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[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] 郑志建
电子与通信工程 黑龙江大学 2018(学位年度)
摘要:水资源严重匮乏已经成为全球性的问题,节约并高效用水是人类生产和发展的共同需求。中国是全球13个人均水资源严重贫乏的国家之一,水资源的匮乏严重制约了我国经济社会的可持续化发展,更加发展成为制约我国农业经济发展的一大“瓶颈”。为了满足人民日益提高的农业经济方面的需求、改善农业水资源滥用的基本状况、合理配置农业资源必须发展自动滴灌技术。
  本文针对在农业节水技术中存在的滴灌不合理、水资源浪费、人力成本高昂等问题,设计了一套基于STM32的自动滴灌系统。相比于传统灌溉技术,具有性能稳定、无线传输数据、精准测量并能够实时观测数据变化,远程控制滴灌系统等功能。
  在本文中,首先,通过分析多个影响土壤湿度的因子并且使用传感器对其进行测量,将测量后的多个传感器参数进行数据融合。其次,完成土壤环境传感器检测模块设计、数据传输模块的设计、自动滴灌系统多传感器参数融合算法设计。再次,设计并完成了远程监控模块,其中远程监控模块不仅能监控土壤环境传感器模块采集的传感器量、实时显示融合后的土壤湿度值、而且能够远程控制自动滴灌系统。最后,通过一系列的实验验证传感器的灵敏度以证明该自动控制系统具有稳定性高、精确测量、节水性能良好等优点。
  综上,本文设计并实现的一套基于STM32的自动滴灌系统,具有稳定的工作状态、良好的测量精度、节水性能优良等优势。其不仅能够对土壤中的存在的土壤温度、土壤湿度、光照强度进行准确的测量,而且能够实现远程控制,节省人工成本。不但为农业精确播种、灌溉提供重要依据,而且也为农林业的发展、促进植物的生长方面起到促进与发展的作用。
[硕士论文] 施信信
车辆工程 合肥工业大学 2018(学位年度)
摘要:在满足大马力拖拉机使用性能的的前提下,为降低成本和控制系统复杂程度,其变速器采用组合式半动力换挡传动方案,其中动力换挡副变速器由3个湿式双离合器包组成。若考虑自动变速,动力换挡变速器控制系统需要解决换挡策略和动力换挡控制策略这两个关键问题。
  对于负载作业的大马力拖拉机,传统的两参数换挡策略往往会遇到循环换挡问题。循环换挡会大大降低离合器的寿命,增加变速器故障率,同时造成车速不稳定,影响作业质量。基于发动机变速前后工作点变化特性,分析了拖拉机在负载状态下循环换挡的产生原因,并制定一种规避循环换挡的控制策略,该策略可以有效避免循环换挡,同时保证拖拉机能够适应工作阻力变化持续作业,并且提高了燃油经济性。
  针对动力换挡控制问题,本文基于集成惯量二自由度模型,以变速器输出轴恒定为控制目标,制定了一种恒扭矩动力换挡控制策略。该策略在换挡过程中只有一个离合器处于滑摩态,有利于减少滑摩损失,但该策略在换挡过程中需发动机补充动力交接过程中滑摩损耗的功率,从而实现变速器输出功率和输出扭矩不变。基于恒扭矩动力换挡控制策略,考虑柴油机的调速特性,实际动力换挡控制策略可依靠发动机自身的调速特性在动力交接过程中自适应增加输出扭矩。与主流动力换挡方案相比,本文制定的实际动力换挡控制策略在保证变速器输出扭矩基本一致的前提下,大大减少了滑摩损失。此外,本文探讨了接合离合器作动压力上限和离合器动力交接时间对动力换挡输出扭矩和滑摩功的影响。结果表明:大的压力上限有利于减少换挡时间,但在换挡完成时刻会产生大的输出扭矩突变,由此产生大的冲击度,而动力交接时间对变速器输出扭矩会产生很大影响,交接时间过短,变速器输出扭矩会出现较大波谷。
  最后,本文探讨了变速器液压控制系统的组成,然后建立了离合器压力控制系统的数字化仿真模型并进行了开环和闭环仿真,仿真结果表明,开环控制和闭环控制都能实现对离合器作动压力控制,但闭环控制更加稳定,在供油压力变化时仍能够精确的控制压力,而在闭环控制中,积分控制效果比较好,其超调小,稳定时间短。
[硕士论文] 何田田
水利工程 合肥工业大学 2018(学位年度)
摘要:农田水热通量的变化规律与精确模拟,是国际上关注的前沿学术课题,该项研究能为节水农业提供坚实的理论基础,对于了解农田水热通量的过程与控制机理、优化农田灌溉制度的建设具有重要意义。本文基于涡度相关系统的实测数据,在皖南丘陵地区的典型玉米农田进行了连续的观测,针对该玉米农田的耗水规律和能量分配规律等方面进行了深入地研究,从不同的角度分析了玉米农田耗水以及能量分配的变化过程和控制机理,并在3个冠层阻力模型和1个土壤阻力模型的基础上,对冠层阻力计算模型进行改进,新建了3个耦合阻力模型,并以实测数据为基准进行分析比较,找出最适用的计算方法,最后,在冠层阻力模型的基础上,又对两个蒸发蒸腾量的估算方法进行比较。取得的成果有:(1)各个生育期的玉米ET的日变化均呈现出规则的钟形曲线,春夏玉米的季节变化略有差异,夏玉米中期的ET值较高,春玉米则是中后期较高,玉米ET的大小主要受到净辐射和温度的作用;(2)在晴天白天,当Rn-G大于200W·m-2时,EF差异较小,能量分配均衡,可供能量的消耗主要用于潜热,其次是感热,冠层阻力对能量分配起着重要的作用;(3)将冠层阻力模型与土壤阻力模型耦合,新建了3个耦合阻力模型:临界冠层阻力模型、气候阻力模型和Jarvis多因子阶乘模型,并利用实测数据进行对比分析,结果表明,Jarvis多因子阶乘模型是最适合本地玉米蒸发蒸腾量估算的冠层阻力模型,其次是临界冠层阻力模型,若测量参数有限,可使用临界冠层阻力模型;将Penman-Monteith估算方法和Shuttleworth-Wallace估算方法进行比较,结果表明,在植被较为密植的情况下,二者估算的差异不明显,但是在植被稀疏的情况下,SW估算方法的精度高于PM估算方法,更接近于实测值。
