糧食儲(chǔ)存機(jī)械通風(fēng)均勻性的研究

栗 楠

天津市糧食儲(chǔ)備有限公司分公司

糧食儲(chǔ)存機(jī)械通風(fēng)均勻性的研究

栗 楠

天津市糧食儲(chǔ)備有限公司分公司

農(nóng)業(yè)是我國(guó)的基礎(chǔ)產(chǎn)業(yè)，對(duì)于推進(jìn)我國(guó)社會(huì)穩(wěn)定，經(jīng)濟(jì)發(fā)展有著十分重要的意義，因此，做好糧食儲(chǔ)存機(jī)械機(jī)械通風(fēng)的研究工作，可以有效保證糧食安全，實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)的又好又快發(fā)展，基于此，本文分析了糧食儲(chǔ)存機(jī)械通風(fēng)均勻性分析研究工作。

糧食儲(chǔ)存；機(jī)械通風(fēng)；均勻性

引言

儲(chǔ)糧生態(tài)系統(tǒng)中溫度和水分是糧食安全儲(chǔ)存的主要參數(shù)，干燥和通風(fēng)操作是調(diào)控儲(chǔ)糧溫度和水分的重要方法?？諝馔ㄟ^(guò)糧堆時(shí)，可以帶走糧堆的熱量和水分而冷卻糧堆和降低其水分。同時(shí)，由于摩擦和繞流作用，會(huì)產(chǎn)生一個(gè)壓力降低(壓損)，每1m糧層的壓損稱為單位長(zhǎng)度的通風(fēng)阻力，它是通風(fēng)系統(tