,每作业100m发生故障0.41次,故障率为5.33%,时间利用系数为64.90%。两种被试机器的作业速度仅达到其正常作业速度的71%和46%,时间利用系数仅达到正常值的84.66%和81.13%。相比较而言,洋马VP6型插秧机比井关PZ80D型插秧机更适合在该地作业。研究认为,保证育苗和耕整地质量及提高驾驶作业水平是提高作业效率的主要途径。

浸泡对大蒜种瓣物理机械特性的影响

为探明浸泡时间对大蒜种瓣物理机械性质的影响规律,以东北白皮蒜为研究对象,分别测定浸泡不同时间大蒜种瓣的尺寸、体积、密度、千粒重、摩擦角、休止角等物理参数,并分析浸泡时间对这些参数的影响规律;利用Instron3344系列电子万能材料物理试验机进行大蒜种瓣静压力学特性试验,得出大蒜种瓣在3个方向上分别受力后的破裂形式,分析力——变形曲线,得出未浸泡种瓣的弹性模量和抗破坏强度平均值。结果表明:大蒜种瓣长度方向压缩比达到23%~36.2%时,靠近鳞芽处出现断裂,破坏压缩比低于宽度和高度方向加压的值;长度、高度、宽度方向的弹性模量分别为8.04,23.82,26.09MPa,抗破坏强度平均值分别为106.2,105.92,182.4N,浸泡后,长度、宽度方向抗破坏强度有所降低,高度方向有所提高。

秸秆炭化热解气旋风分离器-指杆轮两级净化装置研制

为提高秸秆热解气的净化率,防止装置堵塞,该研究设计了旋风分离器与回转指杆轮相结合的两级净化装置,I级旋风分离器主要分离热解气中大粒径杂质,II级指杆轮使小粒径灰尘、焦油等杂质与锥形指杆碰撞、聚集、并在高速回转作用下离心分离,实现热解气高效净化。研究确定了I级净化装置的结构参数,设计了II级净化装置,确定了指杆轮与锥形指杆的参数及排列方式。以指杆轮转速、热解气的进口速度和芯筒入筒体深度为影响因素,以热解气的净化率和压力损失为指标,进行了二次通用旋转组合样机性能试验。利用Design-Expert8.0.6软件对试验数据进行方差和响应面分析,建立了影响因素与指标之间的数学模型,采用多指标优化法确定最优组合并进行了试验验证。试验得到最优组合参数:指杆轮转速为3 030 r/min,进口速度为19.5 m/s,芯筒入筒体深度为210 mm,此时的压力损失为1 971.73 Pa,热解气总净化率为84.2%,达到了净化要求。研究结果可为秸秆热解气净化装置研究提供理论依据。

大蒜种瓣机械压变处理对其出苗及生长的影响（英文）

为探明大蒜种瓣机械压变处理对大蒜出苗及生长的影响规律,以东北白皮蒜为研究对象,利用万能物理试验机对大蒜种瓣进行横向施压(大蒜种瓣平放受压)和纵向施压(大蒜种瓣直立受压),以受压变形量与原基本尺寸比值的百分数来表示受压程度,2个方向受压程度为5%～45%,取一组未处理的大蒜种瓣作为对照。将处理后的大蒜种瓣与对照进行播种试验,探索机械压变处理对大蒜出苗天数、出苗率、植株茎粗和植株高度的影响,通过回归分析得出植株茎粗与施压程度之间的回归模型,并进行植株高度与施压程度之间的相关性分析。试验结果表明,与未处理的大蒜种瓣相比,横向受压中,受压程度为10%～45%时,机械压变对大蒜种瓣出苗天数、出苗率、植株茎粗和植株高度有显著影响(P<0.05),其中受压程度为10%～25%的大蒜种瓣出苗时间短于对照,出苗率、植株茎粗和植株高度均大于未处理的大蒜种瓣;在纵向受压中,受压程度为10%～45%时,机械压变对大蒜种瓣出苗天数、出苗率、植株茎粗和植株高度有显著影响(P<0.05);其中受压程度为10%～15%时,大蒜种瓣出苗时间均长于对照,出苗率和植株茎粗均大于未处理的大蒜种瓣。相比纵向机械压变处理,横向机械压变处理的大蒜出苗快,相同压缩条件下,大蒜的各项指标更优。植株茎粗与施压程度之间的回归模型拟合较好(R≥0.91),植株高度与施压程度之间的相关性显著(P<0.05)。

秸秆炭化烟气两级除尘装置设计及数值模拟

为提高秸秆炭化烟气的除尘效率,在典型旋风分离器基础上,在排气管中增设回转拨指轮,构成两级除尘。利用SolidWorks和ANSYS ICEM软件对其建模和网格划分,在数值模拟软件FLUENT中采用RNG k-ε模型和RSM模型相结合的方法进行流场模拟,建立了流场理论模型。采用DPM模型对颗粒的分离效率进行模拟,测试在同一烟气进口速度(20 m/s)条件下,典型旋风分离器及不同回转转速(0、900、1 450、2 900r/min)下两级式除尘装置内部烟气流场的静压、切向速度、径向速度、轴向速度分布及不同粒径颗粒的分离效率。结果表明,与传统旋风除尘器相比,回转拨指轮对除尘器内的静压有较大的影响,且静压随转速的增大而增大;回转拨指轮转速对流场切向速度亦有较大的影响,随转速提高,切向速度增大,但对径向速度和轴向速度的影响较小;两级除尘及内部回转拨指轮转速对1μm颗粒收集无较大影响,但对于10μm以上的颗粒,可显著提高分离效率,且随转速增大分离效率有所提高,但不同转速对分离效率的影响差异不显著。

