生物质颗粒燃料炊事炉具的改进设计及性能对比试验研究
这是一篇关于生物质颗粒燃料,炊事炉具,改进设计,性能对比,试验研究的论文, 主要内容为生物质是一种清洁的可再生能源,具有总量大、来源广、污染小等优点,越来越受到人们的青睐。由于生物质具有挥发分高、灰分低、S含量低、氧含量高等特点,燃料的挥发分含量越高,则点火越容易,燃烧性能越好,而生物质颗粒燃料的挥发分含量高达60%～70%,远高于煤,故其点火性能和燃烧性能均优于煤,碳含量为35%～42%,远低于煤;这使得其燃烧过程与煤的燃烧过程有很大差别。然而,生物质锅炉是将生物质作为燃料进行燃烧,使用方式与燃煤灶相近,却比燃煤灶具干净、比燃气灶具安全,这便导致生物质颗粒燃料燃烧炉的结构设计也和煤燃烧炉有很大区别。随着生物质颗粒燃料的开发和应用的研究进一步深入,生物质颗粒燃料燃烧炉在工业和采暖上的应用越来越广泛。随着我国资源与环境问题日益严峻,生物质作为可再生的清洁能源得到推广。虽然,国内外针对生物质颗粒燃料燃烧炉的研究取得一定的进展,但是在农村地区户用生物质颗粒燃料炊事炉具的研发还比较滞后。我国农村地区长期以来能源消费以煤炭、薪柴为主,优质能源石油、天然气供应不足,再加上农村现用炊事炉具热效率低、排放不符合要求等原因,导致农村能源短缺、能源浪费大、空气污染严重、森林砍伐严重等问题。同时,我国是农业大国,农业生产使得农村地区有丰富的农业秸秆资源,农业秸秆是生物质的重要组成部分,农业秸秆数量大,种类多、分布广,是农村方便的替代能源。将农业秸秆废物利用,在农村地区发展生物质颗粒燃料,可以在一定程度上解决农村生活用能问题。因此,设计并开发出适合农村地区的民用生物质颗粒燃料炊事炉具。本文通过对生物质成型燃料的燃烧特性的深入学习,在此基础上提出生物质颗粒燃料炉具设计特点。深入了解第一代生物质成型燃料炊事炉具设计参数及结构特征,并按标准对第一代炉具进行热性能测试和烟气排放性能测试试验,分析试验数据,试验数据表明:一代生物质颗粒燃料炊事炉具的热效率为30.7%,炉膛内最高温度为709℃,烟囱出口烟气最高温度为286℃,烟气成分中O2、CO的浓度范围分别为9.8%～17.4%、23～886mg/m3,满足民用炊事炉具性能要求。在试验过程中对一代炉具的主要设计缺陷进行总结。通过查阅资料以及相关参考文献,针对第一代炉具的主要设计缺陷,对第一代生物质颗粒燃料炊事炉具炉膛、二次进风系统、烟囱、水套以及进料口等部位进行改进设计。主要改进为:将炉口位置下调8cm、水套容积由原来的6L增大至9L以及二次进风口位置下调10cm,并且增加了进料系统,以此来提高炉具的性能。对改进后的生物质颗粒燃料炊事炉具进行性能测试,试验结果表明:炉具的热效率为38.1%,炉膛内最高温度为696℃,烟囱出口烟气最高温度为276℃,烟气成分中O2、CO的浓度范围分别为9.7%～17.5%、0～645mg/m3。其中,热效率较改进前提高了7.4%、烟气中CO浓度范围降低了241mg/m3,排放浓度均符合国家标准。本设计为改善农村能源消费结构提供了参考价值,对保护农村生态环境具有积极地意义,为农村民用生物质颗粒燃料炊事炉具的设计提供理论依据。
生物质颗粒燃料炊事炉具的改进设计及性能对比试验研究
这是一篇关于生物质颗粒燃料,炊事炉具,改进设计,性能对比,试验研究的论文, 主要内容为生物质是一种清洁的可再生能源,具有总量大、来源广、污染小等优点,越来越受到人们的青睐。由于生物质具有挥发分高、灰分低、S含量低、氧含量高等特点,燃料的挥发分含量越高,则点火越容易,燃烧性能越好,而生物质颗粒燃料的挥发分含量高达60%～70%,远高于煤,故其点火性能和燃烧性能均优于煤,碳含量为35%～42%,远低于煤;这使得其燃烧过程与煤的燃烧过程有很大差别。然而,生物质锅炉是将生物质作为燃料进行燃烧,使用方式与燃煤灶相近,却比燃煤灶具干净、比燃气灶具安全,这便导致生物质颗粒燃料燃烧炉的结构设计也和煤燃烧炉有很大区别。