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雾化微喷与滴灌结合的温室灌溉模式及综合评价研究

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雾化微喷与滴灌结合的温室灌溉模式及综合评价研究

作者：张文程江苏大学

学位级别：硕士

温室高温热害是植物生长过程中面临的主要环境胁迫,水分利用效率低下是农业灌溉模式面临的重大难题。合理的灌溉模式能够在提高灌溉水利用效率的同时改善温室种植环境,缓解高温胁迫。本研究提出一种雾化微喷结合滴灌(micro-spray irriga... 详细信息

温室高温热害是植物生长过程中面临的主要环境胁迫,水分利用效率低下是农业灌溉模式面临的重大难题。合理的灌溉模式能够在提高灌溉水利用效率的同时改善温室种植环境,缓解高温胁迫。本研究提出一种雾化微喷结合滴灌(micro-spray irrigation combined with drip irrigation,MSDI)的灌溉模式,以番茄作为研究对象在江苏大学Venlo型温室内开展田间试验。测量项目包括温室内的环境因子、番茄的生长与生理指标,并基于多元统计分析方法对灌溉模式做出评价,分析雾化微喷结合滴灌的灌溉模式在温室高温环境下的可行性与实用性。通过观测对比与数据分析,得到以下结论:(1)温室内的高强度光合有效辐射总是伴随着高温出现,日光合有效辐射的最大值出现时间基本与日最高温度重叠。温室内的环境温度与相对湿度在日变化中呈现出负相关的变化趋势,且MSDI灌溉模式通过雾化微喷能够对环境温度与相对湿度起到调控作用,表现为开启雾化微喷之后环境温度下降1–2℃,相对湿度上升1–3%,但持续时间较短。(2)在作物生长方面,由于高温造成作物的徒长,2020季度中传统滴灌(DI)模式下的番茄植株株高随移栽天数的增加明显高于MSDI灌溉模式。由于雾化微喷对环境起到的调控作用,使得MSDI灌溉模式下的番茄植株茎粗随移栽天数的增加逐渐大于DI灌溉模式。在2021季度中,气温由冷转热,两种灌溉模式下番茄均未表现出徒长现象。在MSDI灌溉模式下番茄植株的株高、茎粗均优于DI灌溉模式。在干物质量积累方面,MSDI灌溉模式下番茄茎部与叶片干物质量均大于DI灌溉模式,且根系干物质量显著大于DI灌溉模式(P0.05),但MSDI灌溉模式下番茄果实的果形标准度显著优于(P微喷在高温天气下能够有效降低番茄的叶片温度,降温幅度为3–6℃,相比于对环境气温的调节效果更加明显且使得在雾化微喷开启的时间段叶片温度能持续低于DI灌溉模式。(4)MSDI灌溉模式下番茄的生理状态相较于DI灌溉模式更加稳定。对比两个季度MSDI灌溉模式下的实际光化学量子效率的提升率发现,叶片温度是影响提升率的主要因素。当叶片温度在35℃以下时,MSDI灌溉模式对于实际光化学量子效率的提升率相对明显,当叶片温度超过35℃时提升率则明显下降。由于雾化微喷开启的时间及时长固定,对于不同时段的降温效果存在差异,正午温度达到当天最高时,短时间(1 minute)的雾化微喷起到的效果相对较弱。(5)对包括产量(X)、灌溉水利用效率(X)、单果重量(X)等9个变量进行主成分分析,提取出两个主成分:综合生长水平与经济效益。MSDI灌溉模式下的番茄植株在综合生长水平方面明显优于DI灌溉模式下的番茄植株;在经济效益方面,两种灌溉模式下的番茄植株表现出相近的水平。由于MSDI灌溉模式下灌水量相较于DI灌溉模式有所增加,因此灌溉水利用效率更低,相对影响了经济效益。综合两个主成分上的得分情况与排名情况,MSDI灌溉模式表现优于DI灌溉模式。(6)采用通径分析方法探索高温环境下光合有效辐射、叶片温度、环境温度、相对湿度四个环境因子对番茄植株实际光化学量子效率的影响程度发现,对实际光化学量子效率影响最大的环境因子是光合有效辐射,其次是叶片温度与环境温度,三者都对实际光化学量子效率造成不同程度的负面影响,而相对湿度在对实际光化学量子效率的影响中表现出积极作用。MSDI灌溉能够实现降温增湿的环境控制效果,从而提高番茄植株在高温环境下的光合能力。综合两种多元统计分析方法的结果来看,MSDI灌溉模式相比传统DI灌溉模式更加适合高温环境下的温室种植活动。雾化微喷结合滴灌的灌溉模式在温室高温环境下能够改善作物生长环境,提高作物的各项生长指标与生理指标,并且保持较好的灌溉水利用效率,是一种科学有效的灌溉模式。

