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[硕士论文] 邓玉洁
环境科学与工程 内蒙古大学 2018(学位年度)
摘要:随着经济生活水平的不断提高,人们对于畜禽产品,如肉蛋奶的需求量不断攀升.畜禽养殖业的集约化程度迅速增大,这导致了畜禽粪便大量集中的产生,带来了极大的环境污染.
  厌氧发酵技术可以让农业废物无害化、资源化.其产生的沼气可作为清洁能源燃烧供能,沼液和沼渣可进一步加工成无公害的优质肥料,沼渣甚至还可以进一步加工并添加进饲料中再次利用,兼具经济、环保、能源等诸多效益.因而近年来利用畜禽粪便作为厌氧发酵原料进行无害化处理得到了越来越多的重视.两相厌氧技术具有效率高、反应速度快、稳定性强等优势.因此本文选取牛粪作为厌氧发酵的原料,探讨牛粪两相厌氧消化过程中温度、水力停留时间(HRT)和总固体(TS)对产酸相酸化效果的影响和温度、TS对产甲烷相产气效果的影响.
  在牛粪酸化的条件优化试验中,设计了三部分试验内容:(1)温度对牛粪酸化效果的影响.这部分试验设置了18℃、35℃、50℃三个温度水平.(2)水力停留时间对牛粪酸化效果的影响.这部分试验设置了6、5、4、3、2天五个水力停留时间,采用逐步缩短水力停留时间的方式连续进行试验.(3)TS对牛粪酸化效果的影响.这部分试验设置了2%、4%、6%、8%、10%五个TS水平分组进行试验.得出的优化条件为:35℃、HRT=4d、TS=8%.在此条件下,产酸相p H可稳定保持在产酸菌适宜的范围内.总挥发酸浓度峰值为39.4g/L,总挥发酸均值为23.83g/L,乙酸、丁酸占比均值为69.79%.整个过程产酸稳定,氨氮浓度均处于1500mg/L之下.若以此为产甲烷相进料,不会在进料初始对产甲烷菌产生抑制作用.
  利用产酸相得出的试验优化条件继续进行产甲烷相的试验.利用上一步骤试验酸化好的物料直接进行试验,探究不同温度(35℃、50℃)不同TS(TS=8%、10%)的物料在严格厌氧环境下产气的效果.试验结果为:四组(50℃、TS=10%)的日均产气量和池容产气率分别为633mL和0.528m3/m3·d,高于其他三组.二组(35℃、TS=10%)与四组的产气差距较小.
  最终得出的结论是,在两相厌氧消化试验中,以牛粪作为发酵物料,产酸相的优化反应条件是:35℃、HRT=4d、TS=8%.产甲烷相的优化条件可分两种情况:在不考虑能耗时,50℃、进料TS=10%是最优的产甲烷相反应条件;考虑能耗时,35℃、进料TS=10%是最优的产甲烷相反应条件.
[硕士论文] 何焯亮
农业机械化工程 浙江大学 2018(学位年度)
摘要:我国的水田面积约占全国耕地面积四分之一,其中深泥脚水田面积超过200万hm2,复杂的泥脚条件使传统拖拉机如轮式拖拉机和履带式拖拉机无法很好地工作。利用“浮式工作原理”的船型拖拉机虽然可以避免滑转下陷,适应不同泥脚深度的水田作业,但由于发展不完善,仍然存在滚动阻力大、功率利用率低和行驶直线性差等问题。水田土壤流变特性研究的不足也使船型拖拉机在尚缺乏可靠理论指导的条件下进行生产。因此对水田土壤的流变特性和船型拖拉机进行深入研究,以求改善船型拖拉机的工作性能是十分有必要的。针对国内外船型拖拉机和土壤流变特性的研究现状进行总结分析,在水田土壤力学特性研究和数值仿真分析的基础上,进行水田土壤船型拖拉机结构与工作参数优化和性能试验研究,主要结论如下:
  (1))测定了来自杭州市富阳区新佳庄村水田用地土壤样品的部分物理特性和力学性质,结果表明,所取土样属于粉砂壤土,初始含水量为15.10%,饱和含水量为51.04%,塑限为22.50%,液限为42.50%,塑性指数为20.00%,内摩擦角为31.0059°,粘聚力为25.879kPa。
  (2)在ANSYS/LS-DYNA软件环境下运用流固耦合算法,模拟了水田船型拖拉机模型与土壤的相互作用过程;以前进速度、接地角、曲率半径为影响因子,以牵引阻力和下陷深度为响应值,进行回归分析和相应曲面分析,探究单因子及交互因子对响应值的影响效应,进行了三因素五水平的旋转正交试验。结果表明:各因素对于滑行阻力的贡献率从高到低依次为接地角、前进速度和曲率半径;各因素对于下陷深度的贡献率从高到低依次为前进速度、曲率半径和接地角。滑行阻力与前进速度、曲率半径和接地角的关系均为下凹曲线,当接地角为29.4°,曲率半径为418.4mm,前进速度为0.58m/s时,牵引阻力分别取得最小值139.2N,139.2N和139.7N;下陷深度与接地角和前进速度的关系均为下凹曲线,曲率半径对下陷深度的影响不显著;接地角为30°,前进速度为0.64m/s时,下陷深度分别取得最小值8.1cm和8.0cm。当船首接地角为29.4°,首舷曲率半径为417.8mm,前进速度为0.57m/s,时,下陷深度为7.0cm,试验指标滑行阻力取得最优值138.1N。验证试验结果表明,滑行阻力与土槽牵引试验实测值比较相对误差为7.45%;仿真所得下陷深度与土槽牵引试验实测值比较相对误差为11.24%。仿真结果优化值与实测值基本相符,证明研究所采用的的建模及仿真方法符合实际。
  (3)设计并搭建了水田船体模型牵引试验台,其主要由水田土槽、牵引装置、检测系统和船体模型组成。利用土槽试验台,在预实验的基础上,采用正式试验设计方法,以接地比压、牵引速度、接地角、曲率半径和表层水深为影响因子,以牵引阻力和下陷深度为响应值,进行极差分析和方差分析,探究各因素对下陷深度和牵引阻力的影响规律,并对船型拖拉机的结构参数和工作参数进行优化计算。结果表明,各因素对牵引阻力和下陷深度的影响大小的顺序均为:接地比压>接地角>牵引速度>表层水深>首舷曲率半径,使牵引阻力最小化的因素水平组合为A1B3C4D4E2,使下陷深度最小化的因素水平组合为A1B4C5D3E2。通过方差分析可知,接地比压对牵引阻力影响极显著,牵引组度、接地角和表层水深对牵引阻力的影响均为显著,首舷曲率半径对牵引阻力的影响不显著;接地比压对下陷深度的影响极显著,接地角和牵引速度对下陷深度的影响均为显著,表层水深和首舷曲率半径对下陷深度的影响为不显著。试验优化结果使船体模型在水田土壤中工作时沉陷得到改善,工作能量消耗更少,对船型拖拉机设计与运行具有意义。
[硕士论文] 杨延超
机械电子工程 山东科技大学 2018(学位年度)
摘要:当今国内外农业生产活动中,拖拉机作为主要农作工具发挥着不可或缺的作用。随着科学技术的发展与机械化水平的提高,要求拖拉机向更加智能、高效、环保的方向发展,以推动现代化绿色农业的进程。传统拖拉机由于尾气污染,操作繁琐,以及结构相互关联带来的维修拆解不便和互换性较差等问题,严重阻碍了绿色农业的发展。本文在“十三五”国家重点研发项目的支撑下,根据《双电机耦合驱动电动拖拉机(35马力)整机集成创制与试验考核》(2016YFD0701005)的国家重点研发课题,针对传统拖拉机的不足,摒弃传统的内燃机驱动的方式,以SF400E为原型,设计一种基于模块化思想的35马力双电机驱动的纯电动拖拉机来代替传统拖拉机,弥补现阶段电动拖拉机的市场空白。
  根据SF400E型拖拉机结构组成,按其功能将整机划分为驱动模块、电池模块、前桥转向模块、耦合器模块、后桥模块以及悬挂提升模块;以充分利用原有零件进行模块设计,同时增强模块的柔性化设计,使各模块具有独立性又相互协调,缩短设计周期以及降低制造成本;给出了各模块的连接方案,设计了用于连接前桥与耦合器的连接构件,完成了整机的匹配设计。构建了整机的三维装配模型,以实现对各模块干涉情况的检验以及对整机物理参数的测量。
  分析了现有电动车辆的驱动构型,采用双电机耦合驱动代替内燃机驱动的驱动方式;提出了一种采用主电机进行额定输出,利用辅助电机进行速度调节与功率补偿的工作方式;设计了一种适用于拖拉机使用的双电机驱动、双独立输出的分汇流驱动构型;分析了该构型的多种驱动方式;在此基础上,完成了动力耦合器设计。
  针对设计的耦合器传动系统,模拟了驱动方案中动力输出转速540r/min、动力输出转速750r/min、主电机单独驱动以及辅助电机单独驱动四种拖拉机的基本工况。基于ADAMS对驱动系统通过step函数约束四种模型进行运动仿真,对比分析各组的仿真结果,得出了各齿轮的运动状态与辅助电机控制的减速比具有正相关关系的结论;分析了齿轮角加速度、加速度与速度的关系,以及行星轮带来的偏载影响,结果证明转速越高,系统稳定性越差。并提出了主、辅电机的驱动控制方法,验证了本文设计的驱动构型与耦合器的合理性。
  针对整机驱动方式改变引起的零部件具有强度隐患的问题,仿真分析了耦合器与前桥的连接构件以及前桥在单倍载荷下的应力作用效果,在满足使用要求的基础上,根据机械设计要求,分析了其在施加三倍载荷时的应力分布,以预防冲击造成的过载失效。结果表明,原有前桥在横梁与转向轴筒连接处产以及垂直于横梁的连接套筒连接处生较大的应力集中,应采用10mm厚的Q275结构钢并使用至少8mm倒角方可满足使用要求;连接板件在结构拐角处、焊接连接处以及螺栓孔处产生应力集中,最终确定连接板件应使用双层10mm Q650结构钢才能满足使用要求。
[硕士论文] 王培通
农业机械化工程 华中农业大学 2018(学位年度)
摘要:船式拖拉机是我国独有的动力装备,其采用“浮式”工作原理,在田间作业时行驶阻力小,特别适应我国南方复杂多变的自然环境,深受南方水稻产区的欢迎。现阶段船式拖拉机的行走系统主要采用单桥及两轮的形式,存在传动系统的配套功率小,机械效率低等问题;田间转移、过沟过埂、上坡下坡等越障性能不甚理想;采用单边制动的方式,实现差速原地转向,容易在田间形成土堆和泥坑;部分产品档位单一,机动性差,无法选择合适的档位更无倒车条件。在了解、分析国外轮式滑移转向车辆和国内船式拖拉机的研究现状的基础上,本文针对传统两轮驱动船式拖拉机存在的传动效率低、机动性差等问题,以四轮驱动船式拖拉机的传动系统为研究对象,通过四轮驱动船式拖拉机转向理论分析及转向模型建立,开展四轮驱动船式拖拉机传动系统的设计、仿真和试验研究,具体研究内容和结论如下:
  (1)四轮驱动船式拖拉机转向理论及转向模型的建立。对四轮驱动船式拖拉机转向进行了理论分析与数学模型的创建,通过对四轮驱动船式拖拉机的大半径转向和小半径转向的运动学和动力学的理论分析,建立了四轮驱动船式拖拉机转向时的数学模型,通过数学模型可得车辆在进行小半径转向时承担的转向阻力矩更大,转向更困难。
  (2)四轮驱动船式拖拉机的传动系统设计。以实现原地转向功能为目标,采用对称布置的同步带和驱动轮组合结构的传动系统,实现前桥和后桥车轮四驱联动;采用方向机控制下的前桥动力单边分离与后桥差速器壳液力制动相结合,实现整机原地转向。
  (3)船式拖拉机传动系统仿真分析。运用SolidWorks软件建立船式拖拉机传动系统的前桥、后桥以及车体的简化三维模型,将创建好的模型导入到ADAMS中,添加轮胎、路面文件和部件之间的约束,定义边界条件后对其进行动力学仿真。仿真试验结果表明,直线行驶时传动系统的同步性好,传动效率高,车辆在Y方向上偏移量很小,符合车辆直线行走原理;原地转向时,档位越高,车体的转向角速度就越大,车体转向效率越高;原地转向相对于切边转向稳定性较差,在高速急转向或跑偏需要对方向进行纠偏时,使用切边转向模式来代替原地转向模式。
  (4)船式拖拉机转向性能研究。确定了四轮驱动船式拖拉机的转向性能和评价指标,并在水泥路面工作环境下进行船式拖拉机不同档位下直线性能测试、最小转向半径测试和转向角速度测试,并将在水泥路面工作环境下得到的数据与ADAMS仿真模型下得到的数据相比较,结果表明:在ADAMS环境下得到的转向角速度为水泥路面试验数值的100%-118%,最小转向半径的仿真结果为试验试验数值的86%-96%,表明该动力学仿真模型是可行的。试验中最小转向半径的平均值为0.022m,可以满足在小地块转向的要求,转向占用面积小;档位为1档和倒档时车体转向角速度分别为0.24rad/s和0.26rad/s,档位为2档时车体转向角速度为0.45rad/s,档位为3档时车体旋转角速度为0.65rad/s,不同档位提供不同的转向角速度,能够适应作业的不同行走要求,满足田间作业的复杂性要求;但提出原地转向在慢速条件下使用较为适宜,因高速急转向或需要对方向进行纠偏时应避免使用原地转向。
  (5)船式拖拉机方向盘转角试验。结果表明:在转向过程中,四轮驱动船式拖拉机内侧驱动轮的输入轴转速呈不断减小的变化趋势,外侧驱动轮输入轴的转速基本保持不变,并在方向盘持续转动过程中,内侧驱动轮输出轴的转速会出现负值,直到内外两侧驱动轮输入轴转速大小相等、方向相反,实现原地转向;在档位1档、2档、3档和倒档的试验过程中,四轮驱动船式拖拉机两侧驱动轮输入轴的转速变化趋势相同,转向半径值最终都能趋于0,说明无论车辆在什么档位下开始转向,最终都能实现样机的原地转向过程。
  (6)船式拖拉机田间适应性研究。试验结果表明:工作环境对原地转向半径的影响较大,水田地面工作环境下原地转向半径约为坚实地面工作环境下原地转向半径的9.8倍,不同工作环境下样机的转向角速度变化不大,水田地面下样机的转向角速度偏小,说明水田转向要比其他工作环境更困难,水泥地面最小转向半径为水田地面最小转向半径试验数值的8%-10%,水泥地面转向角速度为水田地面转向角速度试验数值的77%-95%,表明水田工作环境下原地转向相比于水泥地面工作环境要更困难,但相对于传统转向方式来说,转向半径要更小,转向角速度更大。
[硕士论文] 刘驰
机械工程 北京交通大学 2018(学位年度)
摘要:农用拖拉机是农业生产中最主要的作业机械之一,在农机装备领域具有重要地位。但是,拖拉机作业环境复杂,发动机作业负载变化剧烈,在实际生产中常常面临着动力不足、油耗较高和排放性能较差等问题。本文在广泛研究相关文献的基础上,重点开展了拖拉机作业负载预测模型、拖拉机柴油机平均值建模、前馈-反馈智能控制策略三个方面的研究。
  本文构建农用拖拉机作业负载预测模型。设计并开展了农用拖拉机典型作业工况数据采集试验,以拖拉机牵引深松犁进行深耕作业为例,建立拖拉机作业机组动力学模型;分析了拖拉机作业机组所受主要阻力来源,基于CAN总线数据,计算获得拖拉机作业工况数据集,并划分有效作业片段;利用动力学模型,从总阻力中分离出农具阻力,农具阻力大小以土壤比阻的大小进行表征,采用BP神经网络模型对土壤比阻的变化规律进行离线学习,建立土壤比阻的预测模型;基于试验数据,验证了负载预测模型的有效性。
  基于MATLAB/Simulink建立了目标机型潍柴WP6涡轮增压柴油机的平均值仿真模型。本文对柴油机数学模型建模原则进行了分析和介绍,将涡轮增压柴油机的划分为进气、排气、中冷器、涡轮增压器、气缸和曲轴等部分,分别采用平均值建模方法建模;采用基于经典4阶Runge-Kutta公式ODE4算法,选取部分工况点对所建立的平均值模型进行校验,仿真结果表明,该平均值模型计算速度快,仿真效果较为准确,能够作为柴油机控制策略研究的被控对象。
  开展前馈-反馈复合控制策略的研究。前馈控制部分以土壤比阻预测模型为基础,对土壤比阻变化带来的负载扰动进行补偿;反馈控制部分采用BP神经网络PID控制算法,该算法可在线调整PID控制器比例、积分、微分系数,实现对负载变化的智能自适应控制;搭建控制系统仿真平台,模拟作业负载突增、突减,设定转速突加、突减四个仿真工况。仿真结果表明,前馈-反馈复合控制算法调节时间较普通PID控制方法分别减小47%、66%、69%、42%,转速变化量分别减小42%和29%,控制效果明显更优。
[硕士论文] 钟文杰
现代农业装备工程 华中农业大学 2018(学位年度)
摘要:拖拉机作为农业生产的基础载具,主要用于牵引和驱动农业机械部件完成各项作业。舒适性是影响拖拉机产品质量与市场竞争力的重要因素,离合踏板作为重要操纵部件,是影响整车操纵舒适性的主要因素之一。本研究主要针对目前农机装备操纵舒适性定量研究较少且研究过程不够系统化等问题,以拖拉机换挡操纵过程为研究对象,在对舒适性的概念深入研究的基础上,探究拖拉机换挡操纵舒适性客观评价与操纵过程数字化描述的方法,以期为操纵舒适性提供系统化的研究思路。本文主要研究内容及结论如下:
  (1)对换挡操纵舒适性影响因素进行深入分析,提出了换挡操纵舒适性的评价指标体系。从人机交互过程中的动力学特性对人体舒适性影响规律来定义操纵过程中的舒适性问题,从人体感知特性和力学特性两方面入手,选取了平均踏板力F、曲线下面积Ar、冲量Ip、非线性度I以及最大分离力Fmax五个参数作为拖拉机换挡操纵舒适性的评价指标。
  (2)针对目前多种评价方法结论不一致的问题,提出了一种基于离差最大化的拖拉机换挡操纵舒适性组合评价模型。以八台农用拖拉机为研究对象,采集其离合器踏板力和踏板行程数据,以此为基础,分别采用灰色关联分析、基于熵的综合评价、信息熵排序、主成分分析、理想解法、改进理想解法五种典型的评价方法对拖拉机的换挡操纵舒适性进行评价,并采用KENDALL协和系数法对五种评价结论的一致性进行检验;之后,基于离差最大化思想,求解各种评价结论的组合权重,并对结论进行组合,计算得到拖拉机换挡操纵舒适性的组合评价值;最后,参考李克特五分量表,对拖拉机换挡操纵舒适性进行主观评价,并其将结果与组合评价结论进行对比,结果发现,组合评价结论与人体主观评价结果具有较好的一致性。
  (3)针对舒适性评分值如何客观的分级的问题,尝试采用模糊聚类的方法进行操纵舒适性等级区间的划分。以舒适性评价指标集为特征集,采用模糊C-均值算法对采集的数据样本进行模糊聚类分析,并将样本数据划分为五类。根据舒适性评分值与评价指标之间的回归关系,将五类数据样本中包含四个特征的样本点转化为相应的舒适性评分值;最后,根据每一类样本点的概率分布函数的交点将评分值区间划分为五个区间,即:0~0.31、0.31~0.54、0.54~0.69、0.69~0.80以及0.80~1,完成舒适性评分值等级区间的划分。
  (4)为能探究操纵过程中的影响舒适性的负面因素,提出一种换挡操纵舒适性的单元分析模型。以拖拉机换挡操纵过程为研究对象,根据操纵装置的物理特性和动作特性,将换挡操纵过程划分为四个单元,即自由行程单元、分离行程单元、进挡单元以及接合单元。以物元模型为基础,通过引入时间约束,建立多动作单元的耦合组,以此描述拖拉机换挡操纵过程。通过计算实际描述模型与目标模型的贴近度,建立操纵舒适性评价的单元分析模型,并基于此模型对拖拉机的换挡操纵舒适性进行定量分析与综合评价。研究表明:离合器的分离行程对拖拉机操纵舒适性的影响最大;以载具1为例,其总体舒适性评分值为0.8359,该评分值与多指标综合评价的评分值(0.8156)非常接近;此外,该模型还给出了载具各个单元的评分值,其值可直接反映研究对象的每一个薄弱环节;从各个单元的贴近度来看,其最薄弱的环节是进档单元(M3)。采用单元分析模型对操纵舒适性进行评价,评价结果不仅可以反映部件的操作舒适程度,而且还可以对整个操纵过程中的负面环节进行定位。这种方法可有效克服操纵舒适性概念的模糊性和总体评价的笼统性,避免主观评判的不确定性。相关研究成果可为拖拉机操纵装置的舒适性优化设计提供数据支持。
[硕士论文] 孙志刚
车辆工程 东北林业大学 2018(学位年度)
摘要:履带式拖拉机与轮式拖拉机的主要不同之处在于行走系统。履带式拖拉机的行走机理是通过行走系统的关键零部件履带和驱动轮之间的啮合,为整车提供前进驱动力,这点与轮式拖拉机截然不同。行走系统设计的好坏,直接影响着履带式拖拉机的各个关键性能,如行驶速度、爬坡角度、通过性、行驶稳定性等。行走系统在驱动整车行驶的同时还承受着履带式拖拉机整车的全部载荷,具有缓冲整车对地面冲击的能力。它往往有着很高的故障率,对行走系统的维修费用可以占履带式车辆的50%左右。而控制系统是车辆的核心,它是车辆的大脑。控制系统通过识别驾驶员的控制信号,执行相应的命令,它影响着车辆的灵活性和安全性。因此,研究履带式电控拖拉机的行走系统和控制系统具有重要的意义。