随着生物质颗粒燃料的开发和应用的研究进一步深入,生物质颗粒燃料燃烧炉在工业和采暖上的应用越来越广泛。随着我国资源与环境问题日益严峻,生物质作为可再生的清洁能源得到推广。虽然,国内外针对生物质颗粒燃料燃烧炉的研究取得一定的进展,但是在农村地区户用生物质颗粒燃料炊事炉具的研发还比较滞后。我国农村地区长期以来能源消费以煤炭、薪柴为主,优质能源石油、天然气供应不足,再加上农村现用炊事炉具热效率低、排放不符合要求等原因,导致农村能源短缺、能源浪费大、空气污染严重、森林砍伐严重等问题。同时,我国是农业大国,农业生产使得农村地区有丰富的农业秸秆资源,农业秸秆是生物质的重要组成部分,农业秸秆数量大,种类多、分布广,是农村方便的替代能源。将农业秸秆废物利用,在农村地区发展生物质颗粒燃料,可以在一定程度上解决农村生活用能问题。因此,设计并开发出适合农村地区的民用生物质颗粒燃料炊事炉具。本文通过对生物质成型燃料的燃烧特性的深入学习,在此基础上提出生物质颗粒燃料炉具设计特点。深入了解第一代生物质成型燃料炊事炉具设计参数及结构特征,并按标准对第一代炉具进行热性能测试和烟气排放性能测试试验,分析试验数据,试验数据表明:一代生物质颗粒燃料炊事炉具的热效率为30.7%,炉膛内最高温度为709℃,烟囱出口烟气最高温度为286℃,烟气成分中O2、CO的浓度范围分别为9.8%～17.4%、23～886mg/m3,满足民用炊事炉具性能要求。在试验过程中对一代炉具的主要设计缺陷进行总结。通过查阅资料以及相关参考文献,针对第一代炉具的主要设计缺陷,对第一代生物质颗粒燃料炊事炉具炉膛、二次进风系统、烟囱、水套以及进料口等部位进行改进设计。主要改进为:将炉口位置下调8cm、水套容积由原来的6L增大至9L以及二次进风口位置下调10cm,并且增加了进料系统,以此来提高炉具的性能。对改进后的生物质颗粒燃料炊事炉具进行性能测试,试验结果表明:炉具的热效率为38.1%,炉膛内最高温度为696℃,烟囱出口烟气最高温度为276℃,烟气成分中O2、CO的浓度范围分别为9.7%～17.5%、0～645mg/m3。其中,热效率较改进前提高了7.4%、烟气中CO浓度范围降低了241mg/m3,排放浓度均符合国家标准。本设计为改善农村能源消费结构提供了参考价值,对保护农村生态环境具有积极地意义,为农村民用生物质颗粒燃料炊事炉具的设计提供理论依据。
液肥靶向深施装置设计与试验研究
这是一篇关于液肥精准深施,高效回土液肥开沟器,靶向喷肥系统,EDEM仿真,试验研究的论文, 主要内容为液肥靶向深施是一项将肥料精准施于作物根系附近的施肥技术,可有效提升液肥利用率、减少液肥施用量、提高作物产量、避免液肥挥发污染环境,对我国农业绿色、高效、可持续发展具有重要意义。目前,液肥深施机具以穴深施和条深施作业方式为主,鲜有实现液肥靶向深施功能,现有机具存在施肥位置不准确和肥料浪费等问题。本文结合液肥应用现状,针对液肥深施机具存在的问题,以实现液肥靶向精准深施为目标,采用理论分析、机械设计、自动控制技术、虚拟仿真分析和试验研究等方法和手段,开展液肥靶向深施装置研究。主要研究内容如下:(1)高效回土液肥开沟器原理分析与结构设计针对中耕时期田间土壤特点,依据液肥开沟器应具有的低扰动、高回土性能,基于滑切原理和楔形面结构特点,创新设计一种高效回土液肥开沟器。明晰开沟器扰土行为,解析开沟器回土原理,构建开沟器-土壤颗粒间力学和运动学模型,确定影响高效回土液肥开沟器作业性能的主要结构参数。(2)靶向喷肥系统原理分析与设计以实现液肥精准喷施为目标,依据中耕时期玉米茎部特征及施肥农艺要求,解析靶向喷肥作业原理,分析系统作业过程,提出系统总体设计方案。基于模块化思路配置单片机主控、光电传感器、测速模块、继电器模块和电磁阀,设计靶向喷肥系统硬件电路。基于模块化编程思想,在Keil＿μVision5软件开发环境下,应用C语言构建靶向喷肥系统主程序、靶标探测子程序和液肥喷施子程序,实现系统各模块间高效通信以及传感器数据采集处理。