关键词：微喷高温胁迫气象因子叶绿素荧光主成分分析通径分析

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强激光加载下铝、锡微喷动态诊断研究

强激光加载下铝、锡微喷动态诊断研究

作者：罗笔瀚重庆工商大学

学位级别：硕士

微喷是金属材料在强冲击波加载下发生冲击或卸载熔化时近表面产生微物质喷射的一种动态破碎现象,多年来一直是冲击加载领域研究的热点课题之一。由于微喷射具有喷射时间短、速度高和尺度小等特点,给实验的精细观测量带来了极大挑战。基... 详细信息

微喷是金属材料在强冲击波加载下发生冲击或卸载熔化时近表面产生微物质喷射的一种动态破碎现象,多年来一直是冲击加载领域研究的热点课题之一。由于微喷射具有喷射时间短、速度高和尺度小等特点,给实验的精细观测量带来了极大挑战。基于皮秒拍瓦激光驱动的高能X射线源具有独特的优异性能,能够实现超快物理过程的细观尺度诊断,为研究微喷动态过程提供了一种新的实验手段。目前基于皮秒拍瓦激光驱动的高分辨X射线背光照相的微喷实验结果相对偏少,各种微喷物理图像仍不是十分清晰。需要发展具有高时空分辨能力的X射线源,来追踪典型金属微喷动态过程,实现对微喷动态演化过程的细观尺度、更高分辨以及更大视场的整体测量,从而得到更加准确的实验结果。因此,开展强激光加载金属材料微喷动态诊断研究对于获取典型金属在极端力学条件下的微喷动力学行为具有重要价值和意义。本研究以典型低熔点金属锡和较高熔点金属铝作为研究对象,在强激光装置“星光-III”利用皮秒拍瓦激光分别轰击直径为10μm的钼丝和金丝产生高分辨X射线对纳秒激光加载下金属铝、锡的微喷射过程进行背光照相,通过延时控制,获取金属铝、锡微喷过程的高分辨、大视场背光图像,得到了喷射物质的形态分布、平均速度和面密度分布等重要信息。采用SPH方法对实验结果进行了数值模拟分析,揭示了实验中喷射物的形成机理以及高速喷射物质的来源。本文的主要工作和研究内容及结论如下:(1)归纳总结了几种常见的金属微喷实验研究的诊断测试技术,分析了目前金属微喷射动态诊断研究领域仍存在的技术瓶颈。分析纳秒和皮秒激光与金属物质相互作用机理,介绍了“星光-III”装置纳秒激光烧蚀压估算理论模型,对相对论皮秒激光辐照固体靶的能量吸收机制及几种典型的超热电子温度定标律进行了介绍。(2)利用有限元分析方法对纳秒激光加载下锡、铝的微喷动力学行为进行了预测及研究,建立了纳秒激光冲击加载的有限元仿真模型,研究了金属铝、锡表面缺陷质量以及样品熔化状态对喷射物性质的影响规律。模拟结果表明:多沟槽缺陷扰动(对应于更大的缺陷质量)比单沟槽缺陷扰动更容易被激光冲击波诱导在样品表界面处形成扰动不稳定性增长,在内部微层裂和表界面处微喷射耦合机制作用下,样品自由面沟槽破坏机制将会变得更加复杂,从而加剧微射流的形成。(3)在“星光-III”装置上利用皮秒束短脉冲激光分别轰击钼丝和金丝背光靶,获得了较高空间分辨能力的微焦点X射线源。X射线源焦斑横向最小尺寸为20μm、纵向最小尺寸为10μm。超热电子能谱显示,钼丝靶超热电子能量范围约为17ke V-816ke V,而金丝靶约为9ke V-863ke V;皮秒激光轰击金丝靶产生X射线背光成像的静态空间分辨率约为～32.7μm,钼丝背光源成像的静态空间分辨率接近～11μm,与微丝靶的直径相当,这已接近目前反演图像能够获取的成像空间分辨率。测量结果可为发展皮秒激光驱动高分辨X射线源提供方法参考。(4)利用“星光-III”装置纳秒激光分别加载自由面含V型沟槽缺陷的固体铝、锡样品,延时320ns,通过皮秒束激光轰击分别轰击钼、金丝靶产生的高分辨X射线源对客体微喷过程进行动态背光成像,获得了具有高分辨、大视场的微喷动态照相结果。利用台阶靶标定出了喷射物整体的面密度分布,根据样品喷射物的位移和照相延时,估算出了喷射物的平均速度。为了对铝、锡表界面处形成物质喷射的过程进行详细解读,采用SPH方法模拟了纳秒激光加载下微喷射流形成过程。数值模拟结果与实验结果相比较发现,虽然两种不同加载方式下尖钉射流形态存在一定差异,但是尖钉射流的形成机理和表现形态是基本一致的,都是由自由面V型缺陷根部附近粒子在冲击波作用下获得沿垂直斜面速度向中轴运动,在中轴附近集中碰撞而加速形成的物质喷射。研究结果可为建立含表面缺陷金属铝、锡微喷射理论模型提供数据参考。

