2017年江苏高等学校自然科学研究面上自筹经费
国家科研经费管理办法
国家科研经费管理办法科研经费的问题一直是学术界、管理层和各大媒体关注的热门议题。
下文是国家科研经费管理办法，欢迎阅读!国家科研经费管理办法最新版内容第一章总则第一条为贯彻落实《国家中长期科学和技术发展规划纲要(20xx-20xx年)》，规范和加强国家重点基础研究发展计划(以下简称973计划)专项经费的管理，提高资金使用效益，根据《国务院办公厅转发财政部科技部关于改进和加强中央财政科技经费管理若干意见的通知》(国办发[20xx]56号)和国家有关财务规章制度，制定本办法。
第二条973计划专项经费(以下简称专项经费)来源于中央财政拨款，主要用于支持中国大陆境内具有法人资格的科研机构和高等院校开展面向国家重大战略需求的基础研究和承担相关重大科学研究计划。
专项经费优先支持国家重点研究基地及优秀团队依托单位承担973计划任务。
第三条专项经费管理和使用原则：(一)集中财力，突出重点。
专项经费要集中用于支持国家确定的、由973计划承接的重点研究任务，保障其经费需求，避免分散使用。
(二)科学安排，合理配置。
要严格按照项目的目标和任务，科学合理地编制和安排预算，杜绝随意性。
(三)单独核算，专款专用。
项目和课题经费应当纳入单位财务统一管理，单独核算，确保专款专用，并建立专项经费管理和使用的追踪问效机制。
第四条973计划项目预算由课题预算组成。
根据财政预算管理要求和973计划特点，课题年度预算纳入科技部部门预算管理。
第五条科技部建立科研项目预算管理数据库，完善信息公开公示制度。
将项目(课题)预算安排情况、项目和课题承担单位、首席科学家、课题负责人和课题研究人员、承担单位承诺的科研条件等内容纳入数据库进行管理，对非保密信息及时予以公开，接受社会监督。
第二章课题经费开支范围第六条课题经费是指在课题组织实施过程中与研究活动直接相关的、由专项经费支付的各项费用。
第七条课题经费的开支范围一般包括设备费、材料费、测试化验加工费、燃料动力费、差旅费、会议费、国际合作与交流费、出版/文献/信息传播/知识产权事务费、劳务费、专家咨询费、管理费等。
中国水肥一体化施肥设备研究现状与发展趋势
第３９卷 第２期Ｖｏｌ．３９ Ｎｏ．２李红中国水肥一体化施肥设备研究现状与发展趋势李红 ，汤攀，陈超，张志洋，夏华猛（江苏大学国家水泵及系统工程技术研究中心，江苏镇江２１２０１３）收稿日期：２０２０－０２－２０；修回日期：２０２０－０４－２０；网络出版时间：２０２１－０１－２２网络出版地址：ｈｔｔｐｓ：／／ｋｎｓ．ｃｎｋｉ．ｎｅｔ／ｋｃｍｓ／ｄｅｔａｉｌ／３２．１８１４．ＴＨ．２０２１０１２１．１５５３．０３２．ｈｔｍｌ基金项目：江苏省农业科技自主创新资金资助项目（ＣＸ（１９）２０４０）；江苏省高等学校自然科学研究面上项目（１９ＫＪＢ４７００１４）第一作者简介：李红（１９６７—），女，江苏兴化人，研究员，博士生导师（通信作者，ｈｌｉ＠ｕｊｓ．ｅｄｕ．ｃｎ），主要从事节水灌溉技术及设备开发研究．第二作者简介：汤攀（１９８９—），男，湖南常德人，助理研究员，博士（ｔａｎｇｐａｎ１９＠１６３．ｃｏｍ），主要从事节水灌溉技术及设备开发研究．摘要：为了促进中国水肥一体化施肥设备的研究开发及推广应用，总结分析了中国水肥一体化施肥设备科研、生产及实际应用中存在的问题，概述了施肥设备的发展现状，重点阐述分析了文丘里施肥器、压差施肥罐、比例施肥泵、柱塞泵及固体肥料溶解施肥装置等常用施肥设备的技术特点、研究进展和存在问题等．在此基础上，基于绿色农业发展理念和农业物联网的发展需要，指出施肥设备的发展亟需结合作物区域种植特点，综合施策，创新发展多种先进施肥装备及技术，建立节水节肥技术综合管理体系，重点研究管路中水肥流动规律、优化设计方法、产品研发与标准化、灌水施肥制度与智能水肥一体化系统，实现施肥设备的多功能、低能耗及精准化、水肥一体化系统的信息化与智能化，切实有效提高水肥利用率．关键词：施肥设备；水肥一体化；文丘里施肥器；压差施肥罐；比例施肥泵中图分类号：Ｓ２７５．９ 文献标志码：Ａ 文章编号：１６７４－８５３０（２０２１）０２－０２００－１０Ｄｏｉ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１６７４－８５３０．２０．００３６ 李红，汤攀，陈超，等．中国水肥一体化施肥设备研究现状与发展趋势［Ｊ］．排灌机械工程学报，２０２１，３９（２）：２００－２０９． ＬＩＨｏｎｇ，ＴＡＮＧＰａｎ，ＣＨＥＮＣｈａｏ，ｅｔａｌ．ＲｅｓｅａｒｃｈｓｔａｔｕｓａｎｄｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｔｒｅｎｄｏｆｆｅｒｔｉｌｉｚａｔｉｏｎｅｑｕｉｐｍｅｎｔｕｓｅｄｉｎｆｅｒｔｉｇａｔｉｏｎｉｎＣｈｉ ｎａ［Ｊ］．Ｊｏｕｒｎａｌｏｆｄｒａｉｎａｇｅａｎｄｉｒｒｉｇａｔｉｏｎｍａｃｈｉｎｅｒｙｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ（ＪＤＩＭＥ），２０２１，３９（２）：２００－２０９．（ｉｎＣｈｉｎｅｓｅ）ＲｅｓｅａｒｃｈｓｔａｔｕｓａｎｄｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｔｒｅｎｄｏｆｆｅｒｔｉｌｉｚａｔｉｏｎｅｑｕｉｐｍｅｎｔｕｓｅｄｉｎｆｅｒｔｉｇａｔｉｏｎｉｎＣｈｉｎａＬＩＨｏｎｇ，ＴＡＮＧＰａｎ，ＣＨＥＮＣｈａｏ，ＺＨＡＮＧＺｈｉｙａｎｇ，ＸＩＡＨｕａｍｅｎｇ（ＮａｔｉｏｎａｌＲｅｓｅａｒｃｈＣｅｎｔｅｒｏｆＰｕｍｐｓ，ＪｉａｎｇｓｕＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｚｈｅｎｊｉａｎｇ，Ｊｉａｎｇｓｕ２１２０１３，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：ＩｎｏｒｄｅｒｔｏｐｒｏｍｏｔｅｔｈｅｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔａｎｄｐｏｐｕｌａｒｉｚａｔｉｏｎｏｆｆｅｒｔｉｌｉｚａｔｉｏｎｅｑｕｉｐｍｅｎｔｉｎＣｈｉｎａ，ｔｈｅｃｕｒｒｅｎｔｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｓｔａｔｕｓｏｆｆｅｒｔｉｌｉｚａｔｉｏｎｅｑｕｉｐｍｅｎｔｕｓｅｄｉｎｆｅｒｔｉｇａｔｉｏｎｗｅｒｅｓｕｍｍａｒｉｚｅｄ．Ｔｈｅｔｅｃｈ ｎｉｃａｌｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ，ｒｅｓｅａｒｃｈｐｒｏｇｒｅｓｓａｎｄｅｘｉｓｔｉｎｇｐｒｏｂｌｅｍｓｏｆＶｅｎｔｕｒｉｆｅｒｔｉｌｉｚｅｒ，ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌｐｒｅｓｓｕｒｅｔａｎｋ，ｐｒｏｐｏｒｔｉｏｎａｌｆｅｒｔｉｌｉｚａｔｉｏｎｐｕｍｐ，ｐｌｕｎｇｅｒｐｕｍｐａｎｄｓｏｌｉｄｆｅｒｔｉｌｉｚｅｒｄｉｓｓｏｌｖｉｎｇｆｅｒｔｉｌｉｚａｔｉｏｎｄｅｖｉｃｅｗｅｒｅｍａｉｎｌｙｅｘｐｌａｉｎｅｄａｎｄａｎａｌｙｚｅｄ．