  本文将通过市场调研、理论分析、样机试验相结合的研究方法对履带式电控拖拉机进行研究。通过对国内外履带式拖拉机进行深入的了解,结合国内现有的履带式拖拉机,旨于研制出一台适用于复杂地形并且自动化程度较高的履带式电控拖拉机。通过先总后分的方法,确定履带式电控拖拉机的总体布局,然后针对其行走系统进行详细的分析和设计,确定履带式电控拖拉机行走系统关键零部件并进行设计。
  在完成对行走系统关键零部件的设计后,对履带式电控拖拉机行走性能进行理论分析,以确定设计的合理性。再通过有限元分析对履带式电控拖拉机行走系统关键零部件进行分析,验证其是否满足刚度、强度等要求,根据有限元软件分析的结果对设计的不合理之处进行改进。在以上的研究基础上,对履带式电控拖拉机控制系统进行分析,确定其动作顺序和需求,然后对主要电控元件进行选型和完成电路布置。
  在本文的最后,将对制造出的履带式电控拖拉机的样机的行走性能、转向性能、越障性能以及控制性能进行试验,以验证设计出来的行走系统和控制系统能否符合预期设计需求。试验结果表明,本履带式电控拖拉机行走系统和控制系统的设计,解决了传统履带式拖拉机行走效率差以及作业人员安全性难以保证的问题。
[硕士论文] 岳彩德
环境工程 中国农业科学院 2018(学位年度)
摘要:针对沼液膜浓缩工艺中存在的膜前预处理困难、不同膜技术效果不明、膜浓缩工艺的选择缺乏科学依据的问题,本文探讨了陶瓷膜作为猪场沼液预处理的可行性,对比分析了不同膜技术及其组合对沼液浓缩处理效果,考察了运行压力对浓缩倍数、膜通量等运行参数的影响。由于采用膜技术进行养分浓缩的同时抗生素、重金属浓度也可能随之升高,因此,对浓缩过程中重金属、抗生素含量进行了检测,以明确其含量和分布。主要结论如下:
  (1)不同孔径和压力下陶瓷膜的运行试验表明,陶瓷膜可以作为猪场沼液的预处理方式,且优化运行条件为200nm孔径,0.3MPa。在0.3MPa运行压力下,200nm孔径陶瓷膜膜通量可以达到100.6L/(m2·h),对总磷、TOC、氨氮、总氮和总钾的去除率分别为61.2%、35.0%、3.8%、6.2%和3.0%。尽管在0.3MPa的运行压力下,50、200nm两种孔径陶瓷膜对浊度的去除率均能够达到99%以上,对COD的去除率分别为36.2%±0.6%和32.6%±1.5%。但200nm陶瓷膜通量比50nm陶瓷膜膜通量高52.8%。试验提出的清洗方式为1%氢氧化钠+1%柠檬酸组合,陶瓷膜的膜通量恢复率可达95.4%。
  (2)NF、RO1、NF+RO2共3种膜浓缩技术的对比试验表明,纳滤膜截留氨氮的效果差,采用NF+RO2两级膜技术组合能够降低膜浓缩系统的运行压力,同时提高反渗透的膜通量。当VRF为6时,NF、RO1和RO2浓缩工艺对氨氮的去除率分别为13.7%、88.5%和85.4%。反渗透对氨氮的去除率相较于纳滤膜高出74.8%。在1.5MPa相同运行压力下,RO2的膜通量比RO1高出了98%。纳滤膜作为反渗透膜的前处理能够降低反渗透膜的运行压力。在VRF为6时,NF和RO2浓缩液中氨氮浓度分别为其进水的1.7倍、3.8倍;NF和RO2浓缩液中TK浓度分别为其进水的1.7倍、3.6倍,该膜技术组合能够有效回收沼液中的养分。
  (3)浓缩液和透过液中重金属、抗生素含量的检测结果显示,重金属的去除主要发生在陶瓷膜过滤阶段,而抗生素主要富集到纳滤和反渗透浓缩液中。陶瓷膜浓缩液中Zn的含量为0.46mg/L,为其进水的3.5倍;Cu的含量为0.12mg/L,为其进水浓度的3倍以上。纳滤膜浓缩液中磺胺嘧啶SD、磺胺二甲基嘧啶SMZ、磺胺间甲氧嘧啶SMZ-J、四环素TC、土霉素OTC含量分别为22.05ng/mL、905.65ng/mL、19.57ng/mL、32.55ng/mL、675.94ng/mL,分别为其进水浓度的1.25倍、1.25倍、1.52倍、1.13倍、4.77倍。反渗透膜能够对纳滤膜透过液中抗生素进行进一步的截留。反渗透浓缩液中磺胺嘧啶SD、磺胺二甲基嘧啶SMZ、四环素TC、土霉素OTC的含量分别为11.52ng/mL、525.8ng/mL、46.47ng/mL、112.44ng/mL,分别为其进水浓度的4.1倍、3.2倍、1.5倍、3.2倍。
[硕士论文] 朱锋
环境工程 华中农业大学 2018(学位年度)
摘要:近年来,为有效解决能源危机,开发可再生能源代替不可再生能源已经成为全球研究的热点之一。生物乙醇作为可再生的生物质能源,因原料广、成本低等特点,受到能源研究者的广泛关注。生物质作为制造生物乙醇的重要原料,因其结构复杂,故此在使用过程中首先需要对其进行预处理才能保证后续高效利用。现今预处理的手段多种多样,Fenton体系可以有效预处理生物质,使其中的纤维素更易于转变为乙醇,但H2O2是一种不稳定的强氧化剂,在作用于生物质的同时过度发生自身分解,使之作用效率下降。使用CaO2代替H2O2形成CaO2非均相类Fenton体系处理生物质,不仅可以破坏生物质固有结构,还可以改变生物质化学组分,改变结晶度,提高酶可及性,提高酶解作用效果。
  本文选取凤眼莲、甘蔗渣、空心莲子草和棉杆4种生物质原料,使用CaO2/Fe2+体系进行预处理,以4种生物质原料作对照,分别进行CaO2/Fe2+摩尔比、预处理时间和温度单因素实验,通过酶解还原糖产量、糖转化率和组成成分的变化,筛选出最优化的预处理条件,并在单因素实验的基础上,设置3因素4水平的正交实验对4种生物质样品进行预处理,使用统计分析优化实验方案,最终测定在单因素最优预处理条件下和正交实验最优预处理条件下对生物质样品的官能团变化和结晶度变化的影响。主要得出如下结果:
  (1)CaO2/Fe2+体系预处理生物质可以破坏生物质组成成分以及结构,有效提高酶解产糖效果。其中单因素实验下,凤眼莲、甘蔗渣、空心莲子草和棉杆的预处理最优化预处理条件分别为CaO2/Fe2+摩尔比8∶1,温度35℃,预处理72h;CaO2/Fe2+摩尔比4∶1,温度45℃,预处理时间96h;CaO2/Fe2+摩尔比4∶1,温度25℃,预处理72h和CaO2/Fe2+摩尔比8∶1,温度为35℃,预处理72h。在最优预处理条件下,凤眼莲、甘蔗渣、空心莲子草和棉杆4种生物质样品的还原糖产量分别可以达到对应原料还原糖产量的43倍、15倍、3倍和45倍,而基于原料的还原糖转化率分别可以达到原料的17倍、9倍、2倍和44倍。
  (2)正交实验结果显示,4种生物质样品的影响因素中CaO2/Fe2+摩尔比为主要影响因素,预处理时间和温度为次要影响因素。同时正交实验的最优预处理条件与单因素实验中的最优预处理条件不一致,这表明生物质在预处理过程中单因素实验不具有全面性。
  (3)CaO2/Fe2+体系预处理不仅能够通过破坏生物质结晶区和无定形区结构,改变生物质相对结晶度指数,同时,结晶度指数的变化主要与生物质结晶区和无定形区的去除程度有关。该体系也可以破坏生物质官能团中的化学键,达到破坏生物质结构的目的。
  (4)4种生物质原料在CaO2/Fe2+体系预处理后,经过酶解72h半纤维素去除率和木质素的去除率与酶解72h还原糖产量大致呈现正相关关系。
[硕士论文] 陈学成
机械制造及其自动化 山东科技大学 2018(学位年度)
摘要:电液悬挂系统是拖拉机机组的一个重要子系统,其性能直接影响着拖拉机的作业质量及效率。其中,电液比例阀作为电液悬挂系统中的核心部件,其响应速度、控制电流与流量的线性度、抗干扰能力直接影响到电液悬挂系统的控制精度。同时,由于拖拉机的工作环境较为恶劣且复杂多变,需制订合理的控制策略,以提升拖拉机的耕作质量。本文对满足上述要求的拖拉机电液悬挂阀控系统进行设计研究,实现拖拉机电液提升的智能化控制,本研究对提升其控制质量与耕作质量具有重要的理论与实际意义。
  在分析传统拖拉机液压悬挂系统的基础上,设计了电液悬挂阀控系统与集成化专用电液比例阀。在分析电液比例阀结构和工作过程的基础上,对系统的升降过程进行了仿真分析。结果表明,所设计的电液悬挂阀控系统响应迅速,在工作区间内控制电流与流量呈线性。
  在比较分析拖拉机悬挂系统耕深调节方式与控制策略的基础上,制订了基于力位综合控制的模糊PID控制策略。定义了输入量以及PID控制参数修正量的模糊子集与隶属度函数,建立了PID控制参数的模糊控制规则,并在此基础上编辑了模糊控制器,建立了模糊PID控制系统。
  对核心液压元件及液压系统进行了建模与仿真,分析了其稳态和动态特性以及抗干扰能力。建立了基于模糊PID控制的电液控制系统联合仿真模型,分析了在不同的力位综合比例系数下拖拉机的耕深与牵引阻力变化规律。结果表明,在工作区间内系统控制电流与流量呈线性,系统阶跃响应时间为0.02s,在受到外界阻力干扰时,流量在大约0.1s内趋于稳定,抗干扰能力强;在力位综合调节耕作过程中电液悬挂阀控系统响应迅速,耕作效果较好。
  针对本文设计的电液比例阀及制订的模糊PID控制策略分别进行了实验研究,测试了电液比例阀的控制电流与流量的关系以及不同力位综合比例系数下拖拉机的耕深变化与作业质量。实验结果与仿真结果基本一致,能够实现对拖拉机悬挂农具升降速度的高精度控制,能够兼顾拖拉机耕深均匀性和负荷稳定性,适应拖拉机复杂多变的工作环境。
[硕士论文] 黄海龙
环境工程 四川农业大学 2018(学位年度)
摘要:为匹配传统的沼气发酵装置运行条件,秸秆作为沼气发酵原料在工程化运行中一般需经过粉碎预处理程序而使工程运行复杂,同时发酵产气不连续稳定。本文结合我国农业机械化发展现状,设计研究适合机械化收割获得的段状秸秆(粒径为30~50mm)为原料的沼气发酵装置,减少复杂的原料预处理程序,研究装置运行最佳回流比例和发酵负荷,以期实现段状秸秆在沼气发酵装置中简单运行、连续稳定产气,对装置的工程应用进行经济效益评估,为推动秸秆沼气工程的建设和发展提供一定依据。主要研究结果如下:
  (1)采用段状秸秆进行发酵,减少预处理工艺耗时耗能;多孔筛板将秸秆固定在发酵装置内,防止秸秆上浮结壳。同时采用沼液回流搅拌运行。设计小试装置进行批式发酵试验,高径比(H/D)为3∶1的装置比1∶1产气量提高了12.5%。考虑工程建设实际和H/D比对发酵装置产气影响,设计段状秸秆沼气发酵装置H/D为3∶1。
  (2)采用H/D为3∶1设计制作沼气发酵装置进行连续进出料运行试验,在发酵负荷为60g/L(以TS计),秸秆发酵周期为20d,每5d进出料条件下,连续运行90d,产气量、CH4浓度比较稳定,说明段状秸秆沼气发酵装置能实现产气稳定。且每天回流比例(回流沼液于装置容积比)为3∶10时沼液搅拌运行产气效果最好。
  (3)基于段状秸秆沼气发酵装置设计和运行参数,对建设100m3的小型秸秆沼气工程进行经济效益评估。从该工程财务净现值、益本比、内部收益率和投资回收期来看,该沼气发酵装置应用于秸秆沼气工程建设、运行具有经济可行性。
[硕士论文] 高德华
机械制造及其自动化 宁夏大学 2018(学位年度)
摘要:随着拖拉机自动驾驶技术的日益普及,逐渐面临着作业地形多变、导航作业精度低、转弯路径构建,转弯路径的优化等重大问题,本文针对上述问题进行深入研究,搭建硬件平台,提出新的侧向误差评定方法,优化设计全域覆盖路径规划算法,最终通过田间试验分析,主要研究内容如下:
  (1)搭建硬件平台,建立拖拉机定位坐标体系,依据RTK-DGPS和IMU采集数据实现拖拉机地面投影点坐标的计算,并实现手动测量、2D-GPS测量、3D-GPS测量三种侧向误差评定方法;(2)根据拖拉机历史作业轨迹以及实际采集农田边界数据,实现地头边界参数优化、实现直线路径端点计算、最优作业方向的确定、直线路径作业顺序筛选;
  (3)构建地头非作业区域的连续曲率转弯曲线模型,形成拖拉机田间全域覆盖路径规划算法的设计;
  (4)设计高效、合理的田间试验方案,通过Freeform曲线实现,最终分析拖拉机全自动驾驶中的直线、转弯状态下的侧向误差,并与AB点导航模式下的侧向精度进行对比分析。
  综上所述,基于RTK-DGPS与IMU的侧向导航误差的评定方法能够真实反映缓坡农田的侧向误差,而基于实际农田边界信息、最优作业方向优化、连续曲率转弯模型的全域路径规划设计能够实现农田作业过程全自动化,试验结果显示,直线路径的误差均方根误差为7.05cm,自动转弯路径的误差均方根值为10.02cm,完全能够满足拖拉机在田间的全自动驾驶作业,从而为农田自动驾驶作业的实时在线路径规划设计奠定了基础。
[硕士论文] 王广栋
生态学 东北农业大学 2018(学位年度)
摘要:秸秆中含有丰富C、N、P、K等营养元素,合理的秸秆还田方式可以改善土壤结构、提高土壤肥力,在秸秆还田研究方面国内外学者做了大量的工作,取得较丰富的科研成果。在黑龙江省现代化农业生产背景下,如何避免因秸秆资源浪费而造成的环境污染、及通过秸秆还田提高土壤肥力成为政府和科研工作者共同关注的焦点。针对秸秆还田时如何将秸秆长度、秸秆埋深等因素控制在一定范围内,既能降低农机具作业能耗,又不影响秸秆还田后的腐解及提升土壤肥力,在北方地区大农机作业条件下,关于该方面的研究报道较少。鉴于此,本研究侧重于秸秆长度、还田量和秸秆埋深等因素对秸秆的腐解特征、养分释放规律和与腐解相关的微生物群落功能多样性变化进行了研究,以期探讨作业条件下节本增效的秸秆还田方式,为秸秆合理还田提供理论依据。本研究得出以下结论:
  (1)在两年的秸秆还田期内,秸秆腐解率和秸秆总有机碳(TOC)、全氮(TN)、全磷(TP)全钾(TK)释放趋势一致,呈现为前期快、后期慢。随着秸秆长度和埋深增加,均逐渐降低,但随着秸秆还田量增加,表现为先增加后减小趋势,当秸秆还田量是4800kg/hm2时,秸秆腐解率最大,为73.32%,秸秆TOC、TN、TP、TK释放率也达到最大,分别为:75.89%、74.38%、78.64%、93.45%。
  (2)随着秸秆长度和埋深的增加,秸秆腐解微生物群落碳源代谢活性(AWCD值)、丰富度指数(H)、优势度指数(D)和均匀度指数(E)均表现逐渐降低的趋势,而随着秸秆还田量增加,则表现出先增加后降低的趋势,当秸秆还田量为4800kg/hm2时,对促进秸秆腐解的微生物群落功能多样性影响最大。
  (3)本研究通过秸秆长度、还田量和埋深单因素及三因素交互作用表明,当秸秆长度为15cm,秸秆量为4800kg/hm2,秸秆埋深为5cm时,秸秆腐解率、养分释放率、秸秆腐解微生物AWCD值、H、D和E均达到最高,此时土壤容重最低,孔隙度最大。
  (4)基于博弈论综合赋权法确定了秸秆单一腐解效果评价指标权重次序为:秸秆腐解率>AWCD值>H>TOC>TN>D=E>TP>TK,影响秸秆综合腐解效果的各试验因素的主效应表现为:秸秆量>秸秆埋深>秸秆长度。秸秆长度与秸秆量、秸秆埋深与秸秆量之间存在负交互作用,秸秆长度与秸秆埋深之间存在正交互作用。通过建立模型及响应曲面优化分析,得到促进秸秆腐解的最佳还田方式为:秸秆长度5-10cm,秸秆量4400-5920kg/hm2,秸秆埋深6-11cm。
[硕士论文] 李冬冬
农业生物质环境与能源工程 河南农业大学 2018(学位年度)
摘要:生物质能作为全世界一次能源消耗中的第四大能源资源,是唯一仅有的可存储和运输的固态生物质能源,在人类将来的能源利用结构中将占有重要位置。但是在实际燃烧和气化的利用过程,由于生物质中含有大量的碱金属K、Na和矿物质Si、Cl、S等元素成分,会发生一系列的物理化学反应,生成低熔点的化合物或共晶体,导致现有研究并生产出的生物质锅炉在燃烧过程当中发生十分严重的积灰、结渣、高温腐蚀等影响锅炉的正常运转的问题,对生物质的规模化产生了诸多不利影响。因此,研究生物质的灰特性,并在此基础上选择合适的添加剂,来改良其灰特性,从而抑制结渣等问题的生成,对生物质的规模化利用具有重要意义。
  (1)本论文选取水稻秸秆、小麦秸秆、玉米秸秆和木屑4种生物质为原料,先用两种不同的灰化方法对样品进行灰化实验,研究灰分含量随灰化温度和时间的变化规律,并对其进行基本的元素分析、工业分析和灰成分检测,研究其基本灰特性,结果发现:采取低温灰化的方法测量灰分含量较为准确;不同生物质灰中的无机元素含量差异明显,但有个共同特点是无机元素的氧化物含量比重较大。
  (2)测定四种生物质灰的特征温度,研究灰熔点大小与灰成分的关系,并在600℃至900℃范围内,选取四个典型整数灰化温度,将样品放置在马弗炉中燃烧灰化,并用SEM-EDX对燃烧后的灰样进行检测分析,得出了灰成分随灰化温度的变化规律及灰样的形态表征,研究结果表明:在600℃~800℃温度内,灰分含量递减的速度最快,800℃后灰分含量递减变慢。对灰样的SEM-EDX检测发现,不同生物质,在不同温度下,灰样微观结构变化差异明显,生物质由于种类的不同,其灰粒结构具有多样性,这也反映出诸多无机元素在生物质中存在形式的复杂性。
  (3)在生物质灰特性的研究基础上,本文以小麦秸秆为原料,对加入不同添加剂的小麦秸秆进行灰化燃烧实验,选择出缓解结渣效果较好的添加剂,并对添加剂抑制灰样结渣的作用机理加以研究。以CaO、NH4H2PO4、(NH4)2SO4、高岭土作为添加剂,与小麦秸秆混合均匀后,在马弗炉中缓慢灰化。结果表明:4种添加剂抑制结渣作用效果好坏依次为:高岭土>NH4H2PO4>CaO>(NH4)2SO4,将加有上述添加剂的燃烧后的灰样品分别再使用SEM-EDX检测分析,研究各添加剂存在下的灰样品的微观形态结构和主要元素特征,并对具有典型特征的灰样品进行了XRD物相检测,研究添加剂对缓解小麦秸秆结渣的作用机理,通过XRD物相检测分析发现,在600℃较低灰化温度时,灰样中碱金属K主要以KCl与K2SO4形式存在,随着温度的升高,灰中碱金属K与SiO2等反应生成熔点较低的KCaPO4和K2Mg(SiO4)等物质,加入四种添加剂后,添加剂中Ca、P、Al、S等活泼物质元素,率先与K反应,生成高熔点的Al2Si7O5(莫来石)和AlPO4等物质。
  本论文对生物质灰特性及添加剂对抑制结渣的作用机理的一些研究,可以为了解生物质的基本性质提供一定理论性的参考,同时对生物质规模化利用起到了重要意义。
[硕士论文] 蔡婕
环境科学与工程 北京化工大学 2018(学位年度)
摘要:在大中型沼气工程的启动阶段,加入适量且优质的厌氧活性微生物作为接种物可以增加厌氧消化的降解速率,缩短启动时间,提高沼气产量,实现工程的高效、稳定运行,因此研究工程启动阶段的接种物类型及过程中厌氧微生物的特性具有重要意义。本实验对猪粪沼液与实验室玉米秸沼液作接种物时在不同接种量条件下对玉米秸厌氧消化性能的影响,以及厌氧体系中微生物群落结构与演替情况进行研究,实验内容与结果如下:
  1.研究了接种物对玉米秸批式厌氧消化性能的影响,设置六组接种量梯度。发现在相同的接种量条件下,猪粪沼液较玉米秸沼液的产气高峰提前,最高累积产气量较玉米秸沼液提高了17.4%。猪粪沼液作接种物时的物质去除率效果也较玉米秸沼液有明显提升。而接种量在一定范围内的增加,可以提前产气高峰,提高原料的日产气量与厌氧消化效率。
  2.研究了接种物对玉米秸序批式厌氧消化启动性能的影响,比较了两类接种物分别在三组不同接种量梯度下的序批厌氧消化启动性能。结果表明:对同一接种物,接种量的增长能够提高启动阶段的产气量和产甲烷量,但对甲烷含量影响不显著,在第一个HRT时接种量对产气性能与物质转化率无明显影响。相较于玉米秸沼液,猪粪沼液作接种物可以更快地达到产气、产甲烷高峰,对酸化阶段持续时间更短,启动前期积累的VFAs的转化更为迅速,并在启动阶段有更高的TS、VS和纤维素去除率。
  3.采用PCR-DGGE技术分析接种物在序批式厌氧消化启动期间微生物群落结构演替规律,发现驯化前后优势微生物种类差异性不大,但丰度差异性较大。系统中的厚壁菌门(Firmicutes)、梭菌属(Clostridiales)两个类型的细菌在厌氧消化系统中一直占主导地位,但也出现了拟杆菌门(Bacteroidetes)、疣微菌门(Verrucomicrob ia)等更加适应厌氧消化体系的细菌。