关键词：激光实验微喷表面缺陷动态诊断 X射线背光照相

不同施肥措施对微喷露地菜田土壤氮素淋失、无机氮累积及菜心产量的影响

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不同施肥措施对微喷露地菜田土壤氮素淋失、无机氮累积及菜心产量...

作者：王海廷宁夏大学

学位级别：硕士

针对宁夏引黄灌区露地菜心有机肥和化肥施用过量以及有机无机配比不合理的问题,以露地菜心为供试作物,采用田间渗虑池原位监测试验和室内分析统计的方法,在微喷条件下,研究了常规施肥+全量有机肥(CON)、化肥减量20%+全量有机肥(RN)和化... 详细信息

针对宁夏引黄灌区露地菜心有机肥和化肥施用过量以及有机无机配比不合理的问题,以露地菜心为供试作物,采用田间渗虑池原位监测试验和室内分析统计的方法,在微喷条件下,研究了常规施肥+全量有机肥(CON)、化肥减量20%+全量有机肥(RN)和化肥减量30%+增施1/3有机肥(MRN)3种施肥措施对露地菜田土壤氮素淋失、无机氮累积及菜心产量的影响,弄清露地菜田氮素淋失及无机氮运移规律,提出基于产量、环境和经济效益的露地菜心有机肥替代化肥比例,为宁夏引黄灌区菜心的绿色生产提供理论支撑。主要研究结果如下:(1)喷灌量与0-90 cm 土体淋溶水量呈显著正相关(P微喷露地菜心土壤氮素淋失的主要形态。(3)周年内,各季露地菜心种植150d后总氮和硝态氮淋失量最高,铵态氮淋失过程缓慢,具有滞后性。土壤总氮和硝态氮淋失量均表现为第2季>第3季>第1季,第2季菜心总氮淋失量占全年总氮淋失量的35.69%～38.04%。铵态氮淋失量表现为第3季>第1季>第2季。(4)RN和MRN处理较CON处理显著降低露地菜田0-120 cm 土层无机氮的累积量,平均分别降低了 28.45%和37.98%。3季菜心各处理0-120 cm 土壤无机氮累积总量表现为第2季>第3季>第1季,与总氮淋失量规律一致。土壤无机氮累积量越高,氮素淋失风险越大。各季露地菜心收获后0-120 cm 土层土壤无机氮累积量呈先减后增的趋势,逐渐向深层土壤运移,00 cm 土层无机氮累积峰值达198.16 kg·hm。(5)不同的施肥措施对露地菜心产量无显著影响,RN和MRN处理能促进菜心对氮、磷、钾养分的吸收利用,有利于菜心经济产量的形成,相对于CON处理平均增产8.84%,分别增产平均节本增效0.62万元·hm。综上分析,周年实现3季露地菜心产量、环境和经济效益最大化的化肥氮、磷、钾和有机肥施用总量分别为 N 268.5 kg·hm、P2O5 99.5 kg·hm、K20157.5 kg·hm和 12000 kg·hm。

