科研产出
基于变环量方法的农用轴流风机设计及性能优化
《农业工程学报 》 2024 EI 北大核心 CSCD
摘要：随着农业设施养殖空气过滤装置使用的普及，对高压农用轴流风机的需求也随之提升。为了提高农用轴流风机的气动性能并扩大工作压力范围，利用变环量设计理论，通过风洞试验和数值模拟，对风机叶片进行了重新设计。旨在改变现有叶片轮毂处结构形式，改善农用轴流风机内部流态，达到提升农业轴流风机气动性能和扩大稳定运行范围的目的。该研究以0.91 m农用轴流风机尺寸及目标风量为设计参数，利用变环量方法设计了一款叶片。通过单因素和响应面分析方法，研究了轮毂直径d、安装角α和叶片数n结构参数对风机性能和流场的影响。最佳工艺参数为d=260 mm,α=-0.369°，n=4片。数值模拟结果表明，优化后的轴流风机性能优于设计轴流风机，扩大了高压区稳定运行范围。样机试验测试表明，在高压（120 Pa）下，优化风机相较于原型轴流风机的风量提高了163%（达到18 710.99m3/h），能效比提高了18.9%(达到1.94 m3/（h·W）)。该研究证明了变环量在农用轴流风机设计中的可行性，结构参数的优化可进一步降低风机的内部涡流。优化后的轴流风机减少了内部流场的二次流，提高了叶片的做功能力，改善了风机的气动性能，确保轴流风机在农业应用中能够更高效地实现空气流通与调控。
关键词： 农用机械 农用轴流风机 数值模拟 试验 气动性能 变环量方法
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液相色谱-质谱非靶向代谢组学分析3种不同生产原料波杂发酵饮品的代谢差异
《食品科学 》 2024 EI 北大核心 CSCD
摘要：利用超高效液相色谱-串联飞行时间质谱对3种不同生产原料的波杂发酵饮品进行非靶向代谢组学研究。采用主成分分析、偏最小二乘判别分析等多元统计分析方法，筛选出差异代谢物，并对差异代谢物及其通路富集情况进行研究。结果表明，3种不同生产原料的波杂样品组间代谢物均存在明显差异。非遗波杂（G1）、传统塔尔米波杂（G2）和传统玉米波杂（G3）组间筛选的显著差异代谢物分别是109(G1 vs G2)、124种（G1 vs G3）和114种（G3 vs G2）。这些差异代谢物主要体现在脂质和类脂分子、有机酸及其衍生物、有机杂环类化合物、苯丙烷类和聚酮类化合物等，差异可能是由原料的不同所引起。京都基因与基因组百科全书代谢通路富集分析显示，这些差异代谢物主要参与了多种植物次生代谢产物的生物合成、苯丙烷类化合物的生物合成、黄酮类物质的生物合成及其降解等代谢通路。本研究探索了3种不同生产原料的波杂发酵饮品的差异代谢物及代谢通路，以期更好地为波杂发酵饮品综合开发利用提供科学理论依据。
关键词： 波杂 液相色谱-质谱法 非靶向代谢组学 代谢物 代谢通路
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基于低场核磁的西梅干燥过程水分迁移规律
《农业工程学报 》 2024 EI 北大核心 CSCD