Ｂａｓｅｄｏｎｔｈｅｃｏｎｃｅｐｔｏｆｇｒｅｅｎａｇｒｉｃｕｌｔｕｒｅｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔａｎｄｔｈｅｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｎｅｅｄｓｏｆｔｈｅａｇｒｉｃｕｌｔｕｒａｌｉｎｔｅｒｎｅｔｏｆｔｈｉｎｇｓ，ｔｈｅｆｕｔｕｒｅｒｅｓｅａｒｃｈｐｒｉｏｒｉｔｉｅｓａｎｄｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｔｒｅｎｄｓｏｆｆｅｒｔｉｌｉｚａｔｉｏｎｅｑｕｉｐｍｅｎｔｗｅｒｅｐｒｏｐｏｓｅｄ．Ｕｎｄｅｒｔｈｅｂａｃｋｇｒｏｕｎｄｏｆｔｈｅｃｏｕｎｔｒｙ′ｓｖｉｇｏｒｏｕｓｄｅｖｅｌｏ ｐｍｅｎｔｏｆｓｕｓｔａｉｎａｂｌｅｅｃｏｌｏｇｉｃａｌａｇｒｉｃｕｌｔｕｒｅ，ｉｔｉｓｕｒｇｅｎｔｔｏｃｏｍｂｉｎｅｔｈｅｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓｏｆｒｅｇｉｏｎａｌｐｌａｎ ｔｉｎｇｏｆｃｒｏｐｓ，ｃｏｍｐｒｅｈｅｎｓｉｖｅｌｙｉｍｐｌｅｍｅｎｔｓｔｒａｔｅｇｉｅｓ，ｉｎｎｏｖａｔｅａｎｄｄｅｖｅｌｏｐａｖａｒｉｅｔｙｏｆａｄｖａｎｃｅｄｆｅｒｔｉｌｉｚａｔｉｏｎｅｑｕｉｐｍｅｎｔａｎｄｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ，ａｎｄｅｓｔａｂｌｉｓｈｗａｔｅｒａｎｄｆｅｒｔｉｌｉｚｅｒｍａｎａｇｅｍｅｎｔｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓｓｙｓｔｅｍｔｏｅｆｆｅｃｔｉｖｅｌｙｉｍｐｒｏｖｅｗａｔｅｒａｎｄｆｅｒｔｉｌｉｚｅｒｕｔｉｌｉｚａｔｉｏｎ．Ｔｈｅｆｌｏｗｌａｗｏｆｗａｔｅｒａｎｄｆｅｒｔｉｌｉｚｅｒｓｏｌｕｔｉｏｎｉｎｔｈｅｐｉｐｅ，ｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎｄｅｓｉｇｎｍｅｔｈｏｄｓ，ｐｒｏｄｕｃｔｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔａｎｄｓｔａｎｄａｒｄｉｚａｔｉｏｎ，ｉｒｒｉｇａｔｉｏｎａｎｄｆｅｒｔｉｌｉｚａ ｔｉｏｎｓｃｈｅｄｕｌｅ，ａｎｄｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔｆｅｒｔｉｇａｔｉｏｎｓｙｓｔｅｍｓｈｏｕｌｄｂｅｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｅｄｔｏａｃｈｉｅｖｅｍｕｌｔｉｆｕｎｃｔｉｏｎａｌ，ｌｏｗｅｎｅｒｇｙｃｏｎｓｕｍｐｔｉｏｎａｎｄｐｒｅｃｉｓｉｏｎｏｆｆｅｒｔｉｌｉｚａｔｉｏｎｅｑｕｉｐｍｅｎｔ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｆｅｒｔｉｌｉｚａｔｉｏｎｅｑｕｉｐｍｅｎｔ；ｆｅｒｔｉｇａｔｉｏｎ；Ｖｅｎｔｕｒｉｉｎｊｅｃｔｏｒ；ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌｐｒｅｓｓｕｒｅｔａｎｋ；ｐｒｏｐｏｒｔｉｏｎａｌｆｅｒｔｉｌｉｚａｔｉｏｎｐｕｍｐ 水是作物生存之源，是农业生产发展的必要条件，而肥料是作物增产高产的重要保障之一，在中国农业中占据重要地位．长期以来，肥料的不合理施用对自然生态环境造成了严重的破坏，如土壤肥力破坏、土壤污染、面源污染等，严重影响了农业的可持续发展［１－３］．中国是肥料的生产大国，同时也是肥料消费大国．由于施肥技术和肥料生产等多方面的原因导致中国的肥料利用率长期处于较低水平，氮肥为１５％～３５％，磷肥为１０％～２０％，钾肥为３５％～５０％，均远低于美国与以色列等发达国家的肥料利用率［４－６］．减少化肥使用量，合理施肥，提高化肥利用率已成为中国农业可持续发展和保障粮食安全的重要问题．近些年来，为了解决施肥过度和有效提高肥料利用率的问题，同时实现节水灌溉目标，水肥一体化技术得到了重视和发展．２０１７年中央“一号文件”明确指出要大规模实施农业节水工程，与此同时还要加大水肥一体化等先进农艺节水技术的推广力度．２０１９年发布的《〈国家节水行动方案〉分工方案》指出，要大力推进水肥一体化技术，每年发展水肥一体化面积１３３．３万ｈｍ２（２０００万亩）．由于中国地域广阔，种植的作物种类多、栽培方式多样、栽培季节差异大、田间配套设施条件不同、管理水平高低不同．因此，无论从国家政策要求，还是国内实际市场需求，研发适合中国国情的水肥一体化装备非常必要，这对于大力推进中国农业现代化发展具有重要意义．目前，精确灌溉与施肥是农业发展的主要方向，而水肥一体化系统实现精量施肥的关键在于施肥设备．因此，文中对中国水肥一体化施肥设备科研、生产及实际应用中存在的问题加以总结分析，提出需重点研究的问题，以期为水肥一体化施肥设备的发展提供参考．１ 施肥设备国内外研究现状水肥一体化是将施肥技术与灌溉技术相结合的一项新技术，是精确施肥与精确灌溉相结合的产物，在灌溉技术中占有重要地位［７］．水肥一体化技术利用灌溉系统，将肥料溶解在水中，同时进行灌溉与施肥，适时、适量地满足农作物对水分和养分的需求．与传统的施肥方式相比，采用水肥一体化技术施肥具有众多优点，如大幅减少肥料使用量、减少养分流失及降低面源污染、灵活调控以满足不同区域或作物对肥料的需求、提高作物产量和品质以及降低生产成本．施肥设备根据其自身特征及灌溉施肥要求安装在首部或灌水器前端，是水肥一体化系统的关键设备，其性能的优劣直接影响着灌溉与施肥的质量．目前常用的水肥一体化施肥设备有文丘里施肥器、比例施肥泵、全自动注肥设备、压差施肥罐等［８－１２］．按照施肥控制方式可分为２类：一类为定量施肥，即只能控制施肥总量，施肥浓度则随着施肥时间递减；另一类为定比例施肥，即施肥过程中施肥浓度保持不变，该类型施肥设备既可控制施肥总量，又可根据作物需求控制施肥比例．随着农业自动化与智能化的发展，定比例施肥设备正在逐渐取代定量施肥设备．１．１ 文丘里施肥器文丘里施肥器一般与灌溉进口处的阀门并联安装，水流通过文丘里管的时候，利用渐缩管处产生的压差将液态肥料从敞口的肥料罐吸入管网中，通过匹配不同口径的吸肥管可以调节注入肥料的浓度．其特点是造价低廉，使用方便，无须电力，但是其压力损失较大，多用于灌溉面积较小的区域．中国对文丘里施肥器的研究早期主要是对其水力性能参数等进行理论推导，例如，封俊等［１３］、李百军等［１４］结合伯努利方程以及连续性方程，推导了文丘里施肥器的临界流量、喉管压力、吸肥量等参数的计算公式．此后，范兴科等［１５］针对液体在文丘里施肥器中能量转化关系进行了理论推导与试验研究．这些理论公式对于文丘里施肥器的结构设计具有一定的理论指导意义．此后，国内外学者开始转向文丘里施肥器结构参数的试验研究．孟一斌［１６］、韩启彪等［１７］和严海军等［１８］对文丘里施肥器的吸肥性能进行了详细的试验研究．这些研究都为文丘里施肥器的实际应用提供了一定的指导，但无法指导文丘里施肥器的设计．