[硕士论文] 周志强
车辆工程 合肥工业大学 2018(学位年度)
摘要:拖拉机作业时,地面状况复杂,传动系统承受载荷较大。此外,为保证农时,农业作业具有在特定时期内完成大量工作的特点。因此,提高变速器的寿命和工作可靠性,延长变速器无故障工作时间对农业生产有着重要意义。本文以某组合式动力换挡变速器的机械变速模块为研究对象,应用Romax软件建立其模型,并对各零部件进行仿真分析,研究了不同因素对变速器寿命的影响,对零部件设计参数及通用件和标准件选用合理性进行评价,并提出了相应的优化方案。具体研究内容如下:
  (1)基于拖拉机传动系统,对动力换挡变速器的结构和各挡位传动比组成进行分析,并通过Romax软件建立机械变速模块的摸型。
  (2)结合拖拉机在牵引或动力输出作业方式下机械变速模块的功率输入及输出特点,确定了用于仿真分析的载荷谱。
  (3)通过软件仿真与理论计算结果的对比,验证了所建立模型的正确性;基于齿轮、轴承和轴的寿命分析结果,对相关零部件的设计和标准件的选用合理性进行评价。
  (4)研究并分析了部分因素如材料、润滑等对变速器的齿轮、轴承和轴的疲劳寿命的影响,基于具体的分析结果,给出了变速器加工或产品化使用的建议。
  (5)对传动系统进行动力学分析,得到了各挡位齿轮在不同工况下的传动误差以及部分零部件的动态响应,综合静态分析结果,对变速器相关零部件进行优化研究。
[硕士论文] 潘鑫
车辆工程 合肥工业大学 2018(学位年度)
摘要:机械液压双流传动(Hydro-Mechanical Transmission,简称HMT)系统是由分动器将输入功率分为液压与机械方式传动后再实现汇流输出的混合传动系统。HMT系统兼具机械和液压传动优点,并且以液压泵作分动器的内分流HMT系统可以切断动力和功率流传递路径,实现离合器的功能。本文采用两套功率内分流HMT系统并联组成复合式功率内分流机械液压双流传动系统(Combined Hydro-Mechanical Transmission,简称CHMT),目的是利用单套HMT的离合器功能组合形成具有双离合器(Dual Clutch Transmission,简称DCT)性质的机械液压混动系统。该复合系统把使离合器严重磨损的传统双离合器换挡过程转化为对液压元器件损伤较小的压力、流量、排量调节过程。本文以CHMT系统代替某拖拉机变速箱动力换挡部分,对CHMT系统传动特性以及系统换挡过程进行研究,主要工作如下:
  (1)根据容积式泵作分动器的分流原理,设计内分流HMT系统结构,并且详细分析系统中各元件、零部件功能以及其实现过程,通过计算系统中分动器、液压马达的输入、输出与分动器排量、液压马达排量的关系,得到系统的输入与输出的转速、转矩传递关系以及功率传递效率,分析HMT系统工作过程。
  (2)以HMT为基础,设计CHMT结构,分别计算各挡HMT系统的转速比、转矩比、传动效率以及液压功率占比,根据替换的某动力换挡变速箱参数以及发动机参数确定CHMT系统中分动器、马达的压力、排量以及各对齿轮传动比
  (3)提出换挡策略,计算分析该换挡策略在换挡过程中系统输出参数的变化,并且分析使换挡过程系统输出无变化对发动机输出的调节。
  (4)基于simulink平台,建立换挡过程整车数学模型,验证所提出的换挡策略在换挡过程中系统输出的变化。
  (5)设计内分流式CHMT系统实验装置,绘制实验装置装配图,设计实验台架总体布置,简单设计实验内容。
[硕士论文] 夏扩远
车辆工程 合肥工业大学 2018(学位年度)
摘要:变速箱是车辆重要的组成部分,对于重型商用车、大型客车以及农业拖拉机等大功率车辆,一般采用以动力换挡系统为基础的组合式变速箱。采用动力换挡变速箱的优点是操纵轻便、简单、换挡快,能够提高车辆的综合使用性能。本课题的主要内容是基于大马力拖拉机配套用定轴4AT+6MT组合式变速箱,对其换挡过程中换挡品质进行分析研究。具体内容如下:
  (1)对本项目目标车型进行整体介绍,针对目标车型,形成定轴组合式传动系统的总体传动方案;
  (2)基于负载换挡变速器前、中、后箱体内部结构,分析了4D+4R动力换挡模块传递路线;
  (3)对目标车型进行受力分析,建立大马力拖拉机整车动力学模型,把拖拉机换挡过程两对离合器状态分为三种,分别对其进行建模,并提出了两对离合器三个状态相互转移的条件;
  (4)依据拖拉机整车动力学模型,基于Matlab/Simulink进行典型作业机组的建模与仿真分析;
