基于能值理论的农田—畜禽生产系统可持续动态

为了解我国东南丘陵山区农业生产动态及其可持续性,以福建典型山区德化县为例,构建废弃物能值比例、环境污染能值负产出等指标,运用能值理论定量分析德化县2007—2016年农田—畜禽生产系统投入产出、环境负荷及可持续性的变化。结果表明：德化县农田—畜禽生产系统能值投入以购买能值为主,占能值总投入的68%~79%,水资源能值约占21%~31%;畜禽子系统能值产出占72%以上;能值密度在2.68×10¹²~3.33×10¹² sej·m^-2之间波动上升,净能值产出率下降40%,环境负荷明显加重,2015年以来有所减轻;可持续发展指数在2007—2010年短暂上升后快速下降,由1.14降至0.42。从构建的指标来看,系统废弃物能值比例有所下降,环境污染能值产出减少约22%,综合经济效益和废弃物利用情况,近年来可持续发展状况逐渐好转。德化县目前正处于农田—畜禽系统产出结构调整期,应增加系统内部反馈能值用量,控制化肥、饲料投入,提高废弃物利用率,以实现可持续发展。     

HAN基ECSP凝胶模型的构建与分子动力学模拟

目的 从微观分子的角度对硝酸羟胺(HAN)基电控固体推进剂(Electrically Controlled Solid Propellants,ECSP)的性能参数进行模拟与计算.方法 利用分子表面静电势(ESP)对HAN分子2种可能的构型进行优化和稳定性分析.通过真空非周期性分子动力学模拟得到聚乙烯醇(PVA)分子稳定构型,并以HAN基ECSP的主要成分按一定比例构建凝胶模型.基于RESP(Restrained Electrostatic Potential)电荷生成更准确的凝胶模型拓扑文件,并进行凝胶模型的分子动力学模拟、模型稳定分析以及模型参数计算.结果 凝胶模型总能量相对平均值的周期性波动不超过7％.由于三维PVA链的包裹,H2O分子的扩散系数被大幅削弱.氢键分析和径向分布函数表明氢键键长主要分布在0.282 6 nm附近,PVA与H2O间的氢键较少,H2O与HAN、H2O与H2O之间的氢键较多.模型密度为1.405 g/cm3,与实验值吻合度高.在283、293、303 K下,HAN基ECSP凝胶模型的拉伸模量依次降低,剪切模量先增后减.在15 K/600 ps冷却速率下,HAN基ECSP凝胶模型的拉伸模量和剪切模量均增大.结论 ECSP制备结束后,冷却过程中的环境温度不宜过高,否则容易造成ECSP力学性能的快速下降,快速冷却可以提高ECSP的力学性能.     

某船用齿轮箱基座的振动特性分析

目的 保证船用齿轮箱在不同试验工况下的振动噪声的设计要求,对船用齿轮箱基座的振动特性进行分析.方法 首先对船用齿轮箱基座进行模态分析,分析齿轮箱基座在不同阶数下有效质量与总质量的比值,同时提取不同方向下的有效质量与参与系数最大的模态进行分析.然后利用频响计算中的完全法对某型船用齿轮箱基座进行振动响应计算,提取 3 个点结果进行有限元分析,并利用锤击法对某型船用齿轮箱基座的 3 个测点进行机械阻抗的测试.结果 通过有效质量分析,提取了前 1 000 阶中的主要模态,分析模态发现,在齿轮箱基座的大部分区域,结构响应几乎为 0,20、923、131、162、10 阶出现模态为同一局部区域的模态,且 23、131 阶模态表现为平动及扭转振型.有限元频响计算结果表明,有限元计算结果在低频段的阻抗值更加稳定.随着频率增加,阻抗值逐渐降低,测试值的对数平均值与参考值的差值最大值为11.46 dB.计算值的对数平均值与参考值的差值最大值为 10.3 dB,且逐渐接近100 dB.计算值的对数平均值与测试值对数平均值的差值均在2 dB左右.结论 通过计算发现,有限元计算值接近参考值,且与参考值大多数差值均在 10 dB之内.计算值与测试值接近,可以作为船用齿轮箱基座的振动噪声设计依据,为后续各型号船用齿轮箱基座优化设计打下了坚实的基础,极大提升了数字化驱动设计技术水平.     