  4.在微生物水平的研究中,使用高通量测序方法对比了启动初期与末期体系中的厌氧微生物群落结构特性。结果表明,两类接种物在厌氧消化过程中细菌与古菌的菌群分布与丰度均存在明显的差异。细菌与古菌群落的丰富度、多样性和均匀度在猪粪沼液组中均增高,而在玉米秸沼液组中降低。而在菌群分布上,拟杆菌门(Bacteroidetes)、厚壁菌门(Firmicutes)一直是体系内细菌的优势菌群,甲烷八叠球菌(Methanosarcina)和甲烷杆菌属(Methanobacterium)则是所有体系中的优势产甲烷古菌。
[硕士论文] 张恩兰
环境科学与工程 北京化工大学 2018(学位年度)
摘要:厌氧消化作为我国利用农业废弃物生产生物质能源的有效方法,其产业化推进过程中面临着许多问题,厌氧反应器快速启动便是其中之一。启动反应器所需的接种物可以从正在运行的厌氧反应器中获取,但是该方式具有较强的时空限制,需要附近有正在运行的厌氧反应器并且厌氧污泥量充足,否则,从其他地方运输污泥会大幅增加厌氧发酵启动的成本,阻碍产业化进程。若采用动物粪便、废水沉积污泥培养驯化得到种泥则耗时较长,效率不高。因此,贮存浓缩厌氧污泥作为种泥快速启动厌氧发酵反应器的可行性研究具有实际意义。
  首先,本论文研究了原始污泥在不同有机负荷下厌氧发酵产甲烷活性。结果表明,甘薯藤单发酵时最大的甲烷产量和容积产气率分别出现在湿发酵和固态发酵中,分别是200.22mL/g VSadded和12.20L甲烷/L工作体积。与单发酵相比,不同有机负荷下SPV与畜禽粪便共发酵的甲烷产量和容积产气率提升了14.34%-49.11%。共发酵优势在半固态发酵和固态发酵中表现明显。当VFA/TA和pH值都在可接受范围以内时,游离氨含量达到380mg/kg可以作为判断体系稳定性下降的指标。用修正后的一阶动力学模型来评价底物的生物降解能力和产甲烷潜力得到了较好的效果,R2值在0.9715-0.9966之间,水解速率常数(κ值)在0.0003到0.09531/d范围内。SPV与畜禽粪便的共发酵提高了κ值,当κ值小于0.011/d时观察到明显的甲烷产量降低。湿发酵、半固态发酵、固态发酵下各处理古菌群落在属水平上的相对丰度较高的菌群是Methanosaeta和Methanosarcina,并且生长代谢对氨氮浓度的变化较为敏感。
  其次,本论文研究了贮存浓缩厌氧污泥批式厌氧发酵的活性恢复效果。结果表明,批试实验第一阶段贮存浓缩污泥的活性有所损失,与接种原始污泥的反应器发酵效果相比,产甲烷活性达到原始污泥活性的79.93%-90.39%;第二阶段的累积甲烷产量比原始污泥增加了1.11%-29.97%;第三阶段的累积甲烷产量比原始污泥增加了3.33%-30.43%。经过三个阶段的活化过程,各处理的最高日甲烷产量的出现时间提前;第二阶段的各处理最高日甲烷产量高于第一阶段,而第三阶段的最高日甲烷产量高于第一阶段,大部分处理略低于第二阶段。从体系稳定性来看,三个阶段批试发酵体系运行稳定性逐渐提高。并且,在粪便中加入甘薯藤大体上可以提高系统的稳定性。经过一个阶段的批式反应之后,贮存浓缩厌氧污泥的活性可以得到大部分恢复,实现快速的启动。贮存浓缩污泥厌氧发酵三个阶段下各处理的优势菌群均为Methanosaeta,在各个反应器内乙酸产甲烷途径占主体。
  再次,本研究开展了贮存浓缩污泥和贮存原始污泥在不同有机负荷率下连续厌氧发酵活性恢复效果。启动过程中,接种了贮存原始污泥的反应器的产气量高于接种了贮存浓缩污泥的反应器,累积甲烷产量低于接种了贮存原始污泥的反应器。不同负荷启动的贮存浓缩污泥和贮存原始污泥反应器均可以正常运行并且适应一定运行负荷的改变,没有出现反应器VFA积累、氨抑制、体系不稳定造成的反应器运行失败的现象。从反应器三个阶段产气情况看,10g VS/L和20g VS/L负荷启动的反应器表现优于5g VS/L的反应器。无论接种了贮存浓缩污泥和贮存原始污泥,以5g VS/L启动的反应器产甲烷较低且波动较大,对于负荷改变的适应能力相对较差。属水平下,浓缩污泥样品中的古菌优势菌群是Methanosarcina,而原始贮存污泥样品中古菌优势菌群是Methanosaeta。其他各处理中的优势菌群均是Methanosaeta。在门水平下不同反应器的细菌分布以Firmicutes和Bacteroidetes为主。目水平下不同反应器的细菌中,Clostridiales和Bacteroidales是两大优势菌群。
[硕士论文] 谢梦春
环境科学与工程 北京化工大学 2018(学位年度)
摘要:稻草是我国农业废弃物的重要组成部分,其产量大、分布面积广,不合理的处理处置将会带来环境和安全两方面的问题。厌氧发酵技术处理稻草效果显著,不仅可以达到减量化,还能实现资源化。由于稻草的密度小,吸水性差,吸水后易沉底,在反应器中容易出现表面结壳现象,这将减小反应器的有效容积,导致传质传热受阻,最终导致厌氧发酵效率降低。通过机械搅拌可以缓解上述情况。为了改善搅拌罐内物料混合情况,本文以稻草为原料,通过计算流体力学(CFD)数值模拟和中试试验,筛选出搅拌桨型、优化搅拌罐高径比和侧搅拌安装高度、确定合适的搅拌转速范围、获取合适的搅拌组合方式,结合厌氧发酵实验,考察搅拌桨型对稻草厌氧发酵产气性能的影响。
  首先,将稻草厌氧发酵物料视为固液两相流体,进行数值模拟分析。考察不同搅拌设备参数和运行参数对搅拌罐内流场变化的影响,结果表明最优的搅拌桨型为六直叶圆盘涡轮搅拌桨,最佳高径比为0.5,侧搅拌安装高度为0.5H(液面高度),立式搅拌转速应大于等于50rpm,侧搅拌转速应大于等于140rpm。
  其次,通过中试搅拌试验,考察不同搅拌设备参数和运行参数对物料搅拌效果的影响,结果表明最优的搅拌桨型为六直叶圆盘涡轮搅拌桨、高径比为0.5、侧搅拌安装高度为0.5H,立式搅拌转速应大于等于50rpm,侧搅拌转速应大于等于160rpm,这和模拟所得的数据基本吻合。
  最后,研究不同搅拌桨型对稻草厌氧发酵产气性能的影响。通过分析日产气量、产气效率等产气性能指标,发现六直叶圆盘涡轮搅拌桨的日均产气量比六直叶开启涡轮搅拌桨仅仅高了4.1%,而比桨式搅拌桨提高了62.1%。产甲烷效率、物质去除率均有相似的规律。
[硕士论文] 张继宇
环境工程 北京化工大学 2018(学位年度)
摘要:目前全球的能源消费结构依然是以化石能源为主,寻找代替的能源刻不容缓。生物质能作为资源最为丰富的可再生能源之一,近年来已经被世界各国学者所重视。然而,仅凭借常见的有机废弃物不足以满足生物质能源发展的原料需求。因此,能源作物进入了大家的视线。我国有大量的边际性土地不能开垦为耕地,但可以种植能源作物,去填补生物质能源的原料空缺。本课题探究了一种典型的能源作物——柳枝稷的厌氧消化性能,并系统地比较了各种预处理的处理效果,探究了最佳的厌氧消化操作条件,利用热解对实验产生的沼渣进行了处理并对能量回收进行了评估。