王淼［１９］、孙艳琦［２０］、严海军２０１等［２１］、孔令阳［２２］使用模拟软件对文丘里施肥器的结构参数、能态转化以及水力性能等方面进行了系统研究．ＨＵＡＮＧ等［２３］采用ＣＦＤ方法分析了结构参数（喉部长度、喉部直径、吸肥口直径）对吸肥量的影响．刘永华等［２４］在综合考虑施肥设备及管路系统的沿程损失与局部损失的基础上采用ＣＦＤ方法对智能施肥机的文丘里结构参数进行了优化，并最终使智能施肥机的吸肥量提高了４７．６％．ＭＡＮＺＡＮＯ等［２５］应用研究了文丘里施肥器结构参数对压差损失的影响规律．程千等［２６］采用数值模拟的方法探讨了空化影响施肥器性能的原因．在文丘里施肥器的新产品研发方面，金永奎等［２７］研制开发出了４种新型的文丘里施肥器，为了弥补文丘里施肥器的自动控制装置的不足，李加念等［２８］基于脉宽调制技术研制开发出了一套变量的文丘里施肥设备．郑彩霞等［２９］发明了一种改进型文丘里施肥器，其喉部设置有手拧螺丝，手拧螺丝的下端设置有金属螺纹槽，使得文丘里施肥器喉部过流面积可调，从而灵活调节吸肥量．穆永航等［３０］设计了一种新型复合式文丘里施肥器，与单体文丘里施肥器相比较具有吸肥量大的特点．张建阔等［３１］为降低文丘里施肥器的吸肥临界进口压力，设计了一种双吸肥口文丘里施肥器．此外，有学者指出文丘里施肥器的制造材料也会对其水力性能产生影响．王海涛等［３２］选用了国内外６种不同材质的文丘里施肥器，对其压力能耗、吸肥效率以及振动与空化等综合性能开展了测试研究，并指出收缩率较小材质的施肥器制造偏差小且吸肥性能好．国内外学者对文丘里施肥器进行了大量研究，这些研究涵盖了文丘里施肥器的结构设计、内部流动以及工程应用等方面，从而基本掌握了文丘里施肥器的设计方法．但目前中国研发制造的文丘里施肥器的性能质量与国外尚有一定差距，例如存在倒吸现象、压力损失高以及使用寿命短等．这一方面需要从结构设计着手，另一方面也要从文丘里施肥器的材料以及制造工艺等方面加以研究改进，从而有效提高国产文丘里施肥器的综合性能．１．２ 智能施肥机另一种采用文丘里结构的施肥器为目前市场上较为先进的智能施肥机，该类型智能施肥机可以通过ＥＣ／ｐＨ值及流量监控装置在可编程控制器控制下，通过机器上的一组文丘里施肥器准确地把肥料养分或其他物质注入灌溉主管网中，用户可通过物联网进行可视化监测及控制．与此同时，该类型智能施肥机也可与气象站、土壤温湿度、蒸发量、降雨量和太阳辐射等传感器相连接，实现全自动智能调节和控制灌溉施肥．但该类型智能施肥机造价昂贵，不适用于一般用户．王海涛等［３３］探究了施肥机不同管路布置方式对文丘里施肥器在吸肥性能与可支配通道数量的影响，发现旁路吸肥式可同时支配６个高效吸肥的通道数量，３吸肥通道与旁路吸肥式管路的组合形式可推荐作为施肥机管路优化布置的首选方式．吴松等［３４］采用西门子Ｓ７－２００系列ＰＬＣ作为控制器，基于ＶＢ设计了１个通过管路连接到灌溉系统的施肥机，通过控制肥水的ＥＣ／ｐＨ浓度和进入灌溉管道的肥水量来实现自动施肥．付强等［３５］采用计数器数字滤波电路以及单片机设计了１种替代简单液位浮子的实用智能液位开关，发现利用该方法也可以根据不同工况设定不同参数滤除干扰信号，提高智能液位开关适用性．房俊龙等［３６］采用传感器技术、自动控制技术、信息采集与处理技术，开发出了通用嵌入式可编程软件，实现灌溉施肥从传统模式到智能模式的相互切换．邓晓栋等［３７］基于ＺｉｇＢｅｅ设计了一种水肥一体化智能灌溉系统，用户在服务器端通过组态王软件控制水池、肥料池或者混合池电磁阀的打开，进而灌溉与施肥．江新兰等［３８］设计了基于两线解码技术和云计算的设施农业水肥一体化智能云灌溉系统，该系统利用传感器实时采集作物生长环境参数，并将其传输和存储于数据管理云平台，利用云集群的计算和分析能力确定作物生长的水肥需求和灌溉施肥制度，实现水肥一体化的智能控制．国内学者开展了大量关于设施农业滴灌施肥控制系统的研究，多采用单片机控制原理，结合硬件装置和软件系统实现滴灌施肥作业的精准控制和同步实施，集成多种自动化智能控制施肥决策系统及配套施肥设备，保证作业过程中可精准控制施肥量、灌溉水量和施肥浓度等．但所开发的控制系统研究方法单一，自动化程度低，ＥＣ／ｐＨ值控制精度稳定性差且通用性低，多处于试验调试及小范围应用阶段，无法完全满足大田滴灌施肥精准控制的要求．１．３ 压差施肥罐压差施肥罐主要由肥料罐、节流阀门以及连接管组成，通过在罐体间形成压差，利用水流将罐中的肥液压入灌溉管网中．其特点是加工制造简单、使用方便，可适用于大田灌溉，但肥液的浓度会随施２０２肥时间而变化，无法控制施肥浓度，不利于精确施肥，且罐体容积有限，需要多次添加肥液．压差施肥罐的主要特征是肥液浓度随时间推进而不断衰减，而施肥罐内肥液浓度衰减规律可由阿莫斯·泰奇公式计算，该公式认为当约等于４倍罐容量的水流经罐内后，已有９８％的肥液随水进入灌溉系统．封俊等［３９］将文丘里施肥器与压差施肥罐相结合，并从理论上推导了肥液浓度衰减的计算公式．邓兰生等［４０］研究发现对于液体肥料，直接影响施肥时间的因素是流量，而不是压差；对于固体肥料，施肥时间的重要影响因素是流量和肥料的溶解速度．ＬＩ等［４１］和孟一斌等［４２］对压差施肥罐的出口肥液浓度动态变化进行了试验研究，并通过试验数据回归分析得到了肥液浓度随时间和压差、施肥量的变化关系式，以及施肥结束时间与上述因素的关系式．韩启彪［４３］也采用相同的研究方法得到了类似的计算公式．然而这些计算公式都是在特定的压差施肥罐和肥料下获得的，故缺乏一定的通用性．韩启彪等［４４］使用ＣＦＤ技术对施肥罐肥液浓度衰减规律进行了模拟研究，为压差施肥罐浓度衰减规律的研究提供了新的思路．为了克服压差施肥罐浓度变化的缺陷，鄢一新等［４５］通过在压差施肥罐中增加柔性防水薄膜，设计了一种差压隔膜式施肥设备，施肥罐中柔性薄膜起分隔水和肥的作用，从而保持施肥罐中肥液浓度不变．韩启彪等［４６］发明了一种轻小型半自动滴灌压差施肥车，其通过ＰＬＣ控制器、电磁阀以及流量浓度传感器对压差施肥罐的出口肥液浓度实现调控．目前中国已经能够生产各种规格的压差施肥罐，但出口肥液浓度随时间衰减的问题至今尚无较好的解决方法．因此，随着农业现代化的发展，精确变量施肥已成为当下农业发展的主要趋势之一，国内已有学者开始呼吁逐步淘汰压差施肥罐，进而采用施肥浓度恒定且可调的施肥设备．１．４ 比例施肥泵比例施肥泵是一种先进的水肥一体化施肥装备，其通过水压驱动内部吸液活塞的运动来向管网中定比地添加肥液．与其他施肥设备相比，比例施肥泵的施肥精度高，且注入比例可在一定范围内进行调节．图１为比例施肥泵工作过程示意图．比例施肥泵直接安装在水管上，由管路中水流驱动比例施肥泵工作．在带压水流的驱动下，驱动活塞进行往复运动，带动吸液活塞，吸液活塞按比例定量吸入肥液，再与作为动力的水混合，随后被输送到下游．吸入的肥液始终同进入比例施肥泵水的体积成比例，从而实现肥液与水的成比例混合．如图１ａ－１ｄ所示，水从进口进入泵内，在驱动活塞下表面形成较大的作用力推动驱动活塞上行，当驱动活塞向上运动到行程末端时，换向机构通过改变液体流道使液体进入驱动活塞上表面，从而使驱动活塞上表面所受到的作用力大于下表面所受到的作用力，迫使驱动活塞向下运动．当驱动活塞向下运动到行程末端时，换向机构通过改变液体流道使驱动活塞进入下一往复运动．图１ 比例施肥泵工作原理示意图Ｆｉｇ．１ Ｓｃｈｅｍａｔｉｃｄｉａｇｒａｍｏｆｗｏｒｋｉｎｇｐｒｉｎｃｉｐｌｅｆｏｒｐｒｏｐｏｒｔｉｏｎａｌｐｕｍｐ法国ＤＯＳＡＴＲＯＮ公司早在１９７４年就开发出了比例施肥泵［４７］，此后经过不断发展，目前已经开发出了比例施肥泵的系列产品以满足不同应用场合的需求，但有关比例施肥泵的技术研究都属于保密内容，无公开的研究资料．中国在施肥泵方面的研究较晚，李百军等［４８］与赵立新等［４９］都从原理及试验上初步研制过水动比例施肥泵，但这些都没有形成产品．高本虎等［５０］、徐茂云等［５１］在“九五”“十五”期间相继申请了关于活塞式水力驱动比例施肥泵的专利，王建东等［５２］在其基础上进行了进一步的修改，制造出施肥泵样品，并进行了试验测试．为了研究国外水力驱动比例施肥泵的水力性能并借鉴其结构设计方面的先进经验，韩启彪等［５３］对市场上应用较为广泛的一些典型产品进行了性能测试，根据试验结果给出了典型产品的工作压差和流量关系以及工作压差的合理控制范围等参数．赵友俊［５４］在参考国外同类型产品的基础上设计了一种水力驱动式比例施肥泵，认为其性能可以达到国外同类产品的水平．杨大森等［５５－５６］对国内外同类型及相同参数的比例施肥泵进行了对比分析试验，指出国内产品的肥液注入精度以及同压差下进口流量不如国２０３外产品；另外还采用高速摄影技术拍摄了不同工作压差下比例施肥泵驱动活塞的运动过程并分析了运动规律．骆志文等［５７］对３种比例施肥泵的水力性能进行了试验，提出比例施肥泵驱动腔和抽液腔的容积效率计算公式．汤攀等［５８］在比例施肥泵运行机理分析的基础上，采用流固耦合动网格技术进行数值模拟，分析其内部流动以及活塞受力．骆志文等［５７］研究了比例施肥泵进出口、进口腔、驱动腔、进水阀口、出水阀口直径以及换向弹簧的刚度对比例施肥泵的水力性能的影响．目前国内对比例施肥泵的研究已逐渐增多，但是依然缺乏自主的设计方法和优秀产品，国内市场主要被法国Ｄｏｓａｔｒｏｎ、以色列Ｍｉｘｒｉｔｅ和美国Ｄｏｓｍａｔｉｃ等国外公司的产品所占据．总体而言，虽然不同学者针对不同应用场合开发出了相应的施肥设备，但比例施肥泵仍然是较通用的施肥设备，而目前仍缺乏对比例施肥泵深入系统的基础理论研究．比例施肥泵关键水力尺寸对进口流量、注入流量和注肥精度等水力性能的影响，比例施肥泵设计方法等都有待进一步研究．１．５ 柱塞泵及其他类型泵严海军等［５９］针对圆形喷灌机实际应用和作物的施肥特点，设计了一台双缸柱塞式注肥泵（包括液力端、传动端、柱塞、密封及配套动力等），并指出改变柱塞行程和电源频率可以有效调节注肥泵的注肥流量．在此基础上，严海军等［６０］又以注射喷嘴的孔口直径、安装位置以及注肥泵的电源频率为试验因素，对圆形喷灌机应用该施肥设备时的喷灌施肥均匀性进行了试验研究．美国Ａｇｒｉ－ｉｎｊｅｃｔ公司也开发出了相同的设备，该施肥设备主要由搅拌器、肥液桶及柱塞泵组成，该类型施肥设备主要配套平移式喷灌机及圆形喷灌机等大型喷灌机使用．其他应用于水肥一体化系统的泵类型主要包括离心泵、隔膜泵及蠕动泵等，但其应用范围较小．１．６ 固体肥料溶解施肥装置张志洋等［６１－６３］设计了２种固体肥料溶解混施的水肥一体化装置，一种是自流式溶解施肥装置，装置主要由直流水泵、流量传感器、进水管、混肥桶、滤网桶、加肥装置、出口管和排污管８个部件组成，如图２所示．工作时，将固体肥料填入加肥装置中，肥料均匀地落入滤网桶中，滤网桶起到过滤固体肥料中不溶于水的杂质的作用；同时直流水泵从水源往混肥桶中注水，进水管偏心安装在混肥桶外壁，进水可切向冲击混肥桶中的肥液，推动肥液旋转，加速混肥桶中固体肥料的溶解速度；当混肥桶中的肥液上升到出口管位置时，肥液从出口管中流出；流量传感器用于检测装置的进口流量；装置工作完成后，混肥桶中残余肥液从排污管排出．在此基础上，张志洋等［６３］以滤网桶直径、滤网桶网孔数、滤网桶安装高度、进口水流量、加肥速度和加肥方式为试验因素，对装置运行时的性能（主要表现为出口肥液浓度均匀性）进行了试验研究．此外，夏华猛等［６４］又在此基础上搭建了控制系统，采用ＳＴＭ３２微控制器作为控制核心，对出口肥液的质量浓度实时检测，采用ＰＷＭ脉宽调节固体肥料添加速度，构建闭环控制回路，提高了装置的施肥均匀性．该装置主要应用于灌溉系统末端，结构简单，操作方便，能够直接施用固体肥料，可有效降低水肥一体化使用成本，但施肥量不大、施肥面积小且其自动化和智能化水平有待进一步提高．图２ 自流式溶解施肥装置Ｆｉｇ．２ Ｇｒａｖｉｔ ｆｌｏｗｉｎｇｄｉｓｓｏｌｖｉｎｇａｎｄｆｅｒｔｉｌｉｚｉｎｇｄｅｖｉｃｅ另一种是泵入式溶解施肥装置，主要由加肥装置、搅拌器、滤网桶、混肥腔、蓄肥腔、泄流口、供水泵和注肥泵等构成，如图３所示．装置运行时，固体肥料经过加肥机构后均匀定量地落入滤网桶中，同时供水泵向混肥腔中注水至设定液位，搅拌器运行加快肥料溶解速度，肥料溶解完成后电磁阀打开，混好的肥液流入蓄肥腔中，注肥泵开始注肥；当混肥腔中的肥液全部流入蓄肥腔后电磁阀关闭，混肥腔中重复以上混肥工作．通过控制进水量和加肥量即可调节施肥浓度．该装置安装在灌溉系统首部，施肥控制面积大，配比母液浓度范围广且精确可调，已实现自动化运行，但智能化程度尚有待提高．刘林等［６５］也开发了一种施用固体肥料的大田移动式精量配肥灌溉施肥一体机，其机械部分包括移动行走架、精量配肥装置和首部枢纽装置．其中，移动行走架便于一体机在田间移动，精量配肥装置用于肥料比例掺混溶解和母液浓度动态调控，首部２０４枢纽装置用于输送灌溉水和肥料母液，并为水肥一体化系统提供灌溉压力．该施肥设备控制系统集成了灌溉施肥时间分配模型和母液浓度动态调控方法，可实现母液浓度精准调控和全自动灌溉施肥．图３ 泵入式溶解施肥装置Ｆｉｇ．３ Ｉｎｊｅｃｔｉｏｎｄｉｓｓｏｌｖｉｎｇａｎｄｆｅｒｔｉｌｉｚｉｎｇｄｅｖｉｃｅ２ 未来研究重点与发展趋势精确灌溉与施肥是农业发展的主要方向，在国家大力发展可持续生态农业背景下，亟需结合作物区域种植特点，创新发展多种先进施肥设备及技术，建立节水节肥技术管理体系，切实、有效地提高水肥利用率．基于绿色农业发展理念和农业物联网的发展需要，提出未来中国水肥一体化施肥设备的研究重点及发展趋势．２．１ 发展趋势１）多功能、低能耗及精准化是施肥设备的发展趋势．随着能源危机的加剧，国家将节约能源提到战略高度，开发低能耗及精准化的产品，降低能源消耗，提高水肥利用率将是微灌技术与产品研发的一个重要趋势．与此同时，考虑农药与水肥一体化系统的有机结合，研究相应配套水肥药装备，开发出高效及多功能的水肥药一体化系统也是重要的发展趋势．２）信息化与智能化是水肥一体化系统的发展趋势．随着信息技术、计算机智能控制技术、机电一体化技术、３Ｓ技术、传感与检测技术等在节水灌溉技术中更为广泛的应用，考虑将单一施肥作业逐渐转变为变量施肥作业，开发设计多种关键部件结构，实现多变量在线配肥及施肥功能，进一步提高施肥系统自动化和智能化水平．结合高效节水灌溉技术与作物信息采集技术，重点开展基于农业物联网的智慧精准灌溉施肥系统及配套装备研究，加快推进滴灌施肥及喷灌施肥等节约型技术发展．２．２ 研究重点１）水肥流动规律．采用更有效的研究方法对文丘里的流动机理及结构参数进行研究，达到降低其压差损失的目的；通过大量试验，寻找不同种类肥料施用时的施肥浓度随时间变化的规律，作为压差施肥应用推广的重要支撑；通过模拟与试验相结合的方法，掌握肥液进入田间后的流动过程，总结出流动规律以进一步指导设备的施肥作业；针对作物（不同作物或不同生长阶段）对肥液的需求，结合作物的种植方式以及系统布置方式，研究管网中水肥运移规律，探索肥液特性对系统灌水施肥均匀性的影响．２）优化设计方法．加强水动比例施肥泵的机理及设计方法的研究，促进产品的国产化，降低应用成本；优化文丘里施肥器设计方法，解决国产文丘里施肥器倒吸和压力损失过高等问题；基于柱塞泵的机理研究，降低柱塞泵出口由于柱塞往复运动而产生的压力脉动．设计出更大流量的柱塞泵，扩大柱塞泵的使用范围，优化柱塞泵的设计方法；针对不同的评价指标（系统能耗、施肥均匀性和经济性等），建立施肥设备的优化选型方法，采用不同的优化算法（遗传算法、蚁群算法和粒子群算法等）优化配置施肥设备，建立多目标优化配置模型．３）产品研发与标准化．根据现有灌溉施肥制度，研发配套的施肥设备；针对作物区域种植特点，加强适用于低压管道及渠灌施肥设备的研究开发；针对中国耕地特点研发适用于大田的水肥一体化设备；针对中国农业肥料施用特点，开发推广施用固体肥料的水肥一体化设备；针对不同施肥设备在不同系统中的应用情况，制定相应的操作技术规程，指导实际应用；重点研发高效液体肥料及水溶肥料，实现肥料产业绿色转型升级；建立水肥一体化设备的行业标准，制定设备性能检测方法及平台，促进水肥一体化设备市场健康有序地发展．４）灌水施肥制度．根据不同区域条件、植物种类，研究土壤养分水分技术参数、灌溉技术参数、施肥技术参数，研究作物在不同生长阶段的水分和养分利用特点；研究水肥一体化条件下不同水肥组合处理下作物生长、产量和品质等指标的响应规律，结合气象因素，探索作物节水节肥调制机理；采用综合评判方法，以实现最大产量和最佳品质为目标，确定施肥比例、灌水施肥的次数、定额、周期和最佳时期，建立高效经济的灌水施肥制度及相应设备和系统的灌水施肥操作规程．２０５。
执行器失效故障的PD型迭代学习容错控制
科技与创新┃Science and Technology & Innovation·6·文章编号：2095－6835（2015）08－0006－03执行器失效故障的PD 型迭代学习容错控制＊夏 钧，陶洪峰（江南大学教育部轻工过程先进控制重点实验室，江苏 无锡 214122）摘 要：针对发生执行器失效故障的时变控制系统，提出了一种基于迭代学习律的容错控制方法。
该方法采用了PD 型迭代学习控制律，利用重复过程的批次信息反复进行迭代学习，缩小控制器的输出误差，跟踪系统预设的期望轨迹。
随后，利用算子理论和 范数论证了系统保持鲁棒稳定和良好跟踪性能的充分条件。
该条件能够有效抑制执行器故障，将系统的实际输出收敛在预设轨迹的邻域内。
仿真结果说明，此算法收敛速度快，不仅能确保故障系统渐进稳定，而且具有良好的跟踪性能，是一种易于实现并且稳定、有效的容错控制算法。
关键词：容错控制；迭代学习；PD 型学习律；执行器故障中图分类号：TP273 文献标识码：A DOI ：10.15913/ki.kjycx.2015.08.006随着现代社会生产力的不断提高，容错控制系统已经成为了学术界和工程界研究的焦点。
容错控制系统能够保证系统在执行器或传感器发生故障的情况下，不需要调整控制策略依然可以保持鲁棒稳定和一定的系统性能。
这些特点使得容错控制系统被广泛运用于航天、化工、核能等安全性能要求极高的领域。
正因为它应用范围广，设计简单，并且有很强的实时性，所以，成为了热点研究课题。
近年来，许多学者研究了发生执行器故障的容错控制系统。
文献［6］利用线性矩阵不等式（LMI ）技术对非线性系统进行状态反馈补偿，设计了离线可恢复故障模式的容错控制器，提出了4种主动容错控制器来满足系统的不同需求。
由于使用了被动容错控制方法，控制器的保守型较强。
文献［7］针对高速运行条件下的PMSM 系统的位置传感器故障，利用缩放法估计系统的转速和位置，然后结合最大似然算法，使系统保持鲁棒渐进稳定。
江苏省高等学校自然科学研究项目验收报告
附件3江苏省高等学校自然科学研究项目验收报告项目编号：项目类型：项目名称：项目负责人：所在学校：起止时间：20 年月至20 年月验收时间：20 年月日江苏省教育厅制2017年4月目录一、项目成果简表二、项目成果摘要（主要解决的关键技术、创新点和取得的突出成果，包括代表性的图解等；重大项目不少于800字，面上项目不少于500字）三、研究计划执行情况（研究目标、内容、进度等计划任务执行完成情况；进行必要的调整和变动的内容，未按计划进行研究内容及其原因）四、研究工作进展和取得的成果（主要技术与经济指标完成情况，项目实施的绩效等；论文、专著、专利、软件、数据库、模型等主要研究成果介绍，说明其水平和影响，并简要阐述其科学意义或应用前景等；提供必要的国内外动态和研究成果的比较，必要的参考文献出处等）五、成果应用转化和取得的经济社会效益情况六、项目负责人基本情况（项目实施期内项目负责人职称变化情况，后续项目资助情况、人才计划情况，获奖情况等）七、项目的人才培养情况八、存在的问题、纵深研究的建议及其他需要说明的情况九、项目经费决算表（经项目负责人和财务负责人签章，加盖学校财务公章）十、所在高等学校审核意见- 14 -十一、验收专家组名单十二、专家组验收意见十三、省教育厅意见（面上项目不填此栏）十四、有关附件附件1．江苏省高等学校自然科学研究项目合同（正式签订的项目合同复印件）附件2．代表性论著（论著目录及复印件；论文目录须注明：刊物名称、时间、卷（期）、起止页码，专著目录须注明：时间、出版社、社址；论著须标注“江苏省高等学校自然科学研究项目资助”及“项目编号”）附件3．专利、软件、数据库、模型等代表性研究成果证明材料附件4．成果应用转化证明材料附件5．获奖证书复印件附件6．后续项目资助、人才计划证明材料附件7．其他- 14 -一、项目成果简表- 14 -- 14 -二、项目成果摘要（主要解决的关键技术、创新点和取得的突出成果，包括代表性的图解等；重大项目不少于800字，面上项目不少于500字）- 14 -三、研究计划执行情况（研究目标、内容、进度等计划任务执行完成情况；进行必要的调整和变动的内容，未按计划进行研究内容及其原因）- 14 -四、研究工作进展和取得的成果（主要技术与经济指标完成情况，项目实施的绩效等；论文、专著、专利、软件、数据库、模型等主要研究成果介绍，说明其水平和影响，并简要阐述其科学意义或应用前景等；提供必要的国内外动态和研究成果的比较，必要的参考文献出处等）- 14 -五、成果应用转化和取得的经济社会效益情况六、项目负责人基本情况（项目实施期内项目负责人职称变化情况，后续项目资助情况、人才计划情况，获奖情况等）- 14 -七、项目的人才培养情况八、存在的问题、纵深研究的建议及其他需要说明的情况- 14 -九、项目经费决算表经费单位：万元项目负责人（签章）：财务负责人（签章）：（学校财务公章）年月日十、所在高等学校审核意见十一、验收专家组名单十二、专家组验收意见十三、省教育厅意见（面上项目不填此栏）十四、有关附件附件1．江苏省高等学校自然科学研究项目合同（正式签订的项目合同复印件）附件2．代表性论著（论著目录及复印件；论文目录须注明：刊物名称、时间、卷（期）、起止页码，专著目录须注明：时间、出版社、社址；论著须标注“江苏省高等学校自然科学研究项目资助”及“项目编号”）附件3．专利、软件、数据库、模型等代表性研究成果证明材料附件4．成果应用转化证明材料附件5．获奖证书复印件附件6．后续项目资助、人才计划证明材料附件7．其他。