摘要：为探究西梅在干燥过程中水分迁移情况以及在不同温度（50、65、80℃）和风速（1、2、3 m/s）下的干燥特性，该研究基于毕渥数建立了西梅干燥动力学模型，运用低场核磁共振技术分析了干燥过程中不同干燥质量的西梅个体内部水分的分布状态和迁移规律。结果表明：在西梅热泵干燥过程中，水分扩散先为外部扩散控制，随后为内部扩散控制。基于毕渥数的Bi-G模型可以较为准确的描述西梅干燥过程。西梅的干制时长受干燥温度和风速影响，半干时间为3.61～34.47 h，水分有效扩散系数为0.32×10-8～5.72×10-8 m2/s。其中，温度的影响较为明显，升高温度能够显著缩短干燥时长，加速西梅内部自由水、半结合水、结合水的扩散与相互转换。在干燥过程中，一方面水分由西梅表皮向外界空气蒸发扩散，另一方面升温干燥使得西梅内部水分传递势发生变化，水分遵循传递势差异向西梅内部扩散达到新的平衡。核磁共振成像图显示，西梅鲜果内部水分分布不均，在干燥质量为60%时内部水分达到平衡点。此后，随着干燥的进行，西梅外表皮水分快速流失，对应干燥中后期出现的结壳现象。这种现象导致水分迁移通道受阻，影响西梅干制时长和品质。因此，基于不同干燥质量的核磁共振成像图，针对西梅不同干燥阶段选择不同的干燥温度进行降温干燥。结果表明，阶段降温干燥能够减少干燥后期表皮结壳硬化带来的影响，缩短干燥时长，提高西梅干燥品质。研究结果可为西梅干燥工艺优化和过程设计提供理论依据。
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分段滚筒式气力协助白星花金龟幼虫转化残膜混合物分离装置设计与试验
《农业机械学报 》 2024 EI 北大核心 CSCD
摘要：针对白星花金龟幼虫转化残膜混合物后满足生物活性前提下多种形体差异显著混合物的分离问题,设计了一种分段滚筒式气力协助白星花金龟幼虫转化残膜混合物分离装置.通过物理试验与理论计算确定了白星花金龟幼虫、虫砂、残膜阻力系数分区与理论悬浮速度,利用悬浮速度台架试验验证了其准确性,可为后续气固耦合仿真提供数据基础.通过理论分析与EDEM-Fluent耦合方法模拟残膜、幼虫及虫砂筛分过程,确定了本装置的主要结构参数与工作参数.选择滚筒筛转速、滚筒筛倾角及风扇风速为试验因素,残膜含杂率与虫砂含膜率为试验指标进行了单因素试验以确定各因素水平合理范围,根据单因素试验结果,设计了三因素三水平二次回归响应面试验并建立回归模型.试验结果表明:影响残膜含杂率的因素由大到小依次为风扇风速、滚筒筛倾角、滚筒筛转速;影响虫砂含膜率的因素由大到小依次为滚筒筛转速、滚筒筛倾角、风扇风速.优化后最优工作参数组合为滚筒筛转速21.79r/min、滚筒筛倾角3.58°、风扇风速5.52 m/s.以此参数组合进行物料筛分试验,得到残膜含杂率与虫砂含膜率平均值分别为8.96%、1.52%,与理论优化值相对误差均小于5%.该研究可为含生物活性且形体差异显著的混合物分离装置设计提供参考.
关键词： 残膜混合物 白星花金龟幼虫 分段式滚筒筛 风选 气固耦合 参数优化
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适收期油菜茎秆离散元仿真参数标定与试验
《农业工程学报 》 2024 EI 北大核心 CSCD
摘要：为解决在联合收获时油菜脱粒仿真过程缺乏准确可靠的接触参数和粘结参数的问题，该研究以联合收获适收期油菜茎秆为对象，利用离散元仿真（enhanced discrete element method,EDEM）软件构建油菜茎秆离散元模型，对模型的接触参数和粘结参数进行标定与优化。针对接触模型参数，依次通过Plackett-Burman试验、最陡爬坡试验和BoxBehnken试验，完成油菜中部茎秆仿真接触参数的标定，并得出其数学模型以及模型的一组最优解；针对粘结模型参数，先应用Plackett-Burman试验筛选出影响最大弯曲破坏力的显著因素，再通过二次回归正交组合试验，找出二次回归方程，借助优化求解工具，求出显著因素的最优参数组合。