关键词：施肥露地菜心微喷氮素淋失无机氮

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微喷射粒子团簇探测算法及其应用

计算物理 2006年第4期23卷 441-446页

作者：张颖陈其峰曹小林蔡灵仓陈栋泉卢铁城四川大学物理系辐射物理及技术教育部重点实验室四川成都610064 流体物理研究所冲击波物理与爆轰波物理实验室四川绵阳621900 北京应用物理与计算数学研究所高性能计算中心计算物理实验室北京100088

在团簇多重标号技术基础上,提出了团簇探测的新算法,并以此作为大尺度二维和三维分子动力学模拟冲击加载金属材料微喷射粒子团簇分析的子程序.以二维为例描述了算法的逻辑结构,测试分析了算法的运行效率,并将其应用到二维分子动力学模... 详细信息

在团簇多重标号技术基础上,提出了团簇探测的新算法,并以此作为大尺度二维和三维分子动力学模拟冲击加载金属材料微喷射粒子团簇分析的子程序.以二维为例描述了算法的逻辑结构,测试分析了算法的运行效率,并将其应用到二维分子动力学模拟冲击加载金属Cu和Al微喷射粒子的团簇统计分析中,对微喷射粒子团簇尺寸分布得到一些规律性认识.

关键词：多重标号技术微喷团簇探测算法

激光加载下金属锡材料微喷颗粒与低密度泡沫混合实验研究

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物理学报 2019年第7期68卷 213-221页

作者：税敏于明海储根柏席涛范伟赵永强辛建婷何卫华谷渝秋中国工程物理研究院激光聚变研究中心等离子体物理重点实验室绵阳621900

金属材料的微喷是冲击加载下金属表面发生的一种动态破碎现象,微喷研究在很多领域都具有重要意义,包括惯性约束聚变(ICF)和烟火制造等.由于激光实验特有的优势,近几年国内外开展了很多利用强激光驱动冲击加载研究材料微喷过程的实验.利... 详细信息

金属材料的微喷是冲击加载下金属表面发生的一种动态破碎现象,微喷研究在很多领域都具有重要意义,包括惯性约束聚变(ICF)和烟火制造等.由于激光实验特有的优势,近几年国内外开展了很多利用强激光驱动冲击加载研究材料微喷过程的实验.利用泡沫材料对微喷颗粒进行静态软回收虽然可以获得颗粒的形态分布、颗粒尺寸及颗粒质量等定量结果,但并不能反演微喷颗粒从进入泡沫到停滞过程中的动态混合过程.为此,在神光Ⅱ升级装置上利用皮秒脉冲激光照射金丝产生高能X射线,实现了对锡微喷颗粒与低密度泡沫混合过程的高时间分辨和高空间分辨背光照相.背光图像面密度结果证实微喷颗粒在泡沫中并没有发生二次破碎.静态回收结果表明,在锡材料与泡沫紧贴放置的情况下,微喷颗粒在泡沫中的穿透深度随着加载压强升高呈现先增大后减小的规律,与非紧贴放置的实验结果有明显的差别.

关键词：微喷惯性约束聚变回收混合

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熔化状态下金属样品表面的微喷射问题

物理学报 2016年第2期65卷 269-274页

作者：陈永涛洪仁楷陈浩玉任国武中国工程物理研究院流体物理研究所绵阳621900

熔化状态下金属样品表面微喷物质的时空演化规律是目前国内外研究关注的热点问题,不过,由于压电石英计等传统诊断技术能力的限制,导致目前对该问题的认识仍存在明显不足.本文采用作者前期发展的大量程Asay-F窗技术,结合传统压电石英计,... 详细信息

熔化状态下金属样品表面微喷物质的时空演化规律是目前国内外研究关注的热点问题,不过,由于压电石英计等传统诊断技术能力的限制,导致目前对该问题的认识仍存在明显不足.本文采用作者前期发展的大量程Asay-F窗技术,结合传统压电石英计,通过将其布置在距受载Sn样品自由面不同高度位置处的方法,系统研究了熔化Sn样品表面微喷物质的运动演化规律,给出了特定时刻微喷物质的密度-空间分布图像.本文研究结果从实验上确认了微喷物质时空演化过程中的"自相似膨胀"规律,成功避免了传统压电石英计由于测量量程偏低导致其获取物理认识不够全面的问题,为认识动载下金属材料的微喷运动演化规律提供了重要实验支撑.