  (5)提出了拖拉机换挡过程中的换挡品质和评价指标,分析了换挡品质的影响因素,提出对发动机进行反馈协调控制的方式以减小换挡过程中的速度损失,最后给出了换挡时间和换挡冲击的关系,在满足一定的换挡时间,以降低拖拉机冲击度为目标,提出了换挡控制策略;
  (6)设计实验台架,给出台架实验内容与步骤。
[博士论文] 汪楚乔
环境科学与工程 东南大学 2017(学位年度)
摘要:本论文针对农作物秸秆在厌氧消化过程中存在难生物降解和产甲烷易受温度影响等问题,在厌氧消化之前对秸秆进行微需氧生物预处理以提高其水解酸化性能,同时利用秸秆与其他废弃物之间的营养互补和协同作用,构建了以难降解秸秆为主要底物的混合底物两相厌氧消化产沼系统。并以此为基础构建了太阳能光热-相变蓄热与混合底物两相厌氧消化耦合的中试系统,实现了厌氧消化产沼系统在冬季的中温发酵。本文主要研究工作和研究结果包括以下内容。
  针对传统物理-化学预处理方法和生物预处理方法带来的副产物问题和菌种成本等问题,开展了以两相厌氧消化中水解酸化液作为接种物的微需氧生物预处理研究。发现氧气负荷的升高能提高微需氧预处理过程对油菜木质纤维素的降解率,但过量的氧会降低预处理后秸秆的水解产酸性能。在氧气负荷为20mL/gVS秸秆/d,接种液中有机酸浓度为4g/L,预处理时间为10d的条件下预处理的油菜秸秆,经过水解产酸发酵,VFAs和sCOD比未处理油菜秸秆分别提高了88.43%和75.50%。通过对预处理过程中秸秆形貌结构、化学基团和晶体结构变化的研究,发现微生物破坏了秸秆中原本规整的结构、降低了秸秆中纤维素结晶度、减少了木质素相关的化学基团。此外,微需氧预处理前后的微生物群落,尤其是与木质素降解密切相关的微生物菌群发生明显变化,在预处理之后细菌菌群中放线菌门(Actinobacteria)的相对丰度提高了84.5倍,真菌菌群中黑曲霉(Aspergillus niger)和橘青霉(Penicillium citrinum)的相对丰度分别提高了4.4倍和1.2倍。
  农村地区除农作物秸秆外还存在的厨余垃圾及禽畜粪便等生物质,可以将它们与秸秆进行混合,利用底物之间的协同作用展开混合底物两相厌氧消化研究。研究结果表明(1)通过对水解酸化过程的研究,发现油菜秸秆与其他两种底物混合后能增加水解酸化阶段产生VFAs的浓度,VFAs中乙酸的含量随着鸭粪比例的增加或厨余垃圾的降低而升高,而丙酸的含量显示出相反的规律。(2)通过对产甲烷过程的研究,发现混合底物两相厌氧消化具有明显的协同促进效应,比单独秸秆的总产甲烷量提高了29.3-183.1%。不同混合底物在两相厌氧消化中产甲烷量的增加,一方面与底物中易生物降解物质的增加和C/N比的降低有关,另一方面源于多种混合底物之间的协同作用。实验还发现易水解的厨余垃圾和高含氮的鸭粪与秸秆混合后进行两相厌氧消化,可以提高秸秆的生物降解率。综合水解酸化特性、产甲烷特性和秸秆的生物降解特性,确定油菜秸秆、厨余垃圾和鸭粪的最适宜混合比例为50∶25∶25。(3)通过对两相厌氧消化中温度对水解酸化特性和产甲烷特性的影响研究,发现在20℃~35℃温度范围内,水解产酸发酵的产VFAs能力会随发酵温度的升高而提高,在35℃时最高产酸量达到9270.1mg/L。同时,实验还发现产甲烷过程对温度较敏感,从35℃降低2℃~5℃均会降低其产甲烷能力,在35℃条件下累计产气量比33℃和30℃时分别增加了31.07%和169.88%,但从产气速率角度考虑,产甲烷反应器可以接受短期内从35℃降低不超过2℃的情况。
  在混合底物两相厌氧消化的基础上构建了太阳能辅热的中温两相厌氧产沼中试系统,利用太阳能集热-相变蓄热(PCTS)系统收集和储存太阳能为两相厌氧消化系统供热,减小太阳辐射波动和低温气候造成的发酵温度波动。实验研究了不同供热方式对两相厌氧反应器在冬季产甲烷效能的影响,发现采用太阳能集热-PCTS系统收集和储存太阳能为两相厌氧消化装置供热,可以减小发酵温度的波动并将其保持在中温范围,两相厌氧消化总产气量达到20.48m3,其底物能量转化率比传统太阳能供热和不供热的两相厌氧消化装置分别增加了1.01倍和5.65倍;采用修正Gompertz模型可以很好地拟合太阳能-PCTS系统供热的两相厌氧消化系统甲烷产率变化情况,预测值与实验值误差为1.49%。
  通过对冬季典型工况条件下各子系统的热力性能和热利用效率的研究,发现太阳能辅热的两相厌氧产沼系统在冬季的热利用效率为42.0%,研究表明,可以通过进一步提高换热盘管传热系数,优化管道和反应器的外部保温层等方式提高系统的热利用效率。采用计算流体动力学(CFD)软件对产甲烷反应器内部温度场分布情况进行数值模拟,模拟结果显示供热温度的升高会提高反应器内部升温速率,但同时也会加剧反应器内部的温度分层,综合考虑温度场分布、换热效率和相变蓄热材料的成本,选取55℃作为太阳能辅热装置的供热温度。增加水力搅拌可以提升反应器内温度场分布的均匀程度,当搅拌速度增大到0.27m/s后,反应器内部最大温度差从2.3℃减小到0.2℃。
[硕士论文] 生萍
机械工程 山东大学 2017(学位年度)
