• 2013年第44卷第9期文章目次
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    • >车辆与动力工程
    • 车载二甲醚水蒸气重整制氢热力学分析

      2013, 44(9):1-6. DOI: 10.6041/j.issn.1000-1298.2013.09.001

      摘要 (3876) HTML (0) PDF 944.98 K (1978) 评论 (0) 收藏

      摘要:针对车载二甲醚水蒸气重整制氢反应体系,分析了重整体系的热力学效率;计算了体系中主要反应的化学平衡常数随温度的变化关系;确立了反应体系的独立方程并进行了热力学平衡计算,研究了水醚比、温度、压力等对平衡的影响。结果表明:重整气比二甲醚最高可增加15.45%的低热值;二甲醚在温度大于473K、水醚比大于2时具有很高的转化率,平衡浓度接近于零;重整气中主要成分是H2、CO和CO2,其中H2含量最高,最大浓度为72%;二甲醚中碳元素在高温、低水醚比时主要生成CO,在低温、高水醚比时主要生成CO2;压力对反应平衡浓度影响很小。

    • 掺混重整气对汽油机燃烧及排放特性的影响

      2013, 44(9):7-11. DOI: 10.6041/j.issn.1000-1298.2013.09.002

      摘要 (3600) HTML (0) PDF 926.75 K (1709) 评论 (0) 收藏

      摘要:车载燃料重整制氢技术可以回收发动机尾气余热,在线制取重整气与汽油混合燃烧。基于一台1.6L四缸汽油机,在转速1800r/min,进气道绝对压力61.5kPa,理论当量比条件以及最大制动扭矩点火角条件下,考察混重整气对汽油机燃烧和排放性能的影响。试验结果表明:随着进气中重整气混合分数的逐渐增加,重整气中氢气的体积分数逐渐升高,燃油油耗率降低,指示热效率升高。尾气中HC、NOx和CO2的排放量降低,而CO的排放量则有所升高。

    • 汽油机电液式可变气门正时系统响应性能仿真与试验

      2013, 44(9):12-18,29. DOI: 10.6041/j.issn.1000-1298.2013.09.003

      摘要 (3462) HTML (0) PDF 1.04 M (1640) 评论 (0) 收藏

      摘要:汽油机电液式可变气门正时系统(VVT)的响应性能对发动机燃烧、排放均有重要影响,汽油机瞬态过程中电液式VVT应根据发动机工况快速调整到目标相位,但由于电液VVT的响应性能受到多方面因素的影响,其速度尚有进一步提升的空间。基于试验和仿真分析,对影响电液VVT响应性能的发动机转速、机油温度、机油压力等因素进行了分析,并详细分析了VVT阶跃响应过程各阶段的影响因素,提出了基于MAP查表的VVT前馈控制算法,试验结果表明,该算法能够实现VVT快速响应,同时保证稳定性。

    • 基于Matlab/GUI的汽油机缸内直接喷雾图像处理方法

      2013, 44(9):19-23. DOI: 10.6041/j.issn.1000-1298.2013.09.004

      摘要 (4535) HTML (0) PDF 941.78 K (2379) 评论 (0) 收藏

      摘要:设计了基于Matlab/GUI的汽油机缸内直接喷雾图像实时处理程序,实现了图像处理的可视化操作。由于汽油挥发性较强,使得汽油机缸内直接喷雾图像相对柴油喷雾图像而言,雾形边界相对模糊,且喷雾图像信噪比较差。为准确提取汽油机缸内直接喷雾研究中所需的喷雾贯穿距、喷雾锥角、周长以及面积等参数,需要在图像处理过程中精确地提取喷雾边界,为此进行了精确的噪声滤波、边缘检测、形态学优化等图像处理。在确定雾形边界后,进一步编写程序计算出喷雾贯穿距、喷雾锥角、喷射速度等参数,实现了喷雾特性参数的实时测量。

    • 基于图像处理技术的炉窑内生物柴油火焰特性研究

      2013, 44(9):24-29. DOI: 10.6041/j.issn.1000-1298.2013.09.005

      摘要 (3273) HTML (0) PDF 997.50 K (1733) 评论 (0) 收藏

      摘要:通过高速摄影利用图像处理技术研究生物柴油在炉窑内的燃烧火焰特性,分别对火焰体积、形状和结构、长度进行了研究。结果表明:增大空气过剩系数α,火焰体积逐渐减小,火焰变形越来越严重;增加雾化压力p,火焰体积先增大后减小,火焰变形越来越严重,火焰结构越来越分散;对火焰实际长度进行计算,在0.2s时间内火焰长度波动范围很大,呈现出突增与突降的规律,存在“脱焰过程”。火焰长度与空气过剩系数α成反比,随着雾化压力p的减小,火焰长度曲线变化趋势平缓。

    • CO2稀释对生物质燃气燃烧与排放特性的影响

      2013, 44(9):30-34. DOI: 10.6041/j.issn.1000-1298.2013.09.006

      摘要 (3859) HTML (0) PDF 972.51 K (1805) 评论 (0) 收藏

      摘要:在一台火花点火发动机上,分别进行了CO2稀释对生物质燃气中可燃组分CH4、CO和H2的燃烧及排放性能影响的试验研究。研究结果表明,稀释燃烧能够有效降低NOx排放量;适当的稀释率对发动机的平均有效压力、循环变动以及热效率的影响较小,但过大的稀释率会导致部分燃烧。通过CO2稀释燃烧的手段,可以得到生物质燃气以一定热效率和NOx排放水平为指标的适宜燃料条件范围。

    • >农业装备与机械化工程
    • 复合叶轮改善双吸式离心泵空化性能研究

      2013, 44(9):35-39. DOI: 10.6041/j.issn.1000-1298.2013.09.007

      摘要 (3461) HTML (0) PDF 998.23 K (1868) 评论 (0) 收藏

      摘要:针对双吸式离心泵在大流量工况下容易遭到汽蚀破坏,运行可靠性差的问题,采用长短叶片复合叶轮对双吸泵的空化性能进行改善研究。选用SST k—ω湍流模型及Rayleigh—Plesset空化模型,对常规叶轮和复合叶轮双吸泵进行了全流道三维定常数值计算,并与试验结果进行了对比,对叶轮内部流场进行了分析。研究表明,长短叶片复合叶轮能够显著改善双吸泵的空化性能,降低必需空化余量,减小空化区的范围,改善叶片表面压力分布及叶轮内部流动状况,在大流量工况下改善效果更为明显。

    • 基于流固耦合的离心泵蜗壳振动特性优化

      2013, 44(9):40-45. DOI: 10.6041/j.issn.1000-1298.2013.09.008

      摘要 (4062) HTML (0) PDF 1.00 M (2011) 评论 (0) 收藏

      摘要:针对具有超厚叶片的离心泵叶轮与蜗壳匹配问题,采用双向耦合方法对3种蜗壳结构产生的振动位移和振动速度进行了数值模拟。计算结果表明,由于叶轮与隔舌之间的流场动静干涉作用,蜗壳受到交替的激振力作用,在不同时刻振动位移和振动速度分布呈周期性变化;蜗壳基圆直径与叶轮直径的比值D3/D2对蜗壳振动有明显的影响,当D3/D2≤1.013时,超厚叶片出口压力诱导蜗壳振动强烈;当D3/D2逐渐增大时,蜗壳振动明显减弱。在设计工况下,方案A(D3/D2=1.013)振动位移最大值为4.288×10-6m,振动速度最大值为8.547×10-4m/s;方案C(D3/D2=1.19)振动位移最大值为2.923×10-6m,振动速度最大值为5.253×10-4m/s;优选方案B(D3/D2=1.13)的振动最小,其位移和速度最大值分别为2.56×10-6m和4.823×10-4m/s,仅约为方案A的60%。该结果也验证了径向力的作用规律与蜗壳振动特性的直接关联性。

    • 叶片泵相对性能曲线与比转数的理论关系研究

      2013, 44(9):46-50. DOI: 10.6041/j.issn.1000-1298.2013.09.009

      摘要 (3915) HTML (0) PDF 923.33 K (2092) 评论 (0) 收藏

      摘要:为了从理论上探讨比转数对叶片泵水力性能的影响,以叶片泵基本方程为基础,推导出在理想流体条件下的相对扬程—流量方程和相对轴功率—流量方程,并对方程与比转数的关系以及方程的应用意义进行了分析和讨论。分析结果表明:叶片泵相对性能曲线方程是高效工况集内关于比转数的泛函数,与穿过额定工况点的等效曲线的斜率有关;相对扬程—流量曲线是关于比转数的二次抛物线;相对轴功率—流量曲线是关于比转数的三次抛物线;当相对流量不等于1时,随着比转数的增大,水泵相对效率降低。比转数越大,穿过额定工况点的等效曲线就越平缓,水泵高效工况区在型谱图中的位置越靠近流量轴,反之,则越靠近扬程轴。

    • 小位差比率射流元件内部流场PIV试验

      2013, 44(9):51-55. DOI: 10.6041/j.issn.1000-1298.2013.09.010

      摘要 (3989) HTML (0) PDF 969.07 K (1876) 评论 (0) 收藏

      摘要:采用PIV测试技术对小位差比率射流元件内部附壁射流流动进行了测量,得到了射流元件附壁流动速度场分布以及附壁点位置的准确数据,从而为数值模拟研究提供参照和判断。分别研究了流量、位差比率、补气孔距离、盖板尺寸对射流元件附壁流场的影响,并与数值模拟结果进行了对比。结果表明:一定范围内,流量和工作压力对附壁点位置基本无影响;小位差比率下附壁点距离比随位差比率增大而增大,得到了小位差比率下附壁点距离比与位差比率之间的关系式;附壁点距离随补气孔开孔位置变化先减小后增大;位差比率和盖板尺寸对射流元件附壁效果影响较大。

    • >农业水土工程
    • 农田土壤重金属季节性变化周期研究

      2013, 44(9):56-61. DOI: 10.6041/j.issn.1000-1298.2013.09.011

      摘要 (4158) HTML (0) PDF 963.39 K (2059) 评论 (0) 收藏

      摘要:农田土壤重金属变化对于农田作物种植安全有着重要的影响。对山东省滨州市农田耕层土壤重金属Pb、Hg、Cd、Cr、Cu和类重金属As按照季度间隔进行了从2010年1月至2013年1月的采样测试。采用周期分析和快速傅里叶变换(FFT)谱分析方法计算各重金属的主分量周期,并做周期检验。研究表明农田土壤重金属具有不同程度的累积趋势,Pb具有2个季度的主分量周期,Cd和As具有4个季度的主分量周期,其他重金属主周期特征不明显。

    • 田间持水率土壤传输函数研究

      2013, 44(9):62-67. DOI: 10.6041/j.issn.1000-1298.2013.09.012

      摘要 (3695) HTML (0) PDF 912.29 K (2189) 评论 (0) 收藏

      摘要:基于不同土壤质地、结构、有机质含量条件下的田间持水率测定,分析了影响田间持水率的主导因素。利用多元线性、非线性模型和BP神经网络模型,建立了田间持水率与常规土壤理化性能参数间的不同传输函数。结果表明:土壤干容重、粉粒含量、黏粒含量以及土壤有机质含量等常规土壤理化性能参数对田间持水率都有较大影响;通过这些传输函数预测田间持水率都是可行的,具有较高的预测精度(相对误差小于10%),BP神经网络模型预测效果最好(相对误差3.24%)。

    • 基于遗传算法的非饱和溶质运移参数优化

      2013, 44(9):68-72. DOI: 10.6041/j.issn.1000-1298.2013.09.013

      摘要 (3924) HTML (0) PDF 915.18 K (1910) 评论 (0) 收藏

      摘要:根据室内实验和数值模拟数据,分别以土壤含水率和溶质质量浓度的实测值与其计算值标准差最小为优化目标,建立溶质和水分运移参数识别的多目标优化模型,采用遗传算法、有限差分法和线性加权法相结合的计算方法,对模型进行优化求解。分别以单组、2组和3组时刻实验数据组合作为参数优化初始数据,获取了土壤非饱和水分和溶质运移参数值,并以1345min时刻实验数据进行验证。含水率计算值与实测值相关系数的最大值和最小值分别为0.9753和0.9450;溴离子溶液质量浓度的计算值与实测值相关系数最大值和最小值分别为0.9646和0.9352,实测值与计算值吻合较好,表明用这一方法识别非饱和水分—溶质运移参数是可行的。

    • 再生水灌溉冬小麦/夏玉米土壤N2O排放DNDC模型分析

      2013, 44(9):73-78,85. DOI: 10.6041/j.issn.1000-1298.2013.09.014

      摘要 (4176) HTML (0) PDF 1010.96 K (2631) 评论 (0) 收藏

      摘要:基于冬小麦/夏玉米轮作体系再生水灌溉田间试验数据对DNDC模型及其参数进行验证,以再生水灌溉条件下N2O排放量与无机氮肥N2O施用条件下N2O排放量的比为1.14~2之间为依据,假定再生水中氮素与土壤中氮素对N2O排放的贡献效应之比为1∶1、1.7∶1、2∶1,对模型在再生水灌溉条件下土壤N2O排放的适用性进行了定量评价。结果表明,DNDC模型较好地描述再生水(r=0.716, n=29, P<0.01)和地下水(r=0.703, n=29, P<0.01)灌溉处理土壤表层水分、地下水灌溉处理土壤5cm温度(r=0.89, n=35, P<0.01)的动态变化。模型能够捕捉到灌溉、降雨和施肥等事件所引起的N2O排放峰值,但是实测值往往滞后于模拟值,说明模型还无法精确预测单个时间结点的N2O排放通量。当再生水中氮素有效性是无机氮肥中的1.7倍时,模型模拟的N2O累积排放量(1.84kg/hm2)与实测值(1.83kg/hm2)最为接近,表明再生水中具有更高的氮素有效性,模型适用于短期再生水灌溉条件下的土壤N2O排放总量的预测。

    • 含沙量对坡面流水动力学特性的影响研究

      2013, 44(9):79-85. DOI: 10.6041/j.issn.1000-1298.2013.09.015

      摘要 (3803) HTML (0) PDF 997.12 K (1952) 评论 (0) 收藏

      摘要:基于系列室内水槽冲刷试验,定量研究了在9°坡度、不同流量条件下含沙量对坡面流水动力学参数的影响。结果表明:随含沙量增加,水流雷诺数Re减小,水流紊动强度减弱。弗劳德数、水流流速及流速修正系数α随含沙量增加先呈减小趋势,当含沙量S>300kg/m3时,各值均突然增大,并随含沙量的进一步增加趋于稳定,表明此时水流型态发生变化,α均值为0.554。含沙水流和清水水流能量损失比较标准不同,得到的结论也不相同。当S<300kg/m3时,以相同Re或相同单宽流量作为比较标准,含沙水流阻力系数均大于清水对应值;当S>300kg/m3时,以相同的Re作为比较标准,则含沙水流阻力系数小于清水对应值,以相同的单宽流量作为比较标准,则含沙水流阻力系数大于清水对应值。

    • EN—1对砒砂岩固化土抗剪强度特征的影响

      2013, 44(9):86-90,67. DOI: 10.6041/j.issn.1000-1298.2013.09.016

      摘要 (4147) HTML (0) PDF 962.57 K (1733) 评论 (0) 收藏

      摘要:通过直剪试验,对添加EN—1后不同EN—1掺量、养护龄期、压实度和含水率的砒砂岩固化土的凝聚力和内摩擦角进行了测定。结果表明:在试验设计的EN—1掺量、养护龄期、压实度和含水率处理条件下,添加EN—1后,随EN—1掺量的增大和养护龄期的延长,砒砂岩固化土的抗剪强度较素土有不同程度的增大,当EN—1掺量为0.20%和养护龄期为30d时,其抗剪强度最大。添加EN—1后,砒砂岩固化土的抗剪强度随压实度的增大和含水率的减小而增大。因此,在砒砂岩地区实际应用EN—1固土护坡时,为使EN—1固化土具有良好的抗剪强度并满足工程需要,建议EN—1掺量为0.20%,养护龄期在7~15d之间,压实度大于95%,含水率略低于最优含水率为宜。

    • >农业生物环境与能源工程
    • 厌氧发酵中挥发酸含量与碳酸氢盐碱度的滴定法修正

      2013, 44(9):91-96,106. DOI: 10.6041/j.issn.1000-1298.2013.09.017

      摘要 (4076) HTML (0) PDF 1.01 M (2355) 评论 (0) 收藏

      摘要:为探寻简单可行的厌氧发酵过程中挥发性脂肪酸(VFA)质量浓度与碳酸氢盐(TIC)碱度的测试方法,选用Nordmann滴定法与精密仪器法,在实验室条件下,对中温全混式鸡粪发酵液进行比较测定,并对该滴定法进行一定的修正。实验结果表明,修正前滴定法与精密仪器法测得的VFA质量浓度及TIC碱度存在极显著差异,均值相对误差均在50%以上,修正后差异性不显著,均值相对误差显著降低,且在有机负荷高于4.0g/(L·d)时,均值相对误差低于10%,可实现更为简便准确的VFA及TIC质量浓度测定;修正后滴定法测得的总VFA质量浓度与气相色谱法测得的乙酸质量浓度间存在良好的相关关系,可实现由滴定法估算实际厌氧发酵中的乙酸质量浓度;在对厌氧发酵系统的酸化预警作用中,相比于pH值,采用修正后滴定法测得的VFA与TIC质量浓度比更为及时有效。

    • 基于响应面法的秸秆与粪便联合制氢预混工艺优化

      2013, 44(9):97-101. DOI: 10.6041/j.issn.1000-1298.2013.09.018

      摘要 (4429) HTML (0) PDF 953.71 K (1763) 评论 (0) 收藏

      摘要:借助Design-Expert(version 8.0)软件,采用Box-Benhnken试验设计法及响应面分析法,对食草性牲畜粪便与秸秆利用光合微生物进行联合制氢的预混工艺进行优化研究。设定三因素三水平的响应面试验,三因素为pH值、预混温度、预混时间,响应值为OD值,零点试验进行3次。使用Design-Expert软件对响应面试验数据进行回归分析,结果表明,响应面模型中二次方模型表达最准确,三因素间存在显著相关性,通过回归方程的修正得到优化后的预混工艺为:时间6.3d、pH值4.9、温度48℃,预估计最大OD值为2.6968,预测值与验证试验平均值接近。

    • 小麦秸秆丙酸法脱木质素反应动力学

      2013, 44(9):102-106. DOI: 10.6041/j.issn.1000-1298.2013.09.019

      摘要 (3333) HTML (0) PDF 904.15 K (1706) 评论 (0) 收藏

      摘要:研究了小麦秸秆丙酸法预处理的反应历程和反应动力学。脱木质素过程分为0~60min的快速脱木质素和60~180min的脱残余木质素2个阶段。通过建立反应动力学方程,获得了丙酸法预处理小麦秸秆的化学反应速率常数和反应级数。温度分别为333、343、353、363K时,速率常数分别为0.0023、0.0028、0.0037、0.005,反应级数为一级。在一定温度和时间条件范围内的动力学研究表明,小麦秸秆的丙酸法预处理的平均反应活化能为26.05kJ/mol,频率因子为26.797L/(mol·min)。

    • 利用稻壳气化残渣制备K—ZSM—5分子筛的研究

      2013, 44(9):107-113. DOI: 10.6041/j.issn.1000-1298.2013.09.020

      摘要 (3831) HTML (0) PDF 963.15 K (2218) 评论 (0) 收藏

      摘要:以生物质稻壳气化残渣(RHA)为原料,通过KOH溶液高温水热反应制取RHA硅溶胶,采用水热合成法制备K—ZSM—5分子筛。考察了热水反应时间对Si溶出率的影响,分析了RHA硅溶胶的复杂物质组成。研究了RHA硅溶胶复杂合成体系中,模板剂种类、硅铝摩尔比、晶化温度和晶化时间等因素对K—ZSM—5分子筛成核与生长过程的影响规律;并采用XRD、SEM、ICP、TG、N2吸附脱附等手段表征分子筛晶体。结果表明:直接以RHA硅溶胶为原料合成K—ZSM—5分子筛时,对有机模板剂的结构导向作用要求较高;采用乙醇类的弱有机模板剂无法合成出分子筛晶体;采用低含量的TPABr强有机模板剂,可以在一定硅铝摩尔比范围内合成出晶形较为完备的K—ZSM—5分子筛晶体,但存在合成体系可调范围比较窄,晶形杂乱且粒度较大,合成温度较高,合成时间较长等劣势。实验还发现,煅烧方式对所合成的大粒度K—ZSM—5分子筛晶体的孔道结构影响较大,直接550℃高温煅烧容易形成积碳,须在350℃中温热解3h后,再550℃高温煅烧才能获得纯净的K—ZSM—5分子筛产品。

    • CoAPSO-5分子筛膜制备与CO2/CH4分离性能实验

      2013, 44(9):114-117. DOI: 10.6041/j.issn.1000-1298.2013.09.021

      摘要 (3339) HTML (0) PDF 902.29 K (1803) 评论 (0) 收藏

      摘要:采用原位水热合成法在多孔α-Al2O3上制备了CoAPSO-5分子筛膜;通过XRD和SEM检测,证明所合成的CoAPSO-5分子筛膜致密、均一、厚度20μm无取向;通过气体渗透法检测所合成的分子筛膜为无缺陷;同时,考察了CoAPSO-5分子筛膜对CO2/CH4混合气的分离效果,渗透分离结果显示,在渗透压差分别为0.3和0.5MPa时,CO2/CH4的真实分离系数分别为4.86和5.29。

    • >农产品加工工程
    • 高静压对果蔬制品质构影响的研究进展

      2013, 44(9):118-124,117. DOI: 10.6041/j.issn.1000-1298.2013.09.022

      摘要 (4353) HTML (0) PDF 1003.05 K (2760) 评论 (0) 收藏

      摘要:针对高静压技术对果蔬制品质构的双重影响,综述了果蔬制品质构与细胞结构的关系,并从细胞结构的3个层面(细胞壁、细胞膜和细胞间隙)阐明了高静压对果蔬制品质构的影响机制。通过总结国内外大量文献,论述了高静压对固体、液体果蔬制品质构变化的影响,最后提出了高静压对果蔬制品质构的研究重点和方向,为改善果蔬制品的质构提供思路。

    • 牛肉品质检测中电子鼻参数的优化

      2013, 44(9):125-131,137. DOI: 10.6041/j.issn.1000-1298.2013.09.023

      摘要 (3958) HTML (0) PDF 1.04 M (2480) 评论 (0) 收藏

      摘要:以牛肉为研究对象,采用电子鼻技术考察实验参数——顶空空间、样品质量和顶空生成时间对电子鼻传感器响应信号的影响。选取传感器信号峰值和稳定值进行分析,通过方差分析观察单个传感器以及整个传感器阵列对不同参数的响应情况,同时结合主成分分析、线性判别分析得出较佳顶空空间为500mL、样品质量为25g、顶空生成时间为5min,并应用此参数进行电子鼻对储藏0、3、5、7、10、12、14d牛肉样品的检测,逐步判别分析正确率为98.57%。

    • 基于介电频谱的采后苹果可溶性固形物含量无损检测

      2013, 44(9):132-137. DOI: 10.6041/j.issn.1000-1298.2013.09.024

      摘要 (3780) HTML (0) PDF 929.34 K (1868) 评论 (0) 收藏

      摘要:根据10~4500MHz间采后21周贮藏期间无损富士苹果介电参数的频谱特性,建立了苹果可溶性固形物含量的支持向量回归(SVR)预测模型和BP网络预测模型;并综合比较了采用原始频谱(FF)、主成分分析(PCA)和连续投影算法(SPA)优选频率对模型预测效果的影响。研究结果表明,PCA—SVR建模效果最好,其预测相关系数为0.883,均方根误差为0.552,PCA—BP的建模效果较PCA—SVR稍差。并且发现经SPA处理后的数据建立的模型,均方根误差普遍较小;经PCA处理后的数据建立的模型,预测相关系数普遍较高。

    • 基于CARS算法的脐橙可溶性固形物近红外在线检测

      2013, 44(9):138-144. DOI: 10.6041/j.issn.1000-1298.2013.09.025

      摘要 (4085) HTML (0) PDF 995.25 K (2010) 评论 (0) 收藏

      摘要:采用可见/近红外光谱在线检测装置进行赣南脐橙可溶性固形物含量在线检测模型优化研究。样品以5个/s的速度运动,采集可见/近红外漫透射光谱。光谱经过预处理后,分别应用向后区间偏最小二乘法(BiPLS)、遗传算法(GA)和正自适应加权算法(CARS)筛选特征变量,并通过外部验证评价PLS模型预测能力。一阶微分处理后经CARS筛选特征变量建立的PLS模型预测结果最优,预测相关系数和预测均方根误差分别为0.94和0.42%。结果表明CARS算法可有效简化赣南脐橙可溶性固形物可见/近红外光谱在线检测模型并提高模型的预测精度。

    • 稻谷红外辐射与对流联合干燥过程的模型模拟

      2013, 44(9):145-151. DOI: 10.6041/j.issn.1000-1298.2013.09.026

      摘要 (4204) HTML (0) PDF 972.14 K (2165) 评论 (0) 收藏

      摘要:为了揭示红外辐射与对流联合干燥机理以及干燥过程的热质传递特性,建立了联合干燥过程的数学模型;数值模拟了稻谷干燥中的热质传递过程;根据数值模拟的干燥条件,搭建了红外辐射与对流联合干燥试验台;通过红外辐射与对流联合干燥试验,研究了不同操作条件对干燥过程的影响。结果显示数值模拟结果与试验数据吻合良好。

    • 基于分形理论的马铃薯干燥过程水分输运特征分析

      2013, 44(9):152-156. DOI: 10.6041/j.issn.1000-1298.2013.09.027

      摘要 (3760) HTML (0) PDF 911.66 K (1677) 评论 (0) 收藏

      摘要:基于马铃薯内部结构的异质性和分布随机性,利用分形特性模拟了在干燥过程中的水分输运过程。结果发现结合收缩和分形现象的模型呈无收缩现象连续介质模型更接近实验值,且分形模型的内部压力分布没有出现像连续模型呈比例逐层下降的现象。包括收缩的分形模型与孔的连通性、孔隙率、面积分形维数和孔最小最大直径比值成正比,与迂曲分形维数和迂曲度成反比。

    • 花生乳状液体系中蛋白质的酶解动力学研究

      2013, 44(9):157-161. DOI: 10.6041/j.issn.1000-1298.2013.09.028

      摘要 (3557) HTML (0) PDF 916.59 K (2178) 评论 (0) 收藏

      摘要:采用碱性蛋白酶Alcalase 2.4L水解花生乳状液体系中蛋白质,研究了蛋白酶在乳状液体系中的水解特性。结果表明:蛋白质水解度随着初始酶浓度的增加而提高,在酶浓度一定的情况下水解度随着初始底物浓度的提高而降低。蛋白质水解度与乳状液的破乳率存在显著正相关(r=0.983)。在花生乳状液体系中Alcalase 2.4L的水解动力学参数Km=0.0698mol/L,Vmax=3.71×10-4mol/(min·L)。由实验数据推导出蛋白质酶解初级阶段的动力学方程,确定蛋白质水解和乳状液破乳的临界初始底物质量浓度为8.73g/L(加酶量为0.05%)。在酶和底物初始浓度以及反应时间确定的前提下,通过动力学方程可预测破乳过程中蛋白质的水解度及破乳率。

    • W/O及W/O/W乳液型缓释凝固剂对卤水豆腐品质的影响

      2013, 44(9):162-168. DOI: 10.6041/j.issn.1000-1298.2013.09.029

      摘要 (4285) HTML (0) PDF 1024.00 K (2046) 评论 (0) 收藏

      摘要:以W/O、W/O/W乳状液形式包埋盐卤,制备成具有缓释作用的新型乳液型豆腐凝固剂,应用于豆腐生产。研究发现:乳化型凝固剂可以减缓凝固剂与大豆蛋白的作用强度,改善豆腐凝胶的空间结构,降低凝胶硬度,而保持原有弹性。乳液凝固剂的使用能一定程度上减少豆腐加工过程中蛋白质和大豆异黄酮的物理损失,提高大豆异黄酮保有量。此外,豆腐凝胶亮度与白度均有上升。

    • >农业信息化工程
    • 波谱成像技术在作物病害信息早期检测中的研究进展

      2013, 44(9):169-176. DOI: 10.6041/j.issn.1000-1298.2013.09.030

      摘要 (4314) HTML (0) PDF 978.97 K (2237) 评论 (0) 收藏

      摘要:阐述了波谱成像技术在作物病害信息早期检测方面的研究进展。作物病害是制约农业生产稳定发展的重要因素。实时、灵敏、可靠的作物病害检测和防治是进行科学的作物生产管理的基础。利用多光谱图像、高光谱图像、热红外图像等波谱成像技术,结合作物病理学以及化学计量学的方法,对感病植株进行早期检测,建立能准确反映作物病害的检测模型和病害程度的定量描述模型,对提高作物抗病机制的研究,科学指导作物生产具有重要的意义。

    • 基于高光谱成像技术的柑橘缺陷无损检测

      2013, 44(9):177-181. DOI: 10.6041/j.issn.1000-1298.2013.09.031

      摘要 (4572) HTML (0) PDF 997.38 K (2423) 评论 (0) 收藏

      摘要:应用高光谱成像技术无损检测柑橘的缺陷。选取蒂腐、黑斑、褐腐、结痂缺陷果和正常果各30个,提取并分析了5类果皮感兴趣区域光谱曲线并结合主成分分析法确定2个最佳波长(615nm和680nm),然后基于特征波长作主成分分析,选取第2主成分作为分类识别图像,提出采用特征波长主成分分析法与波段比算法相结合的方法,识别率达到94%。试验结果表明,高光谱成像技术可以有效地对带有蒂腐、黑斑、褐腐、结痂缺陷的柑橘进行分类识别。

    • 基于特征光谱的草莓品种快速鉴别

      2013, 44(9):182-186. DOI: 10.6041/j.issn.1000-1298.2013.09.032

      摘要 (3999) HTML (0) PDF 907.62 K (2006) 评论 (0) 收藏

      摘要:应用近红外光谱技术对草莓品种快速鉴别进行了研究。通过比较7种预处理方法,确定SNV+MAF+2D组合预处理方法最佳。采用相关系数阈值法提取了14个与草莓品种信息相关的特征光谱。建立了基于548~562nm范围内14个特征光谱的PLS—ANN、PLSR、PCR 3种校正模型。经预测集样品验证,主成分数为9时的PLS—ANN模型最优,其预测相关系数和预测均方根误差分别为0.9677和0.461。结果表明,通过提取少量特征光谱建立PLS—ANN校正模型能实现草莓品种的快速鉴别。

    • 基于分水岭和改进MRF的马铃薯丁粘连图像在线分割

      2013, 44(9):187-192. DOI: 10.6041/j.issn.1000-1298.2013.09.033

      摘要 (3346) HTML (0) PDF 1.06 M (2260) 评论 (0) 收藏

      摘要:针对马铃薯丁粘连图像分割问题,提出一种融合分水岭和改进马尔科夫随机场(MRF)的分割方法。分水岭方法可以将粘连图像分割为若干一致性较好的区域,恰好有利于MRF进行标记,同时,针对实际应用中区域势团势能不一致的情况,通过改进势函数确定MRF的条件概率,使其在全局上具有一致性,从而解决粘连分割问题。用分水岭方法对图像进行初始分割,将图像转化为块状表示。综合考虑初始分割区域的相对高度和面积,用改进的MRF标记正确分割区域和过分割区域。计算过分割区域与邻域的紧密度,选择紧密度最大的邻域并与之合并。试验结果表明,该方法在继承了分水岭方法优点的前提下,解决了过分割的问题,正确率为95%。

    • 基于超声波传感技术的温室草莓冠层三维重构与测量

      2013, 44(9):193-197. DOI: 10.6041/j.issn.1000-1298.2013.09.034

      摘要 (3505) HTML (0) PDF 964.04 K (1760) 评论 (0) 收藏

      摘要:提出了一种基于超声波传感技术的温室草莓冠层三维重构与测量方法,用Matlab软件的interp1()函数、quad函数、surf函数等进行温室草莓冠层曲线、曲面的拟合并完成面积、体积的计算。以6垄温室草莓冠层作为试验对象,采用该系统对其进行3次重复试验,与人工测量结果进行对比。分析结果表明,检测结果的可重复性较好(R2为0.9275,RMSE为0.1358m3),与人工测量结果相一致(R2为0.9411,RMSE为0.1345m3),该方法具有较高的稳定性及可行性。

    • 美国白蛾幼虫网幕图像识别算法

      2013, 44(9):198-202,208. DOI: 10.6041/j.issn.1000-1298.2013.09.035

      摘要 (3982) HTML (0) PDF 1.03 M (2682) 评论 (0) 收藏

      摘要:根据美国白蛾幼虫网幕图像色彩分布特征,选择RGB颜色空间,分析网幕、叶片和树枝的各通道数据的差值,采用R—B色差模型并结合最大类间方差法和阈值算法,分割网幕图像。使用Freeman编码算法和区域标记计算出每一区域的面积,使用多个面积的平均值和标准方差确定面积双阈值,进行残余噪声去除。根据面积分别对大片白色区域和细小白色区域使用改进的膨胀腐蚀法进行图像补偿。实验表明,网幕图像识别精度在85%以上,单幅图像处理时间小于40ms。

    • 基于Android系统手机的叶面积测量方法

      2013, 44(9):203-208. DOI: 10.6041/j.issn.1000-1298.2013.09.036

      摘要 (4197) HTML (0) PDF 951.25 K (2416) 评论 (0) 收藏

      摘要:为了快速无损测量植物叶片的面积,利用Java编写的软件,以Android智能手机为工作平台,使用图像处理技术对植物叶片面积进行测量。测量步骤分为:图像获取、图像分割、图像二值化、滤波去噪、叶片面积计算。采用该方法分别对面积为100mm2的三角形、100mm2的正方形、314.15mm2的圆、112.26mm2的正五角星在150mm和200~800mm之间间隔为100mm的8个距离段进行了面积测量,结果显示其测量误差范围在-0.62%~0.79%之间。应用该方法测量了代表不同植物叶片形状的番茄、茄子和枫叶叶片,当手机和叶片的距离在300~600mm时,测量结果与LI—3100型叶面仪测得的结果偏差在±1%以内,其他距离段偏差均大于1%。本研究设置图像为2560像素×1920像素,测量精度能达到0.001cm2,证明该方法具备精确测量叶片面积的能力。

    • 基于MSCPSO混合核SVM参数优化的生菜品质检测

      2013, 44(9):209-213,218. DOI: 10.6041/j.issn.1000-1298.2013.09.037

      摘要 (4098) HTML (0) PDF 959.83 K (2089) 评论 (0) 收藏

      摘要:核函数形式的选择与核函数参数值的大小是影响支持向量机的2个关键因素,传统的支持向量机分类精度低、时效性差,为了获得高精度、高时效性的支持向量机,从影响支持向量机的核函数与核函数参数值2个关键因素着手,提出了基于变尺度混沌粒子群优化(MSCPSO)混合核SVM参数的分类器。将此分类模型用于预测生菜叶片的生育期,以及预测3个生育期的生菜叶片氮素水平,预测精度分别达到91.51%、85.38%、82.59%和81.26%。与传统的粒子群优化混合核SVM的分类器和变尺度混沌粒子群优化RBF_SVM分类器相比,提出的分类器模型分类精度高、时效性好。

    • 基于LabVIEW的小麦生物量检测系统

      2013, 44(9):214-218. DOI: 10.6041/j.issn.1000-1298.2013.09.038

      摘要 (3896) HTML (0) PDF 941.80 K (1947) 评论 (0) 收藏

      摘要:为了快速、无损地测量小麦生物量,根据小麦茎秆的力学特性,设计了一种基于LabVIEW的小麦生物量检测系统。以压力传感器为测量元件,以阿尔泰DAM—3056AH为高速采集模块,获取的小麦受推杆作用产生的回弹力信号由LabVIEW测量系统完成数据的实时采集、显示和保存。利用该检测系统在田间进行小麦生物量检测试验,以验证系统的性能。试验结果表明不同品种的小麦茎秆回弹力具有明显的差异,小麦茎秆回弹力与生物量(鲜质量)具有一定的相关性,采用线性回归法建立两者之间的回归模型,模型的决定系数R2达到0.7127。结果表明基于力学原理进行小麦生物量检测是可行的。

    • 长白落叶松单木参数与生物量机载LiDAR估测

      2013, 44(9):219-224,242. DOI: 10.6041/j.issn.1000-1298.2013.09.039

      摘要 (4017) HTML (0) PDF 1.04 M (2337) 评论 (0) 收藏

      摘要:采用黑龙江长白山地区长白落叶松人工林LiDAR数据和野外调查补充样地数据,利用树冠高层模型和三维点云分割相结合的方法实现单木识别,选择逐步回归分析法进行单木参数和生物量估算。结果表明:机载LiDAR估测的长白落叶松单木参数与实测数据具有较好的相关性,单木树高、冠幅、胸径和地上生物量的R2分别为0.8732、0.6335、0.7903和0.7992;平均拟合精度分别为88.34%、83.46%、85.11%和86.19%;幼龄林、中龄林、近熟林和成熟林的单木平均生物量分别为25.12、94.08、117.74、279.33kg。

    • 家禽规模养殖LED光环境调控技术进展与趋势分析

      2013, 44(9):225-235. DOI: 10.6041/j.issn.1000-1298.2013.09.040

      摘要 (4200) HTML (0) PDF 1.02 M (2848) 评论 (0) 收藏

      摘要:家禽视觉系统高度发达,LED光源优点突出,两者协同创新并正在迅速形成新的交叉领域。综述了具有代表性的家禽——鸡规模养殖LED光环境调控技术的研究现状。在肉鸡方面,通过LED的光色、光照度与光周期等因子的调控,可影响小肠黏膜结构来提高营养吸收和促进生长,通过影响卫星细胞增殖及肌肉纤维发育提高屠宰性能与鸡肉品质,同时影响行为和健康,增强免疫力,降低死亡率和疾病发生率等。在蛋鸡和种鸡方面,通过对光环境进行调控,可影响其饲料消耗,并促进促黄体素和促卵泡素等激素的释放来影响性成熟、开产日龄、产蛋率等,同时提高种鸡的受精孵化率,改善鸡蛋品质情况,有效降低啄癖现象。最后,分析了家禽规模养殖LED光环境调控技术存在的问题,并对发展趋势进行了展望。

    • 栖架养殖模式下蛋鸡发声分类识别

      2013, 44(9):236-242. DOI: 10.6041/j.issn.1000-1298.2013.09.041

      摘要 (4012) HTML (0) PDF 1006.95 K (2414) 评论 (0) 收藏

      摘要:针对栖架养殖模式下蛋鸡的发声,采用频谱分析技术,运用音频分析软件Sound Analysis Pro提取不同行为状态下的发声图谱,采集其声学参数作为特征向量,应用J48决策树算法、朴素贝叶斯理论和支持向量机模型分别构建蛋鸡发声分类识别器,利用开源的数据挖掘平台Weka 3.6进行实验。结果表明,栖架养殖模式下,7:00~8:00的蛋鸡发声中,产蛋叫声、愉悦叫声分别占全部发声的42.2%、21.6%,相比于传统的笼养模式,有效地表达了蛋鸡生长过程中的自然行为和生理活动;基于J48决策树算法的蛋鸡发声分类模型识别率最高,达到88.3%,具有较好的识别效果,可运用于蛋鸡发声的实时监测和不同情感的分类识别。

    • 光谱光照调控组合性光源激发蝗虫趋光效果试验

      2013, 44(9):243-249. DOI: 10.6041/j.issn.1000-1298.2013.09.042

      摘要 (3401) HTML (0) PDF 995.82 K (2653) 评论 (0) 收藏

      摘要:针对蝗虫趋光选择性、蝗虫趋光辨识敏感性、频闪交变光照对蝗虫趋光增益特点,利用所研制的阵列条纹调控光照光源,对比优选了蝗虫趋光良好的光谱光照调控组合模式,进行了蝗虫趋光诱导试验,探讨了蝗虫趋光效应激发的机理。结果表明:阵列条纹光谱光照调控组合具有强化蝗虫趋光视觉增益、调控蝗虫趋光视动增效、激发蝗虫趋光聚集效应、削弱蝗虫趋光惰性的功效;蝗虫趋光响应激发效果由阵列条纹光谱光照能量及其调控光照组合方式决定;蝗虫对发光间隔为30ms的阵列频闪紫光与发光周期为640ms的竖条纹交变绿紫蓝光组合光照的趋光响应相对最优。调控光照光源激发饲养棚内蝗虫趋光效果结果表明:20:00~23:00,其调控激发蝗虫趋光效果良好, 光照至24:00,蝗虫趋光总响应率及聚集率分布达到了80%±5%和50%±5%,然而,蝗虫的生物习性及智慧性、蝗虫夜间活力降低的趋光惰性、环境因素、LED光源调控性光照强度增强的限制等制约蝗虫的趋光效应。

    • >机械设计制造及其自动化
    • 高速电主轴功率流模型与热态特性研究

      2013, 44(9):250-254. DOI: 10.6041/j.issn.1000-1298.2013.09.043

      摘要 (3622) HTML (0) PDF 949.31 K (2039) 评论 (0) 收藏

      摘要:根据能量守恒定律建立了高速电主轴功率流模型,研究了电动机电磁损耗、轴承摩擦损耗和风阻损耗之间的关系,并且通过实验测量2ZDG60型高速电主轴运行过程中的电磁损耗参数,对此模型进行验证,其理论计算结果与实验结果吻合度较高。在此基础上,对2ZDG60型高速电主轴进行了热态有限元仿真,分析其不同转速下的温升分布,其中在集中产热区域轴承和电动机处温升较高,测量前轴承外圈以及壳体前部、中部、后部的温升情况,实验数据与仿真数据相比误差较小,进一步验证了高速电主轴功率流模型的准确性

    • 基于伪刚体模型的多层LEMs建模与仿真

      2013, 44(9):255-260. DOI: 10.6041/j.issn.1000-1298.2013.09.044

      摘要 (3659) HTML (0) PDF 975.63 K (1959) 评论 (0) 收藏

      摘要:结合刚性机构分类思想和刚体代替综合法,设计了一多层LEMs机构。基于柔顺机构伪刚体模型及LET铰链等效弹簧刚度模型,对多层LEMs进行分析,推导出该机构的输入载荷和输出位移量的理论计算公式,并用该理论计算公式对设计实例进行计算。同时对该设计实例进行有限元仿真分析,两种方法所得结果基本一致,表明理论分析的正确性和该设计的可行性。

    • 基于Isight的3—UPS—S并联机器人机构多目标优化

      2013, 44(9):261-266. DOI: 10.6041/j.issn.1000-1298.2013.09.045

      摘要 (4171) HTML (0) PDF 966.02 K (3350) 评论 (0) 收藏

      摘要:综合考虑并联机器人机构工作空间、灵巧度、承载能力、刚度等多方面性能要求,以3—UPS—S型并联机构为例,基于Isight集成Matlab、Pro/E、ANSYS等软件,构建多目标优化设计基本流程,进行并联机构多目标尺度综合,建立一种并联机构多目标优化的方法。研究结果表明,该方法可以有效集成各领域工程软件进行组合试验设计与多目标优化,实现自动计算运动学和动力学性能指标、自动三维模型建立及有限元分析等步骤,得到Pareto图及Pareto前沿,决策者可根据优化信息选取合适的最优解。

    • 压电陶瓷驱动器杠杆式柔性铰链机构放大率计算方法

      2013, 44(9):267-271. DOI: 10.6041/j.issn.1000-1298.2013.09.046

      摘要 (4288) HTML (0) PDF 951.79 K (2288) 评论 (0) 收藏

      摘要:在精密微位移领域,杠杆式柔性铰链机构常被用来放大压电陶瓷驱动器产生的微小位移。在考虑柔性铰链转动中心偏移量的基础上,推导出杠杆式柔性铰链机构放大率计算公式,并采用有限元分析和实验测试进行验证。通过公式计算、有限元仿真分析和实验测试得到的放大率分别为8.31、8.38和8.20,有限元仿真值和公式计算值之间的误差为1%,实验测试值和公式计算值之间的误差为1.3%,证明了计算公式的正确性。

    • 大口径钢管圆度测量喷标系统设计与误差补偿研究

      2013, 44(9):272-278. DOI: 10.6041/j.issn.1000-1298.2013.09.047

      摘要 (3669) HTML (0) PDF 998.15 K (1746) 评论 (0) 收藏

      摘要:为满足大口径钢管测量精度的需要,设计了一种龙门架式钢管在线测量及喷标系统。利用龙门架两侧立柱激光传感器的竖直运动,测量钢管截面外径上点的坐标,利用最小二乘法求其圆心坐标,采用近似直径法求取该截面的最大直径和最小直径,从而求得该截面的圆度。实例证明该系统及数据处理算法可实现钢管外径及圆度的测量,并具有相当高的精度。对测量结果进行误差分析,得知影响测量结果的主要来源是钢管的摆放姿态,通过投影及坐标变换对误差进行补偿,补偿后结果得到了一定的改善,从而验证了误差分析的合理性和补偿方法的可行性,该系统可用于大口径钢管的在线测量。

    • 微型热光电系统中一维光子晶体过滤器改进设计

      2013, 44(9):279-283. DOI: 10.6041/j.issn.1000-1298.2013.09.048

      摘要 (3633) HTML (0) PDF 913.20 K (1750) 评论 (0) 收藏

      摘要:为进一步提高微型热光电系统的能量转化效率,在系统中设置了一维Si/SiO2光子晶体过滤器,以实现对长波辐射能的回收利用。根据光学薄膜设计理论以及传输矩阵的方法,获取了过滤器的基本结构及光学特性,并针对其第一反射带宽度过窄的缺点,采用多层膜叠加的方法,获得了一个改进结构的过滤器[1.10(L/2HL/2)](L/2HL/2)3[1.10(L/2HL/2)] [0.95(L/2HL/2)](L/2HL/2)3[0.95(L/2HL/2)],其第一反射带宽度被拓展至2~4μm,同时在通带内也具有0.95的透射率。利用完善后的系统能量转换计算模型进行了相关对比分析,其结果表明,过滤器可在有效缓解电池冷却负荷的同时,通过提高辐射壁面的温度达到提升系统输出性能的效果,在1500mL/min的总流量下,采用改进结构过滤器的系统输出功率达到了5.46W,效率为2.6%,比采用基本结构过滤器提高了5.7%。

    • 无阀压电泵用椭圆组合管正交优化设计与试验

      2013, 44(9):284-288,278. DOI: 10.6041/j.issn.1000-1298.2013.09.049

      摘要 (3736) HTML (0) PDF 1002.05 K (1987) 评论 (0) 收藏

      摘要:为了提高无阀压电泵中流管的流阻特性,提出一种新型椭圆组合管结构。该流管为三通结构,汇流管是传统扩散/收缩管,分流管是椭圆曲线结构的扩散/收缩管。通过数值模拟,应用正交方法优化椭圆组合管的结构参数。设计选用的汇流管最小宽度d=150μm,流管深度H=150μm,优化结果表明当进出口压差为50kPa时,结构尺寸为r=75μm,L=3000μm,θ=7°,γ=80°,a=1000μm,b=450μm的椭圆组合管有最高的正反向流阻系数比λ。通过MEMS技术制作出优化后的椭圆组合管并进行试验,并与数值模拟结果对比。结果表明:试验值小于模拟值,压差在10~100kPa范围内,正向流量试验值与模拟值最大相差12.6%,反向流量两者最大相差5.3%;压差为50kPa时,两者的λ值分别为1.83和1.97,相差7.65%。

    • 圆形压电振子驱动式直线振动给料器

      2013, 44(9):289-292. DOI: 10.6041/j.issn.1000-1298.2013.09.050

      摘要 (3811) HTML (0) PDF 886.75 K (1985) 评论 (0) 收藏

      摘要:为了满足自动化生产线中对轻、薄、小产品平稳输送的要求,提出一种采用圆形压电双晶片振子作为驱动源的新型直线振动给料器,设计了振动给料器的结构模型,分析了振动给料器的工作原理,建立了振动给料器力学模型。制作了振动给料器样机,并对样机进行试验测试,得到了电压、振幅、频率之间的关系曲线,结果表明研制的振动给料器与电磁式相比具有节省电能、工作噪声小、输送稳定性好的优点,与矩形压电双晶片驱动式相比具有输送速度快的优势。

    • 回转分级筛能量分析与节能减振研究

      2013, 44(9):293-298. DOI: 10.6041/j.issn.1000-1298.2013.09.051

      摘要 (3691) HTML (0) PDF 959.98 K (1882) 评论 (0) 收藏

      摘要:针对回转分级筛振动大、能量浪费等问题,对其系统能量进行了分析,系统总能量在工作过程中呈周期性波动,造成能量浪费和冲击振动,提出了一种基于系统总能量恒定的节能减振方法,在系统中设置适当的弹性元件,将工作过程中的耗散能量转化为弹性势能,再将弹性势能转化为驱动能量,来保持系统总能量恒定。试验表明,该方法节能21.71%,减振30.89%,具有较好的节能减振效果。

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