关键词：微喷熔化自相似膨胀 Asay-F窗

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剪式压电微喷的设计及分析

压电与声光 2006年第4期28卷 397-399页

作者：许立宁崔大付中国科学院电子学研究所传感技术国家重点实验室北京100080

利用压电陶瓷的厚度切变振动,设计出一种新型微喷。介绍了它的结构、工作方式及驱动方法。用弹性薄板模型对微喷进行理论分析,推导出振动位移函数,估算了自由振动基频和受迫振动端部位移。用有限元软件模拟振动模态,其模拟结果与理论计... 详细信息

利用压电陶瓷的厚度切变振动,设计出一种新型微喷。介绍了它的结构、工作方式及驱动方法。用弹性薄板模型对微喷进行理论分析,推导出振动位移函数,估算了自由振动基频和受迫振动端部位移。用有限元软件模拟振动模态,其模拟结果与理论计算接近。使用微电子及微电子机械系统(MEMS)工艺,在国内首次制备出该类型微喷,加载驱动波形后达到喷射效果。

关键词：剪式压电微喷切变振动

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压电驱动撞针式微喷系统的键合图建模

西安交通大学学报 2014年第1期48卷 133-138页

作者：路士州刘亚欣姚玉峰孙立宁哈尔滨工业大学机器人技术与系统国家重点妻验室哈尔滨150001 西安交通大学机械制造系统工程国家重点实验室西安710049

为了快速、精确地分配微量高黏性液体,以及研究系统参数对分配过程的影响,设计了一种压电驱动撞针式微喷系统,并构建了该系统的键合图模型。将压电致动器与撞针式微喷阀相结合,利用压电致动器高频振动来带动撞针运动,以此对微量液体的... 详细信息

为了快速、精确地分配微量高黏性液体,以及研究系统参数对分配过程的影响,设计了一种压电驱动撞针式微喷系统,并构建了该系统的键合图模型。将压电致动器与撞针式微喷阀相结合,利用压电致动器高频振动来带动撞针运动,以此对微量液体的高速、精确分配进行操作。通过耦合各能域变量及不同液路通道的键合图图元参数,以及整合机电模块、液气模块的子键合图模型,得到微喷系统的整体键合图模型。仿真结果表明:液体喷射速度幅值与电压信号幅值和频率成正比例关系,喷射体积随储液筒上部气压升高而线性增加;液体流速与撞针振动速度成线性关系,这在难以直接测量流速的场合,可通过测量撞针振动速度来间接监测液体流速。实验验证了微喷系统键合图模型及关键结论的正确性,研究成果能够为微喷系统的结构设计、控制参数的优化提供理论指导。

关键词：高黏性微喷撞针式键合图压电致动器

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压电微喷辅助液滴的多物理场耦合与实验

西安交通大学学报 2016年第11期50卷 56-61页

作者：范增华荣伟彬王乐锋孙立宁山东理工大学机械工程学院山东淄博255049 哈尔滨工业大学机器人技术与系统国家重点实验室哈尔滨150080

针对微对象辅助释放的操作液滴需求,基于压电驱动的方法进行辅助液滴的分配控制,设计了压电微喷分配器,利用单脉冲压电激励实现非接触式分配,分析了单液滴的形成条件。基于多物理场法,建立压电微喷液滴的多物理场耦合模型,包括压电设备... 详细信息

针对微对象辅助释放的操作液滴需求,基于压电驱动的方法进行辅助液滴的分配控制,设计了压电微喷分配器,利用单脉冲压电激励实现非接触式分配,分析了单液滴的形成条件。基于多物理场法,建立压电微喷液滴的多物理场耦合模型,包括压电设备、流固耦合、层流和两相流模型,以此模拟液滴的形成进程,并分析影响液滴形成能力的因素。在构建的微操作系统平台上进行实验分析,结果表明,分配液滴的体积随着驱动电压的幅值和脉冲宽度的增大而增大,较大的参数值利于单液滴形成,与仿真结果分析一致。通过对控制参数的复合调节,所设计的分配器可分配3.5nL的最小液滴,满足微对象辅助释放的操作液滴要求。直径为200μm的锡球和聚苯乙烯微球的辅助释放任务的实施,验证了所提出的方法和研制工具的有效性。

关键词：微操作压电驱动微喷液滴多物理场