摘要:玉米联合收获机作为收获玉米作物的重要机器设备,替代了人工劳动,对玉米快速、高效地收获起到了关键作用,其性能好坏及环境适应性直接关系到玉米收获的进度和质量,甚至关系到国家粮食安全。随着我国科技的进步,农业机械得到了迅猛发展,国内的企业也更加注重玉米联合收获机的开发研制,其性能和水平得到了极大地提升。特别是随着有限元方法、虚拟数字样机技术和计算机技术的发展和广泛应用,利用虚拟仿真平台进行新产品的设计开发,通过搭建玉米联合收获机的虚拟数字样机,进行交互式培训动画的制作,利用计算机IE平台搭建虚拟培训系统开放给更多受众,能够降本提效;同时,能够利用虚拟系统对人员进行交互式培训,提高了培训效果,节省了培训成本。本文设计了一款自走式玉米联合收获机,利用仿真技术对其关键部件进行仿真分析,验证结构的合理性;利用虚拟数字样机技术和IE平台搭建虚拟培训系统,形成了直观、易用的虚拟仿真学习平台。
  首先,介绍了玉米联合收获机的发展和技术现状,指明了目前玉米联合收获机的结构形式和存在的不足,通过对比分析,得出新型自走式玉米联合收获机能够完全适应黄淮海地区小规模、零散种植等玉米种植的特点。然后,确定新型玉米联合收获机的整机设计方案,优化工艺流程,提出机器主要技术指标。利用机械设计基本原理完成整机设计和割台、拨禾链、摘穗辊、摘穗箱、输粮搅龙等关键部件的设计计算,验证确定了关键参数。对前果穗输送器、剥皮机、还田机、后果穗输送器、底盘系统、控制与传动系统、电气系统、动力传动路线等进行详细设计计算,并对各部件或系统进行了详细的介绍和说明。利用SolidWorks三维设计软件建立了整机三维模型,并利用SolidWorks Simulation专业仿真软件对摘穗辊进行静态和模态分析,验证了结构设计的稳定性和可靠性,能够有效避免强烈振动导致的屈曲和疲劳断裂等破坏的发生。其次,制作了一台实物样机,通过样机进行了田间试验,对整机性能和关键部件的仿真结果进行验证,结果表明机器性能符合设计指标,测试数据与仿真结果能够较好地拟合,说明本文所采用的分析思路和设计方法对于玉米联合收获机的设计开发是有效的。最后,利用虚拟样机技术,借助3DVIA Composer、3DMax、Flash、AE等动画仿真设计软件进行虚拟培训系统的搭建,并通过IE平台上线展示可交互式虚拟培训系统,能够很好的展现玉米联合收获机的基本原理、拆装演示动画、交互式学习等内容,加强实训效果,利于推广普及。
  通过对玉米联合收获机的设计仿真分析,成功完成了新型自走式玉米联合收获机的开发设计,并完成样机制作和生产试验应用,解决了普通玉米联合收获机无法适应黄淮海地区玉米收获的弊端,产生了极大的社会和经济效益。通过对玉米联合收获机虚拟培训系统的搭建,解决了玉米联合收获机操作学习、维修检测困难的问题。这一农业机械领域的积极创新,深化了农业信息化的跨越式发展,对玉米联合收获机的创新进步以及推广应用开辟了一条全新的道路。
[硕士论文] 岳常青
水利工程 黑龙江大学 2017(学位年度)
摘要:新河宫灌区位于松花江下游右岸,黑龙江省桦川县境内。新河宫灌区是黑龙江待建的中型灌区。灌区位于三江平原腹部,土地连片,土壤肥沃,地势平坦,气候适宜,雨、热、光同季,水土资源丰富,农业开发增产潜力很大,是《黑龙江省千亿斤粮食生产能力建设规划》中重点工程之一。
  通过对新河宫灌区取水方案布局的分析,为下一步工程设计提出指导性方向,确定新河宫灌区建设的可行,从而推动新河宫灌区的建设,此为项目的实际意义。总结出寒区平原地表取水方案布局的一般性经验,对未来相似灌区等有一般参考的理论价值。
  新河宫灌区取水布局方案分析,根据交叉处渠沟的特征高程关系对比,本次跨河交叉工程布局分为三个方案。方案一为倒虹吸方案;方案二为渡槽方案;方案三为拦河坝方案。在搜集区域背景资料、行区域水资源供需平衡分析的基础上,从而确定取水布局方案的水源。在水源确定的基础上,对取水口位置进行了方案分析,对灌区的总体布置分别做出分散和集中两个方案。经过对工程区的取水口、地形、工程布置及局部特殊情况进行可行性分析,从工程运行管理和工程经济角度确定更优的方案布局。
  结论:对于寒区平原地带灌区,地势相对平坦,灌区跨河且地表水源位于灌区周边的情况下,取水布局一般集中建站相较于分散建站更优。对于渠道与河道交叉输水时,如环境允许,建溢流堰为较优方案。以上经验是寒区平原地表灌溉跨河灌区总结所得,可以作为相似灌区的参考,方案最终应根据实际情况调整分析确定。
[硕士论文] 王郑
水工结构工程 扬州大学 2017(学位年度)
摘要:进入21世纪后,随着技术的进步和经济的进一步发展,人类对节水、节地、生态、高产优质有了更高的要求,低压管道输水灌溉技术也成了现阶段农业发展的重要措施。要想加快发展速度,管材和配水装置的研究是最重要的两项,目前管材的研制已普遍受到重视,而配水装置的研制却是一个薄弱环节,严重阻碍了该项技术的推广应用,急需提出一种简易、低水头损耗、密封性良好的新型放水阀。
  本文采用计算流体力学软件FLUENT,通过UG构建模型,采用四面体非结构化网格自动划分网格,计算采用气液二相流VOF模型,Standardk-ε紊流模型,以及SIMPLE算法。通过对下压式挡板放水阀中一种过流能力最大的工况建立三维数值模型,利用Flunet软件模拟的几组流量情况,得出计算模型可靠的结论。同时对比了不同流量下相同断面速度、流态、压强的差异,分析了可能的原因。通过对新型低压灌溉球型放水阀建立三维数值模型。利用Fluent模拟分析了在相同的工作水头下,不同转角下放水阀阀内的水流流态,水头损失和过流能力,分析得出球阀的的适宜工作的转角在0°至25°之间。同时模拟了相同过流流量下,球阀全开工况与下压式挡板放水阀全开工况的水头损失、压强的对比,分析得到球型放水阀无论是在工作环境的适应性、密封性能、过流能力还是减少水头损失上都比下压式挡板放水阀更具优势。
  本文研究的结果将用于分析阀体结构内部水流情况,分析阀体内部对水流的阻力,为对进一步优化阀体结构减小水流阻力提供参考和依据。
[硕士论文] 周春阳
农业水土工程 扬州大学 2017(学位年度)
摘要:农业灌溉取水总量是评价灌区农业灌溉水利用水平的重要指标,也是灌区节水改造和用水管理状况的具体体现。通过灌区农业灌溉用水量测算结果分析,可以有效指导农田水利工程规划设计,合理评估农业节水潜力,促进区域水资源优化配置,是执行最严格水资源管理制度中实施“总量控制,定额管理”的主要依据。本论文以上海市金山区为对象,通过三年的具体试验与数据分析,探讨现阶段区域农业灌溉用水量测算的可行途径和方法,为金山区农业用水管理和水资源合理配置提供科学指导。取得如下主要研究成果:
  (1)探讨了不同条件下,区域灌区农业灌溉用水量测算的技术途径和方法;比较了当前依据不同目的要求,采用灌区灌溉水利用系数不同测算方法的优缺点和适用条件,确定样点灌区灌溉水利用系数测算方法;结合金山区小型提水灌区的实际情况,从区域尺度明确了灌区抽样调查原则与方法,选取向化丰产河北、阿林果园等16个典型灌区作为样点灌区,利用“首尾测算法”对样点灌区灌溉水利用系数进行有效测算。
  (2)在有条件的12个样点灌区,安装超声波流量计自动测量灌溉取水过程,无自动流量计安装条件的灌区则采用流速仪测流,对样点灌区每一次灌水过程进行现场取水量测算;在14个种植水稻作物的样点有代表性的典型田块,采用测筒法测定作物需水过程,确定样点灌区净灌水量,为保证测算结果的可靠性,每灌溉季节安排3次以上重复;对于以蔬菜作物(含大棚蔬菜种植方式)为主的样点灌区,由专门布设在灌区里的小型农业自动气象站采集气象信息,采用彭曼—蒙蒂斯(P—M)作物需水量估算模型,结合周边地区蔬菜作物需水量试验成果,测算蔬菜作物样点灌区净灌溉水量,同时作为种植水稻样点灌区净灌水量测算的对比方法,结果表明两种方法测算结果具有较好的同步性,两者相比误差仅为2.6%左右。
  (3)分别采用不同规模样点灌区面积占区域灌溉总面积比重和样点灌区农业灌溉取水占区域总农业灌溉取水的比重两种加权处理的方法,在区域尺度上进行灌溉水利用系数的转换,差异不明显。金山区2014年~2016年三年全区灌溉水利用系数分别为0.731、0.741、0.742,呈逐年提高趋势,输配水过程和田间灌水过程水量的浪费同时得到有效控制与该区高效节水灌溉技术的不断推广应用、高标准农田建设的不断推进、田间用水管理的加强密不可分;研究结果表明,完善田间工程建设与管理是未来挖掘灌区农业灌溉水高效利用潜力所在。
  (4)初步研究结果表明,不同水文年、作物种植结构比例、农田基础设施状况、农业生产管理水平是影响区域农业灌溉用水量的主要影响因素,同样是测算农业灌溉用水定额的重要依据。由此分析得到的金山区农业灌溉用水定额,对该区通过定额强化灌溉用水管理,促进科学用水、优化配置水资源具有重要意义。
[硕士论文] 林茂林
农业水土工程 扬州大学 2017(学位年度)
摘要:扬州沿运灌区位于南水北调东线工程上,以运河水作为灌溉主要水源。灌区用水计划总体上是考虑多年平均情况,但水稻灌溉用水量与降雨蒸发密切相关,具有很大的随机性,年际变化较大,故灌区年用水计划与水稻灌溉用水存在较大的矛盾;水稻年内灌溉用水量变化也很大,由于调水工程的特性,不可能按照水稻实际灌溉用水量进行年内水量分配,故灌区的需水与用水计划之间也存在一些矛盾。灌区里下河地区水位较低,有相当一部分面积在▽2.5m以下,通过江都站抽江水至8.5m再放到2.5m,水资源和电能严重浪费。本文对扬州沿运灌区灌溉用水优化配置相关问题进行研究,为科学调整水源及最大程度优化灌区灌溉用水计划提供参考,以确保南水北调的正常输水及扬州沿运灌区的正常需水。以水稻净灌溉用水量的变化特性以及灌溉面积变化对灌溉用水量的影响为主,主要研究成果如下:
  (1)根据“α值法”计算水稻逐日需水量,利用水稻灌溉定额计算模型计算水稻的灌溉定额,与现状年试验测定数据对比,以单一变量调整模型参数并确定,计算历年水稻灌溉定额,确定干旱年水稻灌溉定额为569.26m3/亩。
  (2)利用spss统计软件分析降雨蒸发年际变化及其与水稻净灌溉用水量的变化特性,确定1966~2016年,扬州沿运灌区不同时段降雨量均呈微弱下降趋势,年蒸发量呈显著下降趋势,水稻净灌溉用水量年际变化呈微弱上升趋势。认为生育期降雨、蒸发是水稻净灌溉用水量的主要影响因子,且降雨与净灌溉用水量呈负相关关系,蒸发与之呈正相关关系,根据二者可有效预测水稻净灌溉用水量年际变化趋势。