结果表明：在接触模型中，茎秆剪切模量、茎秆-钢板的静摩擦系数和茎秆-茎秆的静摩擦系数对接触模型影响显著（P<0.05），分别为17.251 MPa、0.353、0.383，在优化的参数下堆积角仿真值与实际堆积角相对误差为0.36%；在粘结模型中，单位面积法向接触刚度、单位面积切向接触刚度对粘结模型影响显著，分别为1.89×1010、1.54×1010 N/m3，在优化的参数下弯曲仿真试验表现与实际试验表现一致，最大弯曲破坏力仿真值与实际值相对误差为0.47%，可较好表现适收期油菜茎秆受击打而弯曲折断的力学特性，该研究可为优化油菜联合收获机脱粒装置的结构参数和研究油菜收获过程等研究提供一定的理论基础。
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气候变化对新疆膜下滴灌花生适宜播期的影响
《农业工程学报 》 2023 EI 北大核心 CSCD
摘要：为探索气候变化条件下新疆不同区域膜下滴灌花生适宜播期,该研究利用北疆和南疆试验区实测地温数据与同期平均气温数据确定了花生播种前日平均地温与日平均气温之间的关系,并基于新疆51个气象站点1951—2020年气象资料,分析了气候变化条件下新疆不同产区膜下滴灌花生播期的变化规律.结果表明:播种前农田表层土壤温度与日平均气温呈较强的线性相关性,当春季连续5 d日平均气温维持在14.00和16.10℃时,同期表层土壤温度维持在12和15℃;播前连续5 d表层土壤温度维持在12℃时播种,东疆、南疆和北疆花生产区播期日序数多年平均值分别为106.94、108.53和121.09;播前连续5 d表层土壤温度维持在15℃时播种,东疆、南疆和北疆花生产区播期日序数多年平均值分别为114.39、117.02和128.58;近70年新疆绿洲花生适播期平均日气温呈上升趋势,东疆、南疆和北疆地区花生适播期分别提前了1.44~1.75、1.13~1.43和1.05~1.88 d/10a;根据播前农田耕层土壤地温与播后根区土壤地温的变化规律,新疆膜下滴灌花生适宜播期,东疆花生产区比南疆早2 d左右,南疆比北疆早12 d左右,目前,北疆花生产区适宜的播期为4月底至5月上旬.研究结果可为新疆绿洲不同花生产区适宜播种日期的选择提供技术支持.
关键词： 作物 播种 气温 土壤温度 播期 膜下滴灌 花生 新疆
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HS-SPME-GC-MS结合电子感官技术分析新疆抓饭的挥发性物质
《中国食品学报 》 2023 EI 北大核心 CSCD
摘要：采用电子鼻/电子舌、顶空-固相微萃取-气相色谱-质谱(HS-SPME-GC-MS)联用技术,结合相对气味活度值,对新疆市售抓饭中的挥发性成分及关键香气进行分析,为抓饭工业标准化生产化提供理论依据.结果表明:电子鼻可有效区分不同市售抓饭中的挥发性成分;电子舌无法有效区分不同市售抓饭中的滋味.采用HS-SPME-GC-MS方法共检出132种挥发性化合物,其中烷烃25种、烯烃16种、醛类27种、醇类26种、酮类11种、酯类9种、苯酚类15种以及3种其它化合物.共检出共有挥发性风味物质39种,结合相对气味活度值(ROAV)和主成分分析(PCA),确定月桂烯、1-石竹烯、(E,Z)-2,4-癸二烯醛、4-异丙基苯甲醛、4-异丙基-1,3-环己二烯-1-甲醛、(E,E)-2,4-癸二烯醛、(E)-2-癸烯醛、壬醛、(E)-2-壬烯醛、β-紫罗酮为抓饭关键香气物质.