  首先,比较了NaOH、KOH、Ca(OH)2、H2O2、HCl、H2SO4和蒸汽爆破7种预处理方法在厌氧消化性能提升上对柳枝稷的影响。结果表明本文选取的所有预处理方法在室温(20℃)下均能对柳枝稷的厌氧消化性能进行改善,效果最好的是4%NaOH溶液,累积甲烷产量达到了197.2mL gvs-1,相比未预处理的柳枝稷提升了325.61%。此外3%KOH溶液也有很好的处理效果并且对环境更为友好。Ca(OH)2和蒸汽爆破预处理虽然产气效果提升一般,但能够明显缩短厌氧消化迟滞期时间。
  其次,根据上文实验结果,采用响应面法,系统地研究了3%KOH溶液室温预处理的柳枝稷在不同进料有机负荷、接种比和初始pH值下的厌氧消化产气性能。进料有机负荷从3提升到27.3gVS/L会使甲烷产量提升,随后稍稍下降。在所选区间内,接种比与甲烷产量之间呈现负相关趋势,接种比0.5为最优条件。对于pH值,从5提升到到9,甲烷产量先上升后下降。响应面法模型给出最优化条件为进料有机负荷27.30gVS/L,接种比0.5,初始pH值6.96,在此条件下可以得到299.5mL gvs-1的累计甲烷产量。
  最后,结合上文结论,本课题在总负荷为24gVS/L,接种比为1,初始pH值为6.96的反应条件下,对柳枝稷进行20、37、55和120℃的3%KOH溶液预处理研究。厌氧消化结果显示120℃处理30min的柳枝稷厌氧消化过程中甲烷产量显著(P<0.01)好于其他各组,达到了288.4mLgvs-1,20、37和55℃的预处理柳枝稷之间没有显著性差异。此外,对20℃预处理组别的沼渣进行了回收热解实验,获得了422mL gvs-1的热解气,即4.43MJ kgvs-1的能量,结合厌氧消化产甲烷235.5mL gvs-1,获得8.45MJ kgvs-1能量。因此,厌氧消化与热解两个过程能够回收柳枝稷中85.3%的能量。
  未来的生物质能源工业化应用中,在边际性土地种植柳枝稷,并通过预处理和厌氧消化过程加以利用可能会成为切实有效的方法。
[硕士论文] 王德海
机械电子工程 山东大学 2018(学位年度)
摘要:拖拉机的NVH性能直接决定着产品的质量,也是其产品综合评测的一个重要指标。拖拉机的驾驶室是人体与外界隔绝的载体,它既能保护人体免收外界伤害,也能减弱或隔绝外部的噪声,研究经由驾驶室与车身之间减振环节的振动传递通道对驾驶室内部框架和覆盖件的影响,对于拖拉机驾驶室的振动传递规律和优化结构设计,有重要的意义。本研究基于刚柔耦合的研究思路,对实际工况激励作用下的拖拉机驾驶室内部结构件的应力应变分析以及振动模态进行了仿真分析和试验验证。
  首先,建立了拖拉机驾驶室和车架的CAD分析模型,导入多体动力学分析所需的滑移副、轴套力等必要约束,生成了多刚体动力学模型。将实测四点减振的减振前的振动加速度信号施加到多体动力学的约束上,进行计算分析。有限元模型中,驾驶室的支撑、连接结构的部件划分为体网格,具有平板结构特征的覆盖件划分为面网格,并以此为基础抽取建立了声腔边界元模型。通过对有限元模型添加网格属性、材料属性和刚性区域,导出了包含多体动力学模态中性文件,在刚性车架结构输入端假定下,建立起驾驶室-车架的刚柔耦合多体动力学分析模型。
  然后,在刚柔耦合的驾驶室-车架多体动力学模型中,将减振前的实际振动激励加速度数据加载为滑移副的驱动,在不同转速工况下利用刚柔耦合模型计算得到了的应力应变,确定了应力应变的发生过程和最大位置区域;计算了驾驶室的结构模态和声学模态的各阶次振型,论证了驾驶室的结构合理性,并对存在模态频率耦合的结构进行了优化。
  最后,在模态分析中找出的振动较大区域和座椅等位置进行了测试试验,对驾驶室底板和减振垫参数进行了优化,利用仿真和实测的手段对优化方案进行了计算,对优化前后的数据进行了分析比对,结果表明,驾驶室各测点以及减振点处的振动都有不同程度的降低,说明结构的优化方案与仿真方案的预期一致,驾驶室的振动强度亦得到显著改善。
  本论文重点研究了基于刚柔耦合的拖拉机驾驶室-车架模型的动力学特性,建立起了车架到驾驶室的振动传递关系,利用应力云图快速、准确的发现最大应力的区域,从而为结构优化提供依据,为振动控制提供指导。
[硕士论文] 官明超
机械工程 山东大学 2018(学位年度)
摘要:结构辐射声作为驾驶室噪声重要组成部分,对拖拉机的NVH(Noise,Vibration and Harshness)性能具有重要影响。拖拉机驾驶室主要是由板件构成,板件振动对驾驶室耳旁噪声有直接影响,研究其结构振动噪声特性,对于改善驾驶室的结构辐射声性能,提升拖拉机的驾驶舒适性具有重要的工程价值。
  本文结合工程实际,对拖拉机驾驶室的振动噪声特性分析以及改进方案的研究,从驾驶室司机耳旁的结构辐射声出发,仿真分析驾驶室各板件的振动特性,筛选出振动薄弱的位置点及频率;从声固耦合的角度建立问题板件与噪声之间的关系,计算筛选出的板件对于耳旁噪声的贡献值,结合试验样车采集的实测数据验证了分析方法的有效性;最后,结合仿真与试验的结果,利用形貌和尺寸优化的方法进行结构整改。
  首先,分析声振传递过程,根据能量守恒与转化定律,振动源能量积累量多的板件一般辐射产生的噪声声压级大,利用模态应变能方法,结合有限元手段,得到拖拉机驾驶室的应变能积累和分布情况,筛选出结构薄弱的板件,分析得到其振动特性;再利用声固耦合理论,结合面板声学贡献度方法,建立驾驶室板件振动与结构辐射声之间的关系,计算筛选出的板件对于耳旁噪声的贡献值,验证筛选查找的问题频率点的精确性,仿真得到驾驶室有问题的直接激励板件。
  其次,利用实际测试数据验证基于有限元手段的两种方法结合的分析思路有效性。根据拖拉机的结构构成、测试标准以及试验目标制定测试方案,利用振动噪声的测试系统采集驾驶室各筛选板件的振动信号以及耳旁噪声信号,计算耳旁处信号的频谱对耳旁噪声进行评价,分析耳旁噪声的主要问题频率,再利用谱相关分析技术分析板件振动与声音信号的关系,实测数据分析得到引起耳旁噪声声压级过大的主要板件,将实测结果与仿真结果进行对比。
  最后,利用结构优化对问题结构件进行整改。利用形貌优化的方法找到最佳的布置加强筋的位置,改变板件的结构形式;利用尺寸优化的技术找到最优的板厚来提升板件刚度,依照仿真结果,制定整改计划并进行试验验证,最终减弱板件振动,降低耳旁噪声幅值。
  本文对于拖拉机驾驶室的结构辐射声部分进行声振特性仿真分析,通过样车的实测试验数据进行了验证。结果表明:利用模态应变能方法和面板声学贡献度方法相结合的分析方法,可以有效得到影响驾驶室结构辐射声的直接激励源板件和关键频率,并以此通过结构优化设计在具体结构方面进行整改,达到改善拖拉机驾驶室振动噪声性能的目的。
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