崇明东滩海三棱藨草生物硅分布及季节变化

利用Na2CO3连续提取法,分析了崇明东滩海三棱藨草(Scirpus mariqueter)体内生物硅(BSi)含量与分布特征.结果表明,BSi在海三棱藨草体内的分布存在明显的季节变化差异,在生物体中连续积累是BSi的一个主要特征.地上部分BSi含量变化范围为0.26% ~ 0.93%,地下部分为0.31% ~ 0.92%,果实中则为0.24% ~0.43%.地上部分含量明显高于其他部分,说明BSi主要沉积在蒸发强烈的叶片中,植株个体生长阶段是决定地上部分BSi含量的主要因素.统计分析显示,根际沉积物BSi和植物各器官BSi相关性均显著,说明海三棱藨草依从主动吸硅机制,从根际沉积物获取所需的Si.地上、地下部分BSi含量与有机氮(ON)、C/N、土壤温度、植株高度也存在明显的相关性.     

结合态氚在作物生态系统中的形成动态

采用模拟污染物的同位素示踪技术研究了氚水在玉米、大豆和水稻中结合态氚形成的动态过程,并探讨了结合态氚形成的机理.结果表明,土壤(或水)中的氚水通过作物根系吸收进入作物体内,并在作物各部位形成结合态氚;作物体中结合态氚的比活度随时间呈增加趋势;作物籽粒中的结合态氚的比活度约为2～3Bq/g,玉米籽和稻谷中结合态氚的比活度高于其余部位,而大豆籽则与其他部位相当.对3种作物中结合态氚比活度的变化动态进行指数回归分析得:玉米、大豆和水稻中的比活度分别为C_m(t)=1.14(1-e^-0.0509t)、C_s(t)=1.65(^1-e-0.0595t)和C_r>(t)=1.29(^1-e-0.1027t),经方差分析表明,各拟合方程较好地反映了氚水在玉米、大豆和水稻中结合态氚形成的动态.     

热带海洋环境中5083铝合金腐蚀行为研究

目的 研究某岛礁不同海洋区带环境中5083铝合金的腐蚀规律。方法 在某岛礁进行海洋多区带腐蚀试验,利用表面微观形貌观测、腐蚀产物分析、质量损失测试及点蚀深度测量等手段,对比分析铝合金在不同海洋区带中的腐蚀形貌、腐蚀速率和点蚀深度。结果 5083铝合金在某岛礁海洋全浸区带环境中的腐蚀速率最大,大气区带中的腐蚀速率最小,在潮差区带的腐蚀速率介于二者之间。试样在海洋不同区带主要发生局部腐蚀,大气区试样的最大点蚀深度最大,而潮差区试样的最大点蚀深度最小。在不同海洋区带,铝合金腐蚀产物和附着物的混合物中均含有钙元素,大气区钙元素含量远低于潮差区和全浸区,潮差区和全浸区铝合金表面的腐蚀产物和附着物混合物中主要含有CaCO₃、CaSiO₃和Al₂O₃。结论 不同海洋区带环境中,5083铝合金的腐蚀速率差别较大,潮差区和全浸区材料表面附着大量污损生物和矿物质。     

厌氧反应器系统动力学模型构建方法学研究

以系统动力学的基本概念、方法为基础提出了存在于变量之间的3种基本关系模式,并在此基础上提出针对复杂系统的分块建模理论.将以葡萄糖为进水基质的厌氧反应器划分为3个子系统.确定了该系统的系统结构图,在此基础上构建厌氧消化系统的SD模型.根据分块建模的优势及特点,对模型中的3个子系统采用不同的计算方式,通过对比模拟结果表明,SD模型静态模拟结果与实验数据、传统结构模型模拟结果之间的误差<10%,动态模拟结果与实际趋势一致,说明SD模型的模拟结果是可信的.根据其特性,对取消物化子系统的简化模犁的模拟结果进行分析,表明根据不同的研究目的,选择合适的模型结构是必要的,采用系统动力学的分块建模方法有利于模型的简化与升级、减少计算量、提高模型的计算速度.     

流域污染负荷水质响应的时空数值源解析方法研究

以目前广泛应用的环境流体动力学模型EFDC为平台,构建时空数值源解析方法,理论上可以得到任意时刻任意空间点位污染物的来源构成.其原理是考虑水质模型的微分方程,直接对每个污染负荷再微分,从而将原来1个微分方程变为关于每个污染源的微分方程组,然后联立以EFDC的水动力模型求解,得到每个源对每个时空点的贡献.概化的抚仙湖模型作为数值案例用以验证方法.时空数值源解析的结果与传统扰动方法的结果几乎重合,验证了时空数值源解析方法的正确性.另一方面,数值案例中存在34个独立的污染源,扰动法则需要35次模拟,而时空数值源解析方法的结果通过单次模拟就可得到,说明时空数值源解析方法具有明显的计算效率优势.而通过对结果的进一步分析可以发现,时空数值源解析方法可以提供更精确的源贡献的动态描述.