关键词： 抓饭 电子鼻 电子舌 顶空-固相微萃取-气相色谱-质谱联用 相对气味活度值
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基于抗氧化能力的牛血红蛋白的分步酶解工艺参数优化
《农业工程学报 》 2023 EI 北大核心 CSCD
摘要：为探究牛血加工利用新技术，提高牛血蛋白资源利用率。该研究采用分步酶解法提取牛血红蛋白的抗氧化肽粗提物，从6种蛋白酶中筛选出最适蛋白酶组合，通过单因素试验优化温度、pH值、料液比、酶添加量和酶解时间，并通过响应面设计进一步优化酶添加量和酶解时间，得到牛血红蛋白抗氧化肽粗提物的最佳酶解工艺。结果表明：牛血红蛋白分步酶解的最佳工艺为：料液比40 g/L，一次酶解：风味蛋白酶添加量3 800 U/g、时间130 min、温度50℃、pH值7.5；二次酶解：碱性蛋白酶添加量2 900 U/g、时间60 min、温度40℃、pH值9.0。此工艺条件下的牛血红蛋白抗氧化肽粗提物的ABTS自由基清除能力为（333.62±6.29）μmol/g，具有优良的抗氧化活性，可作为食源性抗氧化肽的来源。该研究为牛血等副产物的综合加工利用提供了新思路，同时为食源性抗氧化肽的研发提供理论基础。
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基于适配体识别-纳米金比色法快速检测苏丹红
《分析试验室 》 2023 EI 北大核心 CSCD
摘要：以苏丹红Ⅲ核酸适配体为识别元件,以无标记的纳米金为颜色指示剂,NaCl溶液作为纳米金聚集诱导剂,构建了一种简单、快速、灵敏的苏丹红可视化比色检测方法.对适配体浓度、NaCl浓度、反应时间等条件进行优化,并对该方法的灵敏度、准确性、特异性进行评估,将其应用于食品中苏丹红Ⅲ的快速检测,并与国标法对比验证.结果显示,在适配体浓度100nmol/L、NaCl浓度40 mmol/L、反应时间10min等最优条件下,纳米金吸光度比值(A620/A520)与苏丹红浓度在1.8~57.6ng/mL范围内呈良好线性关系(R2=0.981),方法检出限范围0.76~1.12ng/mL,裸眼可视化检出限为7.2ng/mL,检测时间为12min.特异性分析显示,本方法对苏丹红Ⅰ,Ⅱ和Ⅳ有交叉反应,表明可以用于检测苏丹红Ⅰ~Ⅳ.食品中苏丹红Ⅲ加标回收率为82.1%~94.7%,相对标准偏差3.9%~7.7%,与国标方法相比无显著差异(P>0.05).该方法适用于批量样品中苏丹红的快速检测.
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融合无人机光谱信息与纹理特征的棉花叶面积指数估测
《农业机械学报 》 2023 EI 北大核心 CSCD
摘要：农田尺度下作物叶面积指数（Leaf area index, LAI）的精准监测，对于研究群体结构对产量和管理措施的响应具有重要意义。目前普遍采用无人机光谱特征反演作物的LAI指数，作为长势和冠层结构诊断的重要依据，其估测精度的准确性是否可以提高仍有待研究。作物表面特征，如灰度和颜色，在不同生育阶段会发生变化。为此，本研究考虑到LAI的影响因素，设置不同的种植密度和氮素水平营造差异化的冠层结构，利用搭载多光谱传感器的无人机获取主要生育时期棉花的冠层图像得到植被指数（Vegetation indexs, VIs）,基于二阶概率统计滤波（Co-occurrence measures）方法获取均值（MEA）、方差（VAR）、协同性（HOM）、对比度（CON）、相异性（DIS）、信息熵（ENT）、二阶矩（SEM）和相关性（COR）等8个纹理特征值（Texture features, TFs）。最后，采用支持向量机回归（SVR）、偏最小二乘法（PLSR）、深度神经网络（DNN）分别建立基于光谱特征、纹理特征以及二者结合的棉花LAI的估算模型，并比较差异。试验结果表明：VI（nir/green）、VI（nir/red）、GNDVI、OSAVI和均值与LAI具有较高的相关性；采用SVR建立的LAI估测精度最高（R~2=0.78,RMSE为0.22,RRMSE为0.10）;在3种估算模型中，植被指数与纹理特征相结合的SVR模型，较VIs、TFs模型精度分别提高7.89%和32.26%。因此，融合无人机光谱信息和图像纹理的LAI估算模型为密植作物棉花冠层结构的诊断提供了一种可行、准确的方法。
关键词： 棉花 叶面积指数 无人机 多光谱 纹理特征 机器学习
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