稻田自动化鸭舍声训系统设计与试验研究

为使稻田自动化鸭舍在无人值守的情况下于日落之前自动唤鸭回舍,降低人工消耗,设计了稻田自动化鸭舍的声训系统。该系统可产生并自动播放不同类型、声压级及频率的纯音信号。以1月龄鸭子为研究对象,以声音的声压级和频率为试验因素,以鸭子回舍时间为试验指标,对声训系统进行了试验研究。结果表明:鸭子回舍时间与声音参数存在线性回归关系;当声压级为85d B、声音频率为18 577Hz时,鸭子回舍时间最快可达到19.52s,满足稻鸭共作生产的要求。研究结果为稻鸭共作技术条件下的自动化鸭舍设计提供了依据。

VP6型水稻插秧机作业质量试验研究

为进一步提高水稻插秧机的作业质量,加强农机与农艺相结合,根据GBT6243—2003《水稻插秧机试验方法》和GB/T20864—2007《水稻插秧机技术条件》及当地农业技术要求,在辽宁省辽中县六间房乡淮海农场对洋马VP6型水稻插秧机的作业质量进行检测与分析。在对秧苗和水田作业条件检测分析的基础上,测试分析该机的主要工作性能,并提出改用秧苗轴线与水平面的夹角与90°之比表示秧苗直立度的方法。结果表明,每穴株数合格率为80.0%,每穴株数相对合格率为90.9%,穴距变异系数为4.38%,秧苗直立度合格率为86.0%,伤秧率为5.07%,漏插率为2.0%,这些主要工作性能指标符合当地农业技术要求;但插秧深度偏大（34.0mm）,变异系数较大（27.5%）,且漂秧率偏高（5.64%）。为此建议提高农艺水平,按照机插秧的技术要求培育秧苗,保证秧苗盘根充分且有合适的株高;在保证地表平整的同时,注意耕深一致、沟底平整;泡田用水和沉淀时间要适当,保持地表水层深度在0-30mm条件下插秧。研究成果将为水稻插秧机推广应用和人员技术培训提供参考依据。

HFE-7100工质稳态临界沸腾传热实验研究

池沸腾临界热通量是沸腾相变传热的重要参数,决定了相变换热器件的推广应用。表面粗糙度和饱和压力对沸腾传热边界层分布、表面铺展润湿及工质动力学特性具有重要影响,进而对临界热通量作用显著。本文对HFE-7100工质在4种不同粗糙度的铜基表面(0.019、0.205、0.311和0.587μm)条件及在不同饱和压力(0.07、0.10、0.15及0.20 MPa)工况下的池沸腾稳态临界状态下的传热及可视化实验进行了研究。对表面粗糙度及饱和压力对稳态临界沸腾的影响机制进行了分析,并考察了临界热通量预测模型对临界热通量的预测准确性。可视化研究表明,临界状态下的沸腾气液两相工质由小气泡、大气泡、气柱及蘑菇状气团组成,而在过渡状态下,沸腾表面会形成非平滑气膜,并不断分离出气泡。同时传热数据表明,表面粗糙度及饱和压力的增加能使表面临界热通量得到提升。相比而言,Bailey等建立的临界热通量预测模型能相对准确地预测HFE-7100工质沸腾临界热通量数据。为进一步提升预测准确度,建立了临界热通量无因次参数K预测经验关联式,其预测值与本实验及文献实验数据吻合较好。

采用磁控溅射法复制Papilio maackii Ménétriés蝶的鳞片结构色

通过扫描电子显微镜(SEM)和透射电子显微镜(TEM)试验观察,发现Papilio maackii Ménétriés蝴蝶鳞片具有多层薄膜堆结构.通过磁控溅射法(MS),在以单晶硅片为基底材料上,采用ITO(90%In2O3+10%SnO2)与Polymethyl Methacrylate(PMMA)两种材料复制了仿蝴蝶鳞片多层周期结构,并采用分光计对样品进行光学性能检测,试验结果显示:MS法复制的鳞片与实际蝴蝶翅膀具有相同的结构色效果,故本文所提出的MS法可以用来探索制备仿生生物结构色样品,为其他光学装置的制备研究提供借鉴.

紫斑环蝶鳞片的微结构及其结构色

紫斑环蝶(Thaumantis diores)是我国云南常见蝶类,其翅膀表面分布着两种类型的鳞片,呈覆瓦状排列,均布于整个翅膀表面.对扫描电子显微镜图片分析认为,Ⅰ类鳞片主要产生蓝色的结构色,而Ⅱ类鳞片只产生黑色的化学色.利用透射电子显微镜获得了两种鳞片的横截面结构.用光子晶体理论解释了Ⅰ类鳞片结构色的产生原理,将Ⅰ类鳞片的多层结构优化为一维的布拉格堆栈进行光学模拟.用分光光度计测量了翅膀表面的反射率,测量结果与模拟结果吻合.当紫斑环蝶飞行时,伴随翅膀的上下扇动,表面的颜色不停地在结构色和化学色之间变换,亮度也同时改变.受此启发,提出了仿生变色样品设计模型,对视频隐身和其他的变色设计研究有着深远意义。