  (3)利用不同位置削减相同灌溉面积的水稻灌溉用水量计算模型,分析确定灌溉面积削减位置距离与灌溉用水量呈负相关关系。在此基础上,提出灌区尾部削减灌溉面积的灌溉用水量计算模型,为扬州沿运灌区里下河地区部分灌溉面积进行水源调整提供参考。
  (4)对地面高程在▽2.5m以下的原由江都站抽水供给的灌区尾部灌溉面积进行调整。以干旱年为代表年,利用灌区尾部削减灌溉面积的灌溉用水量计算模型模拟分析水源调整工程实施前后典型干渠范围内灌溉用水量、泵站耗能及抽水费用的变化情况。
[硕士论文] 朱正全
农业水土工程 扬州大学 2017(学位年度)
摘要:本文以内蒙古河套灌区为研究对象,通过野外实地调研,结合相关研究数据和资料,深入了解灌区作物种植结构及其用水过程,分析不同的节水措施在灌区的应用,综合考虑灌区用水效率、经济效益和生态环境效益,基于水量平衡原理建立河套灌区农业灌溉资源型节水潜力的计算模型,定量研究河套灌区在有限水资源条件下的农业节水潜力,从而为灌区节水灌溉规划及管理,灌区水资源高效利用和生态环境改善提供科学依据。本文的主要结论如下:
  (1)作物种植结构直接影响灌区农业用水总量。1990~2014年灌区高耗水的粮食作物种植面积不断减少,低耗水的经济作物种植面积则不断增加,其中种植面积变化幅度较大的作物主要有夏田种植的小麦、秋田种植的玉米和葵花。灌区种植结构已经发生了较大的变化,2010年后农业种植结构基本稳定,未来一定时期内也将保持适度稳定,调整空间有限,因此通过种植结构调整的节水潜力不大。
  (2)在今后一段时期内,河套灌区农业节水宜采取的主要措施与技术有:加大渠道衬砌与改造、采用高效的田间节水灌溉技术、完善秋浇灌水技术、采用高效的农业耕作节水技术、发展井渠结合灌溉技术、制定节水高效的作物灌溉制度和农业管理措施等。
  (3)河套灌区的灌溉水有效利用系数目前还处于较低的水平,具有较大的提升空间。通过对骨干渠道的衬砌防渗,能够大幅减少漏损水量,提高渠系水利用系数,节水效果最为显著;同时,土地整理、喷微灌、免耕覆膜等田间节水措施的节水效果也很明显。
  (4)以作物需水量为基础,考虑有效降水补给、农业灌溉水在输水过程和田间中的损失等因素,建立河套灌区农业灌溉资源型节水潜力估算模型。根据河套灌区现状作物种植结构和实施的节水灌溉措施,估算得到2020年和2030年的农业灌溉资源型节水潜力值(与现状年2014年比较)分别为4.97亿m3和7.16亿m3,即作物灌溉需水量分别为39.82亿m3和37.63亿m3。
[硕士论文] 周萌
农业水土工程 扬州大学 2017(学位年度)
摘要:我国平原河网地区水资源丰富,但农田用水粗放,尤其在稻田排水过程中,污染物排放得不到有效地控制,给当地水生态环境带来了很大的压力。本文从沿运灌区的农业用水管理与控制的角度出发,以减少农田排水达到减少农业非点源污染输出为目的,选用DRAINMOD模型模拟研究了不同灌溉制度条件下的水文过程,氮磷分布规律以及稻田流失量,并分析了小麦最佳经济效益农田排水系统的优化布置,成果可为当地农业生产发展提供理论依据与技术支撑。取得的成果如下:
  (1)水稻生长期间地下水位均较高,排水量较大,且随着灌水的出现呈周期性变化。对DRAINMOD进行参数率定,发现模拟值与实测值吻合较好,说明模型能够较好的预测研究区稻麦轮作农田的排水水文过程;对主要输入参数的敏感性分析发现,在用DRAINMOD模型模拟研究区农田水文过程时应对土壤侧向饱和导水率与排水模数慎重选择。
  (2)运用DRAINMOD模型对常规灌溉、深水灌溉和浅水勤灌三种不同的灌溉模式进行模拟分析,研究发现,后两种灌溉模式不仅能提高作物的产量还有一定的节水减排的效果,且以浅水勤灌表现尤为明显,该模式下灌溉量减少了108mm,削减率达11.8%,排水量减少达到了25.0%,作物产量增加了5.5%,与实测得出的增产532.5kg/hm2一致。因此浅水勤灌是研究区较为科学的水稻灌溉制度选择。
  (3)通过对研究区农事记录以及不同地下水和排水沟的定期取样监测,研究发现:在稻作期间,农田中不同形态的氮含量均较高,且以铵态氮的变化尤为明显,该时间段内浓度达2.67mg/L,在非水稻生长季,该值仅为0.33mg/L;而总磷的含量在整个监测期间均较小;随着埋深的增加,污染物浓度均呈现出减小趋势。
  (4)通过对农田氮磷流失量的研究发现,水稻种植期间,农田中磷的流失整体偏少,主要表现为氮的流失,铵态氮仅在7月份流失的量就占到整个氮素流失总量的38.7%,说明在施肥期后,尤其是尿素的施用后,很大一部分的氮素以铵态氮的形式随着排水从田间流失;浅水勤灌的灌溉方式在氮磷流失上的削减表现也较为明显,硝态氮、铵态氮分别较常规模式削减了21.1%、36.5%,总磷则减少了0.30kg/hm2。合理施用化肥不仅提高水稻产量增加经济收入,还能减少农业水对环境产生的负面效应。
  (5)在研究区现有排水条件下,不能安全满足小麦的排涝除渍要求。以小麦产量最大化的排水系统方案进行的模拟研究发现,排水强度越大小麦的相对产量就越高,小麦相对产量也随地表排水状况的改善而增高,且受涝渍胁迫的影响较大,在排水间距大于20m以后变化则尤为明显。根据模拟结果,在保证作物涝渍产量的同时,综合考虑经济因素,研究区以地表排水良好(Sm=1),排水暗管埋深为1.2m、间距为20m的排水系统设计,可得到最佳经济效益。