靶向喷肥系统作业时,以光电传感器探测玉米植株个体为触发信号,单片机结合作业速度和预先存储的作业信息控制电磁阀启闭,实现液肥靶向喷施。(3)高效回土液肥开沟器数值模拟性能优化试验为确定开沟器最优结构参数组合,基于EDEM软件构建高效回土液肥开沟器-土壤虚拟仿真模型并开展仿真试验,探究高效回土液肥开沟器作业机理,建立减扰增回动力学模型。以终止滑切角和开度为试验因素,土壤扰动率和回土深度为试验指标,采用正交旋转试验开展高效回土液肥开沟器数值模拟性能优化试验。试验结果表明,影响开沟器作业性能的主要结构参数为终止滑切角θ2和开度l,取值分别为43.27°和37.52 mm时,开沟器性能最优,土壤扰动率和回土深度分别为50.23%和50.9 mm。根据所优化的结果进行虚拟仿真验证,土壤扰动率和回土深度分别为51.81%和52.6 mm,与优化结果基本一致。(4)高效回土液肥开沟器土槽试验研究为验证数值模拟性能优化试验准确性,检验高效回土液肥开沟器结构合理性,确定开沟器最优作业速度范围,开展高效回土液肥开沟器土槽试验研究。土槽验证试验在开沟深度80mm、作业速度1.0 m/s,土壤含水率16%±1%条件下进行,试验结果表明,高效回土液肥开沟器扰土行为、受力规律和沟型轮廓与虚拟仿真基本一致,土槽验证试验与虚拟仿真中力值和沟形轮廓参数相对误差较小,仿真模型准确,优化结果可靠,高效回土液肥开沟器结构设计合理。土槽性能试验以作业速度为试验因素,探究作业速度对高效回土液肥开沟器扰土行为和回土性能影响规律,确定最优作业速度范围,试验结果表明,在0.4～1.0 m/s作业速度范围内时,开沟器扰土行为较弱,回土性能较优,回土深度最小值和最大值分别为52.1 mm和55.8 mm,均达到高效回土液肥开沟器规定设计要求。(5)液肥靶向深施装置田间性能试验研究综合前期研究成果,配置液肥靶向深施装置,开展装置喷肥性能试验和作业性能试验。装置喷肥性能试验以液肥泵压力为试验因素,喷肥量为试验指标,探究液肥泵压力对喷肥量影响规律,确定装置作业时达到农艺要求喷肥量下的液肥泵压力范围为不小于0.6 MPa。装置作业性能试验以作业速度为试验因素、回土深度和对靶率为试验指标,考察装置田间作业性能,试验结果表明,液肥靶向深施装置平均回土深度52.8 mm,平均对靶率84.03%,液肥覆埋效果较好,系统运行稳定,装置综合作业性能较优,各项指标满足中耕时期液肥深施农艺要求。
人工智能气候舱的研制及试验研究
这是一篇关于人工智能气候舱,总体设计,作物表型监测系统,小麦表型特征获取,试验研究的论文, 主要内容为作物表型组学主要用于研究作物生长环境与其基因型间的互作机理,其涵盖了作物生长、发育、耐性、抗性、生理、结构、产量等,对于培育出优良的作物品种、提高粮食安全具有重大意义。传统的人工气候室是进行作物品种培育的关键场所,然而其功能多侧重于环境控制、一般不具备作物表型获取的功能,且不易移动。当前,国内外适用于室内、室外的作物表型获取平台的种类繁多,但大多设备建造成本高,使用时受到地域限制,且后期设备维护费用高,欠缺综合环境条件控制、图像采集及表型获取的多功能表型监测设备,难以满足当前作物表型研究的实际需求,获取生物或非生物因素对作物产量影响的相关表型数据。基于以上分析,本文设计研制了可实现作物培育环境调控、其生育期内表型性状监测功能的可移动的作物表型智能监测装备:人工智能气候舱,开发了具有作物图像采集、特征提取功能的作物表型监测系统,在已有表型平台的基础上,整合多种设备的功能特性,以确保能够在多种环境条件下,适用于田间作物的多个表型参数测量,主要研究内容如下:(1)基于实际需求,设计了人工智能气候舱的整体方案,采用集装箱式的结构设计,划分了环境控制与数据分析区、作物栽培与表型获取区及环境设备区三大功能分区,阐述了其各自的结构布局及功能特点,完成了人工智能气候舱内部硬件系统的搭建,主要包括环境控制、高精度机械传动等的硬件系统设计和关键设备选型,研制了人工智能气候舱,制定了整体运行流程。