基于BERT的短文本相似度判别模型
基于BERT的短文本相似度判别模型方子卿，陈一飞*（南京审计大学信息工程学院，江苏南京211815）摘要：短文本的表示方法和特征提取方法是自然语言处理基础研究的一个重要方向，具有广泛的应用价值。
本文提出了BERT_BLSTM_TCNN模型，该神经网络模型利用BERT的迁移学习，并在词向量编码阶段引入对抗训练方法，训练出包括句的语义和结构特征的且泛化性能更优的句特征，并将这些特征输入BLSTM_TCNN层中进行特征抽取以完成对短文本的语义层面上的相似判定。
在相关数据集上的实验结果表明：与最先进的预训练模型相比，该模型在有着不错的判定准确率的同时还有参数量小易于训练的优点。
关键词：词向量模型；自然语言处理；短文本相似度；卷积神经网络；循环神经网络中图分类号：G642文献标识码：A文章编号：1009-3044(2021)05-0014-05开放科学（资源服务）标识码（OSID）：Short Text Similarity Discrimination Model based on BERTFANG Zi-qing,CHEN Yi-fei*(Nanjing Audit University,Nanjing211815,China)Abstract:Short text representation methods and feature extraction methods are an important direction of basic research in natural language processing,and have a wide range of applications.This paper proposes the BERT_BLSTM_TCNN model.The neural net⁃work model uses BERT's transfer learning and introduces an adversarial training method in the word vector encoding stage to train sentence features that include the semantic and structural features of the sentence and have better generalization performance,and combine these The feature is input into the BLSTM_TCNN layer for feature extraction to complete the similarity determination on the semantic level of the short text.The experimental results on the relevant data set show that:compared with the most advanced pre-training model,this model has a good judgment accuracy rate and also has the advantages of small parameters and easy train⁃ing.Key words:word embedding model;natural language processing;short text similarity;convolutional neural networks;recurrent neu⁃ral networks近些年来随着个人计算机的普及和各种网络信息技术的快速进步，数字化的文本数量也随之呈现爆炸式的增长。
2017年度国家自然科学奖二等奖
2017年度国家自然科学奖二等奖一、简介2017年度国家自然科学奖是我国自然科学领域的重要奖项，被誉为我国自然科学领域最高荣誉之一。
该奖项旨在表彰对我国自然科学进步做出突出贡献的个人和团队，促进科学技术的发展和创新。
二等奖是其中的一个级别，代表了在自然科学领域取得了重大成果的研究项目。
二、评选标准获得国家自然科学奖二等奖需要满足以下几个条件：1. 突出贡献：研究项目需要在特定领域取得显著的研究成果，对该领域的进步有重大推动作用。
2. 创新性：研究项目需要具有创新性，对科学理论或技术领域有重要的发展或应用意义。
3. 学术水平：参与研究的个人或团队需要在学术界有一定的声誉，具有较高的学术水平和研究能力。
4. 社会效益：研究成果需要对我国的科学技术发展，社会经济等方面有显著的贡献和影响。
三、2017年度二等奖获奖项目值得一提的是，2017年度国家自然科学奖二等奖共评选出25个项目获奖。
这些项目涵盖了物理、化学、生命科学、地球科学等多个自然科学领域，涉及了理论研究、实验研究、技术创新等多个方面。
其中，有一些项目具有重大而深远的影响，为我国自然科学的发展做出了重要贡献。
四、获奖项目的案例介绍为了更好地了解2017年度国家自然科学奖二等奖的获奖项目，下面我们介绍一些代表性的案例：1. 《某某领域重大科学问题的研究和解决》该研究项目针对某一重大科学问题展开了深入系统的研究，提出了全新的理论框架和解决方案，对该领域的发展产生了重大影响。
通过多年的实验验证和理论推导，研究团队取得了一系列重要成果，填补了国际空白，引起了广泛的关注。
2. 《某某生物技术的创新与应用》该研究项目致力于某一前沿的生物技术研究与开发，取得了举世瞩目的成果。
该技术在治疗某些疾病、提高作物产量、改善环境污染等方面具有重要的应用前景。
该项目的研究成果已经被广泛应用于生产实践和科研攻关中，取得了明显的社会经济效益。
3. 《某某新材料的研究与开发》该研究项目在某一新领域的材料研究与开发方面取得了突出成果，为我国的先进制造业和材料科学研究提供了重要支撑。
关于组织对2017年度校级教改项目进行中期检查的通知
关于组织对2017年度校级教改项目进行中期检查的通知各单位：我校2017年立项了一批校级教改项目，已经过近1年的建设时间，为了解课题进展情况，教务处现组织对课题进行中期检查。
一、检查形式：请各课题组填写《桂林电子科技大学教育教学改革项目中期检查报告书》。
（在本科教学服务网“常用下载”处下载）。
由教务处审核各课题组自查材料。
职业技术学院立项项目委托职业技术学院教务处开展，并将检查结果汇总表交学校教务处。
二、检查时间各课题负责人将《中期检查报告书》交到各学院盖章，各学院收齐本单位材料后于4月9日下班前统一交学校教学研究科。
教务处将根据检查情况，对进展顺利的课题拨付第二期经费。
