利用拉普拉斯变换模拟渗灌材料吸水特性曲线-IngentaConnect.PDF

第 31 卷 第 2 期 农 业 工 程 学 报 Vol.31 No.2 2015 年 1 月 Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering Jan. 2015 87 利用拉普拉斯变换模拟渗灌材料吸水特性曲线 1 1※ 2 王晓健 ，张增志 ，毛一剑 （1. 中国矿业大学（北京）机电与信息工程学院，生态功能材料研究所，北京 100083 ； 2. 中国科学院自动化研究所，北京 100190 ）） 摘 要：为了定量研究渗灌复合材料吸水特性与其组分之间的关系,该文利用拉普拉斯变换求解渗灌复合材料的吸水微分 方程，同时模拟吸水率曲线，应用传递函数系数建立渗灌复合材料的吸水性与其试验组分之间的定量关系。设置 10 组比 例不同的组分制备而成的渗灌复合材料进行一次和二次吸水试验，另外 6 组比例不同的组分制备而成复合材料进行一次 吸水试验进行验证。结果表明：基于拉普拉斯变换求解的渗灌材料吸水曲线模拟值与实测值的相对误差为 0.04%～7.17%， 均方根误差＜0.0717，说明利用拉普拉斯变换对吸水曲线进行表征具有很好的稳定性、适用性及精确性；传递函数系数 与材料组分之间的定量关系可以用指数函数来表达，应用指数函数计算获得的传递函数的模拟值与实测值的均方根误差 ≤0.5，经验证，最大相对误差为4.01% ，表明传递函数系数与复合材料试验组分间指数函数关系的可靠性。该研究对于 后续的渗灌材料的研制及其导水特性研究具有指导意义。 关键词：材料；土壤；灌溉；拉普拉斯变换；渗灌；吸水特性；传递函数 doi ：10.3969/j.issn.1002-6819.2015.02.013 中图分类号：S11+9 文献标识码：A 文章编号：1002-6819(2015)-02-0087-07 王晓健，张增志，毛一剑. 利用拉普拉斯变换模拟渗灌材料吸水特性曲线[J].农业工程学报，2015，31(2)：87－93. Wang Xiaojian, Zhang Zengzhi, Mao Yijian. Simulation on water-absorption characteristic curve of infiltrating irrigation materials through Laplace-transform[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering (Transactions of the CSAE), 2015, 31(2): 87 －93. (in Chinese with English abstract) 生产应用当中缺少一定的理论指导。 0 引 言 在一些材料的组分、工艺、性能之间相关规律的研 渗灌属于一种地下灌溉技术，它利用地下管道将灌溉 究当中，人工神经网络模型[11]在矿物材料、陶瓷材料[12] 水输入田间，借助土壤毛细管作用湿润土壤，是一种节 中都有过一定的应用，但对于该模型仍存在一些问题， 水效果明显的灌溉技术，该技术已经受到业界的关注[1-4] 。 如运算过程通常不是很稳定，没有定量的评价标准等； 张增志等以应用黏土以及高吸水树脂作为导水保水材 拉普拉斯积分变换可通过其传递函数定量的表征系统的 料，并利用具有亲水性的纤维作为导水涂层的支撑材料， 动态特