(2)基于人工智能气候舱,开发了具有成像传感器驱动控制、人机交互功能的作物表型监测软件系统,其包含了硬件模块搭建和软件体系的设计,其中,硬件部分就成像传感器及数据接口等关键设备进行选型,软件体系则基于Visual Studio2017开发平台和C#等编程语言完成了相机驱动程序和软件操作界面的设计开发,通过软件界面控制成像传感器采集作物图像信息,通过图像处理提取图像中作物的表型特征值,并进行参数输出。(3)基于作物表型监测系统采集的小麦冠层的RGB、深度及红外热图像,借助MATLAB图像处理工具采用了不同的图像处理方式:对RGB图像进行图像预处理、图像分割和特征提取后,提取了小麦冠层绿色指数和叶面积等参数;将深度图像与彩色图像配准后,基于深度图像提取了小麦叶片中心像素点及土壤基质的深度值,计算得到小麦株高参数;对小麦冠层的红外图像经灰度变换,分割得到小麦冠层区域,提取了区域中像素点个数及对应的灰度值,构建了小麦冠层区域的温度场,继而提取了小麦冠层温度。(4)开展了人工智能气候舱内的小麦栽培试验,进行了小麦生长期的冠层图像采集和特征参数提取,对比分析了作物表型监测系统获取的特征测量值和人工测量值,研究了不同浓度的氮肥施用量对小麦生长期冠层表型特征的影响,结果表明小麦表型特征的系统测量值与人工测量值的相关性极高,基于人工智能智能气候舱的作物表型监测系统对于生育期中的小麦具有不错的测量效果,验证了人工智能气候舱用于研究小麦表型特征的可行性与适用性。
液肥靶向深施装置设计与试验研究
这是一篇关于液肥精准深施,高效回土液肥开沟器,靶向喷肥系统,EDEM仿真,试验研究的论文, 主要内容为液肥靶向深施是一项将肥料精准施于作物根系附近的施肥技术,可有效提升液肥利用率、减少液肥施用量、提高作物产量、避免液肥挥发污染环境,对我国农业绿色、高效、可持续发展具有重要意义。目前,液肥深施机具以穴深施和条深施作业方式为主,鲜有实现液肥靶向深施功能,现有机具存在施肥位置不准确和肥料浪费等问题。本文结合液肥应用现状,针对液肥深施机具存在的问题,以实现液肥靶向精准深施为目标,采用理论分析、机械设计、自动控制技术、虚拟仿真分析和试验研究等方法和手段,开展液肥靶向深施装置研究。主要研究内容如下:(1)高效回土液肥开沟器原理分析与结构设计针对中耕时期田间土壤特点,依据液肥开沟器应具有的低扰动、高回土性能,基于滑切原理和楔形面结构特点,创新设计一种高效回土液肥开沟器。明晰开沟器扰土行为,解析开沟器回土原理,构建开沟器-土壤颗粒间力学和运动学模型,确定影响高效回土液肥开沟器作业性能的主要结构参数。(2)靶向喷肥系统原理分析与设计以实现液肥精准喷施为目标,依据中耕时期玉米茎部特征及施肥农艺要求,解析靶向喷肥作业原理,分析系统作业过程,提出系统总体设计方案。基于模块化思路配置单片机主控、光电传感器、测速模块、继电器模块和电磁阀,设计靶向喷肥系统硬件电路。基于模块化编程思想,在Keil＿μVision5软件开发环境下,应用C语言构建靶向喷肥系统主程序、靶标探测子程序和液肥喷施子程序,实现系统各模块间高效通信以及传感器数据采集处理。靶向喷肥系统作业时,以光电传感器探测玉米植株个体为触发信号,单片机结合作业速度和预先存储的作业信息控制电磁阀启闭,实现液肥靶向喷施。(3)高效回土液肥开沟器数值模拟性能优化试验为确定开沟器最优结构参数组合,基于EDEM软件构建高效回土液肥开沟器-土壤虚拟仿真模型并开展仿真试验,探究高效回土液肥开沟器作业机理,建立减扰增回动力学模型。以终止滑切角和开度为试验因素,土壤扰动率和回土深度为试验指标,采用正交旋转试验开展高效回土液肥开沟器数值模拟性能优化试验。试验结果表明,影响开沟器作业性能的主要结构参数为终止滑切角θ2和开度l,取值分别为43.27°和37.52 mm时,开沟器性能最优,土壤扰动率和回土深度分别为50.23%和50.9 mm。根据所优化的结果进行虚拟仿真验证,土壤扰动率和回土深度分别为51.81%和52.6 mm,与优化结果基本一致。