教务处二〇一八年三月十九日2017年校级教育教学改革重点项目名单序号项目编号课题名称负责人成员所在单位1 JGA201701 面向“一流本科教育”的通信工程专业创新创业课程体系改革的探索与实践邓小芳仇洪冰、张金顺、刘庆华、陈冬梅、梁红玉、覃远年信息与通信学院2 JGA201702 “虚实结合”的设计类专业实践教学模式研究与应用宋冬慧李旭、汤洁、杨倩、赵勤恆、刘玲艺术与设计学院3 JGA201703 经管类跨专业创业实训研究花均南康正晓、韦秀仙、黄琳翔、黄立新、刘利利商学院4 JGA201704 学习者异质化取向下外语“全人”教学模式的理论和实践研究曾贞黄海玉、韦超兰、杨丽华外国语学院5 JGA201705 中加高校“常微分方程”课程教学的比较研究周霞陈爱永、刘期怀、张克磊、凌琳数学与计算科学学院序号项目编号课题名称负责人成员所在单位6 JGA201706 硬件任务驱动法在偏软课程教学中的改革与实践任风华符强、杨青、李优、张斌、周萍、王雪松电子工程与自动化学院7 JGA201707 基于工程教育认证的材料科学与工程专业培养方案改革与实践向定汉陈国华、周昌荣、唐振昌、马姣玲材料科学与工程学院8 JGA201708 基于PDCA循环理论的二级学院教学质量监控体系的研究与实践刘海浪吴迪、周旦、薛兴、雷蕾建筑与交通工程学院注：重点项目资助经费为10000元/项。
超声振动辅助激光熔覆IN718-Hf_涂层的抗高温氧化性能
第52卷第9期表面技术2023年9月SURFACE TECHNOLOGY·199·超声振动辅助激光熔覆IN718-Hf涂层的抗高温氧化性能嵇春艳1，黄蕾1，徐家乐1,2，蔡杰1，张腾1，孟宪凯1，黄舒1，周建忠1*（1.江苏大学 机械工程学院，江苏 镇江 212000；2.常州信息职业技术学院 机电工程学院，江苏 常州 213000）摘要：目的基于航天航空领域对IN718合金的抗高温氧化性能需求，通过活性元素（RE）掺杂与物理场辅助，提升IN718合金的抗高温氧化性能。
方法采用超声振动辅助激光熔覆工艺，在IN718合金表面制备IN718-Hf熔覆层，研究涂层的微观结构演变，以及在800 ℃下长达100 h的氧化行为。
利用扫描电子显微镜（SEM）、电子探针显微分析仪（EPMA）研究涂层的显微组织、氧化膜结构和元素分布。
通过X射线衍射仪（XRD）分析物相。
结果在不同Hf含量（均以质量分数表示）的涂层中，IN718-Hf（0.3%）涂层中的氧化层最薄、最均匀。
Hf的高化学活性使得它很容易与其他元素发生反应，增加了成核粒子数量，使涂层中的微观结构细化。
超声振动的施加提升了熔池的过冷程度，同时打碎了熔池中粗大的柱状枝晶，从而达到了细化晶粒的目的。
晶粒细化有利于形成致密均匀的氧化层，从而增强材料的抗高温氧化性。
氧化层具有双层结构，外层为MnCr2O4尖晶石，内层为Cr2O3。
Hf的掺杂和超声振动的施加促进了MnCr2O4尖晶石氧化物和Cr2O3的优先生成。
超声振动辅助IN718-Hf涂层的氧化增量（0.349 mg/cm2）、氧化速率常数（1.21×10–3 mg2·cm–4·h–1)）与IN718涂层相比，分别减少了46%、69%。
结论 Hf的掺杂和超声振动促进了涂层微观结构的细化，提升了抗高温氧化性能，扩展了IN718合金在航天航空领域的运用。
关键词：激光技术；超声振动；镍基合金；Hf；显微结构；高温氧化中图分类号：TG144.4；TN24 文献标识码：A 文章编号：1001-3660(2023)09-0199-10DOI：10.16490/ki.issn.1001-3660.2023.09.016High-temperature Oxidation Resistance of IN718-Hf Coatingby Ultrasonic Vibration-assisted Laser CladdingJI Chun-yan1, HUANG Lei1, XU Jia-le1,2, CAI Jie1, ZHANG Teng1,MENG Xian-kai1, HUANG Shu1, ZHOU Jian-zhong1*(1. School of Mechanical Engineering, Jiangsu University, Jiangsu Zhenjiang 212000, China; 2. School of Mechanical andElectrical Engineering, Changzhou College of Information Technology, Jiangsu Changzhou 213000, China)收稿日期：2022-08-31；修订日期：2023-01-21Received：2022-08-31；Revised：2023-01-21基金项目：国家自然基金面上项目（51875265）；江苏大学大学生科研课题立项资助项目（20A072）；江苏省高等学校自然科学研究项目（20KJB460016）；常州市科技计划（CJ20210034）Fund：National Natural Science Foundation of China (51875265); Jiangsu University Undergraduate Scientific Research Project Approval Support Project (20A072); Natural Science Research of the Jiangsu Higher Education Institutions of China (20KJB460016); Changzhou Sci&Tech Program (CJ20210034)引文格式：嵇春艳, 黄蕾, 徐家乐, 等. 超声振动辅助激光熔覆IN718-Hf涂层的抗高温氧化性能[J]. 表面技术, 2023, 52(9): 199-208.JI Chun-yan, HUANG Lei, XU Jia-le, et al. High-temperature Oxidation Resistance of IN718-Hf Coating by Ultrasonic Vibration-assisted Laser·200·表面技术 2023年9月ABSTRACT: To improve the high-temperature oxidation resistance, the doping of Reactive Element (RE) and physical field are used to treat the surface of IN718 alloy, since the aerospace field has higher requirements for its high-temperature oxidation resistance. In this experiment, the IN718-Hf coating was fabricated on IN718 alloy by ultrasonic vibration-assisted laser cladding. The microstructure evolution and oxidation behavior of multiple coatings at 800 ℃for 100 h were investigated. The microstructure, morphologies of oxide film, elemental distribution, and phase composition were studied by scanning electron microscopy (SEM), electron probe microanalyzer (EPMA), and X-ray diffractometer (XRD). The results indicated that the scale thickness of the IN718-0.3wt.