[硕士论文] 汪雨
农业水土工程 扬州大学 2017(学位年度)
摘要:本学位论文以河套灌区为研究区域,以灌区灌溉水利用系数为研究对象,采用水量平衡法和首尾测定法对河套灌区现状年(2014年)的灌溉水利用系数进行了计算,初步分析了河套灌区灌溉水利用系数的影响因素,估算了灌区规划年的灌溉水利用系数,根据规划的河套灌区节水改造方案,分析了灌区农业节水措施对河套灌区的农业用水总量的影响,主要研究结果如下:
  (1)采用水量平衡法和首尾测定法计算得到了现状年(2014年)河套灌区一千灌域、解放闸灌域、永济灌域、义长灌域、乌拉特灌域的灌溉水利用系数分别为0.394、0.417、0.456、0.339、0.305,对各灌域的灌溉水利用系数分别进行水量加权和面积加权后,河套灌区灌溉水利用系数分别为0.384和0.382。
  (2)根据《巴彦淖尔市水资源综合规划报告》中的渠道衬砌方案,对河套灌区的总干、分干、支渠进行全部衬砌,对地下水矿化度>3g/L地区的斗、农渠进行衬砌。本文结合上述灌区渠系衬砌方案,估算得到了河套灌区近期规划年(2020年)渠系水利用系数为0.580,远期规划年(2030年)渠系水利用系数为0.644。结合提高灌区规划年田间水利用系数的主要措施分析,估算得到了河套灌区近期规划年(2020年)田间水利用系数为0.840,远期规划年(2030年)田间水利用系数为0.855。
  (3)为达到河套灌区农业用水总量红线目标,即:灌区在近期规划年(2020年)农业用水总量将减少至43亿m3,远期规划年(2030年)农业用水总量将减少至40亿m3。在实施灌区节水改造工程方案的条件下,分析了灌区农业节水措施对农业用水总量的影响,估算得到了灌区在近期和远期规划年灌溉水利用系数必须达到0.487和0.550以上。
[硕士论文] 任冬梅
机械工程 山东大学 2017(学位年度)
摘要:玉米是我国粮、经、饲兼用作物之一,根据农业饲养、种植格局的不断变化,山东省通过不断调整形成了畜牧业发展新结构,构筑了具有较高经济社会效益的、山东特色鲜明的畜牧经济新格局,使玉米秸秆养畜占畜牧业比重由目前的30%提高到了35%,现有的自走式玉米青贮机对我省玉米的分散小地块的种植模式适应性较差,而进口的玉米青贮机价格昂贵,因此研制适应我省种植模式的具有自主知识产权的悬挂式玉米青贮收获机割台,具有重要意义。
  本课题通过对国内外研究现状、产品市场进行调研,确定了课题的研究方向、需要解决的问题,研究方法和技术路线。明确课题总体目标是研究与设计全齿轮传动青饲料收获机。
  通过对整机结构进行研究,研究设计了全齿轮传动系统、切碎揉搓装置、切割输送装置、物料抛送装置、夹持喂入装置、及辅助装置的结构;重点对全齿轮传动系统、切割输送装置、物料抛送装置这三部分确定了创造性的技术方案,进行了创新性研究和设计。
  通过对全齿轮式传动系统进行研究和设计,解决了皮带传动或链传动系统普遍存在的问题,本全齿轮传动系统通过一些列的机构设计,实现了既可对喂入辊转动速度进行调节,实现了物料切断长度的可调;又可控制喂入辊反转,无需停机就能解决物料堵塞问题。
  通过对切碎揉搓装置进行研究和设计、计算在不同数量切碎动刀及不同喂入速度情况下的青贮玉米理论切段长度,实现了青贮玉米茎节及籽粒破损的研究目的。
  通过对物料抛送装置进行结构设计和液压系统的计算选配,液压马达驱动的现抛送角度300°范围内可调。
  通过田间作业试验验证,样机达到了如下主要技术指标:(1)配套动力(k W):≥73.5(2)割台结构型式:不对行立式滚筒式(3)割台升降范围(mm):539(4)工作幅宽(mm):2200(5)抛送高度(mm):4200(6)抛送筒回转角度(°):300(7)切碎机构主轴转速(r/min):1000(8)作业速度(km/h):<8
  课题实施过程中进行了大量实地收获试验,针对发现的问题情况又进行了优化,小批投放市场后,得到了玉米青贮收获用户的好评。
[博士论文] 赵秀艳
农业电气化与自动化 山东农业大学 2017(学位年度)
摘要:目前,我国农业机械装备产品多以跟踪和仿造国外产品为主,核心技术自主知识产权水平较低。农机产品的设计多采用传统的设计方法,产品开发周期长、重复性设计多、设计资源难以重用,在产品型号、标准化程度和产品质量上与国外农机发展强国存在较大差距。因此,在农机装备设计领域通过数字化设计技术改造传统农业机械设计手段,对于提高我国农业装备的设计水平,提升农业装备制造企业在国际上的竞争力具有重要的意义。本文针对我国农机专业底盘数字化设计过程中精细化和智能化设计重用的需求,提出面向设计重用的农机专业底盘数字化设计方法研究,从农机专业底盘零部件实例推理、整体相似性评价、局部结构检索重用和参数化设计等方面展开系统研究。
  论文的主要研究工作包含以下几个方面:
  (1)基于多属性决策的底盘零部件实例推理方法。针对农机专业底盘参数属性多、参数类型差异大、属性不能无条件补偿等特点,传统实例推理中以属性加权评价为主的最近邻算法已不能满足实际需求,提出将级别高于关系的 ELECTRE多属性决策方法应用到农机专业底盘的实例推理中,首先对农机底盘实例数据进行预处理,然后采用层次分析法确定属性权重,通过实验调整各属性不和谐性阈值后进行级别高于关系的构造和挖掘,最终实现目标实例与数据库中实例的相似性评价,并以履带式联合收获机底盘实例进行验证。