(4)高效回土液肥开沟器土槽试验研究为验证数值模拟性能优化试验准确性,检验高效回土液肥开沟器结构合理性,确定开沟器最优作业速度范围,开展高效回土液肥开沟器土槽试验研究。土槽验证试验在开沟深度80mm、作业速度1.0 m/s,土壤含水率16%±1%条件下进行,试验结果表明,高效回土液肥开沟器扰土行为、受力规律和沟型轮廓与虚拟仿真基本一致,土槽验证试验与虚拟仿真中力值和沟形轮廓参数相对误差较小,仿真模型准确,优化结果可靠,高效回土液肥开沟器结构设计合理。土槽性能试验以作业速度为试验因素,探究作业速度对高效回土液肥开沟器扰土行为和回土性能影响规律,确定最优作业速度范围,试验结果表明,在0.4～1.0 m/s作业速度范围内时,开沟器扰土行为较弱,回土性能较优,回土深度最小值和最大值分别为52.1 mm和55.8 mm,均达到高效回土液肥开沟器规定设计要求。(5)液肥靶向深施装置田间性能试验研究综合前期研究成果,配置液肥靶向深施装置,开展装置喷肥性能试验和作业性能试验。装置喷肥性能试验以液肥泵压力为试验因素,喷肥量为试验指标,探究液肥泵压力对喷肥量影响规律,确定装置作业时达到农艺要求喷肥量下的液肥泵压力范围为不小于0.6 MPa。装置作业性能试验以作业速度为试验因素、回土深度和对靶率为试验指标,考察装置田间作业性能,试验结果表明,液肥靶向深施装置平均回土深度52.8 mm,平均对靶率84.03%,液肥覆埋效果较好,系统运行稳定,装置综合作业性能较优,各项指标满足中耕时期液肥深施农艺要求。
中央分隔带SAm级活动护栏防撞能力分析与开发研究
这是一篇关于高速公路,活动护栏,安全性能,试验研究的论文, 主要内容为近年来,发生在高速公路中央分隔带开口处的重大事故屡见不鲜。中央分隔带活动护栏除了具有移动性能外,还必须具备良好的防撞能力,否则一旦车辆穿越将引发严重的二次事故。我国许多省市的新建高速公路中央分隔带标准段护栏采用SSm级混凝土护栏,2017年新规范规定,中央分隔带活动护栏最多可低于相邻路段2个防护等级,因此活动护栏的防护等级应达到SAm级。而我国常用的活动护栏大多为Am级,难以满足新建高速公路对活动护栏防护等级的要求。本文针对常规活动护栏防撞能力较差和防护等级较低的问题,提出了一种新型的SAm级混凝土活动护栏。为了保证混凝土活动护栏的移动能力,本文使用了一种安装在护栏内部的移动装置,通过护栏主体的升降和安装在护栏底部的脚轮使护栏达到灵活移动的目的;为了保证混凝土活动护栏的防撞能力,本文提出了一种新型混凝土护栏连接方式,通过在护栏两端预埋连接板并内插立柱的形式使护栏与地面进行合理的约束。本文设计的活动护栏依靠护栏两端的连接装置与地面进行约束,与常规混凝土护栏的主体嵌固约束方式明显不同,因此本文以纵向钢筋为受力主筋对护栏的受力和配筋进行了专门的计算和分析。利用有限元仿真软件Hypermesh和LS-DYNA对碰撞过程进行仿真,在Hypermesh上对护栏模型进行合理的网格划分和约束设置,并根据车辆模型建立标准对车模型参数进行调整,然后通过LS-DYNA对车辆与护栏的碰撞过程进行仿真。仿真结果显示,护栏能够对碰撞车辆进行有效的阻挡及合理的导向,护栏碰撞后的车辆速度,车辆重心加速度、护栏最大变形量均满足高速公路护栏安全性能评价标准的要求。最后本文对SAm级混凝土活动护栏进行了实车足尺碰撞试验,根据三种车型的碰撞结果分别在缓冲、阻挡和导向功能上对护栏进行了安全性能评价,试验结果表明,在缓冲功能上,小型车辆与护栏碰撞过程中乘员碰撞速度小于12 m/s,乘员碰撞后加速度小于200 m/s2;在阻挡和导向功能上,三种车型与护栏碰撞过程中均未发生翻车和穿越护栏的情况,碰撞完成后护栏最大位移未超出中央分隔带宽度范围且车辆未出现严重的损坏。因此,本文设计的混凝土活动护栏满足SAm级护栏安全性能评价标准。
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