% Hf coating was the thinnest and the oxide film was the most uniform among the coatings with different Hf contents (0, 0.3wt.%, 0.6wt.%, 0.9wt.%). With higher Hf content, more HfO2 was generated in the oxide scale, resulting in higher scale thickness and slight scale peeling. The excessive formation of HfO2 particles allowed rapid inward transport of oxygen, leading to an increase in the thickness of the oxide film. The high chemical activity of Hf made it easy to react with other elements and form new compounds in the molten pool, thereby increasing the number of nucleating particles during solidification and refining the microstructure of the coatings. The application of ultrasonic vibration increased the degree of supercooling of the molten pool, and at the same time broke the coarse columnar dendrites in the molten pool to further achieve grain refinement. The grain refinement was conducive to the formation of a more dense and uniform oxide layer, thereby improving the high-temperature oxidation resistance of the IN718 cladding layer. The oxide layer had a double-layer structure. The outer layer was MnCr2O4, and the inner layer was Cr2O3. The doping of Hf element and the application of ultrasonic vibration promoted the preferential formation of MnCr2O4 spinel oxide and Cr2O3. During this oxidation process, Hf prevented the outward diffusion of cations, but it did not prevent anions from diffusing inward. As a result, the growth of the oxide film changed from the outward diffusion of Cr3+ to the inward diffusion of O2–, which decreased the oxide film growth rate. Ultrasonic vibration further refined the microstructure of the coatings and induced a more uniform distribution of elements.It also increased the grain boundary density of the coating surface. Increased grain boundary density led to faster diffusion of Cr3+ in the coatings. Consequently, a stable, continuous, and compact Cr2O3 oxide film was formed over a short time. At the same time, the oxide nodules formed on the surface of the oxide film were more uniform and finer. Compared with the IN718 coating, the oxidation weight gain (0.349 mg/cm2) and oxidation rate constant (1.21×10–3 mg2·cm–4·h–1) of the ultrasonic vibration-assisted IN718-Hf coating were reduced by 46% and 69% respectively. The doping of Hf element and the application of ultrasonic vibration promote grain refinement, improve the high-temperature oxidation resistance, and expand the application of the IN718 alloy in the aerospace field.KEY WORDS: laser technology; ultrasonic vibration; nickel-based superalloy; Hf; microstructure; high-temperature oxidation近年来，IN718高温合金因其高强度、抗蠕变、高抗氧化[1-4]等特点，被广泛应用于飞机发动机热端零件。
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