  (2)基于视觉特征的底盘模型整体相似性评价方法。首先对底盘模型库中各模型进行投影,获取三视图并对视图进行二值化、稀释化处理;提取图像的轮廓边缘像素数据点,采用傅里叶描述子对轮廓特征进行计算,得到图像边缘描述子的特征向量;利用极半径不变矩对二值化图像进行整体区域特征提取,依据三视图的权重计算图像加权值;最后通过距离相似度返回数据库中与输入图像相似的三维模型。实验结果表明算法检索性能效果较好,能够满足实际要求。
  (3)基于局部结构检索的底盘零件设计重用方法。首先以设计特征作为设计语义信息的基础载体,对底盘零件三维CAD模型进行结构化表征,并用特征属性邻接图来表示;然后设计能够捕捉不同层次信息的特征描述子,构建融合语义的特征相似性评价模型;最后采用子图同构算法计算查询局部结构与模型库中零件的特征属性邻接图的特征匹配对,以此计算相匹配局部结构的相似度。实验结果表明,该方法能够较好地实现融合语义的底盘零件三维模型局部结构检索,可以有效地支持面向农机设计领域的三维模型设计信息的重用。
  (4)基于Pro/Engineer二次开发的底盘关键零部件参数化设计方法。从海量数据库中提取到的模型往往与设计目标存在一定差距,如何对其进行修改并符合特定要求同样是可重用设计中相当重要的环节。首先对部分关键零部件的参数推理机制进行研究,规范设计步骤,形成参数推理机制;然后基于Pro/Engineer二次开发,利用Pro/Toolkit提供的函数和VS2008编辑向导对参数化系统的菜单和参数化设计界面进行创建;最后根据内外部参数的关联为零件模型添加尺寸驱动,并通过编码的方式实现模型的输入、输出以及重建,建立农机专业底盘参数化设计系统,从而提高底盘设计效率,缩短设计周期。
  基于以上研究成果,实现了一个农机专业底盘数字化设计重用原型系统,给出了系统的功能结构、体系结构,并进行了典型示例验证,表明了本文提出的理论、方法及算法的可行性和有效性。
[硕士论文] 王建伟
水利工程 河北工程大学 2017(学位年度)
摘要:在新时期治水思路下,水资源的利用和管理不仅要满足生产生活需求,同时也要满足生态环境修复和改善的最低红线。这也是实现我国绿色可持续发展的必然选择。目前,我国生产生活用水和生态环境用水矛盾突出,尤其是在干旱缺水的西北地区。西北地区干旱少雨、生态环境脆弱,加剧了生产生活与生态环境用水的矛盾,这是困扰干旱缺水地区的一个重大难题。
  本研究主要内容包括:⑴基于“引沟济渠”模式的农田分区水资源配置:因石嘴山生产生活用水与生态环境用水矛盾突出,制约该区域的可持续发展。经现状分析发现,农业是最大的用水户,且具有很大的节水潜力。因此,本文将农业节水作为解决当前用水矛盾的突破口,并进行了论证研究。本文以“自然—社会”二元水循环为理论基础,深入研究石嘴山灌区农田水循环,结合现有灌溉系统格局,提出将灌溉渠水和农田排水掺混作为农田灌溉的方案,即“引沟济渠”模式。该模式的提出,一方面增加农田灌溉用水的同时还能节约一部分水用于生态环境用水,另一方面缓解农田排水污染问题,农田排水含有一些农作物生长所需营养物质,同时,农田土壤还能对农田排水进行过滤和净化。为验证“引沟济渠”模式的可行性,本文选取惠农渠和唐徕渠,进行案例分析和论证。⑵基于水系连通的水资源空间配置:基于上一步的研究工作和基础,依托石嘴山现有湖库湿地工程,进行水系连通方案设置。结合农田灌溉制度,以增加各连通要素的水动力条件为目标,进行月尺度的分段水量配置及路线设计。实现石嘴山西部山前的湖库湿地连通与山前生态廊道的建设。
[硕士论文] 高鹏
机械工程 山东农业大学 2017(学位年度)
摘要:我国第十三个五年规划再次聚焦三农,农业现代化需要进一步全面推进,水稻种植机械化、自动化要求逐渐提高。山东的水稻种植面积有限,水稻在河、湖、涝地区域种植较多,山东的水稻区域主要有,济宁靠近湖泊的水稻种植区、临沂的水库灌溉区和黄河流域水稻区,两季种植较多。窄行距水稻种植在农艺方面提出了光照通风的新要求,因此设计了新型窄行变株距插秧机分插机构。
  本文主要内容如下:
  (1)通过介绍国内外水稻插秧机分插机构的原理,总结了国内研究成果,分析了不足之处;结合山东水稻种植情况,提出了窄行变株距的新型作业模式,设计了新型的分插机构。
  (2)通过采用行星架原理,在分插机构的动力输入端设计了变速装置,实现旋转箱的非匀速转动,加上行星架共同作用,实现并且优化了变株距的插秧轨迹。
  (3)通过SolidWorks完成了变速箱、旋转箱、栽植机构内部零件的建模、整体装配和干涉检查。运用SolidWorks Motion插件分析了分插机构“腰子型”的相对轨迹和插秧时的绝对轨迹,验证了变株距作业时分插机构秧针的线性速度、加速度的合理性。
  (4)借助ANSYS Workbench有限元分析软件,对重要的零部件进行了静态分析和模态分析,保证了零件的强度要求,同时避免发生共振。
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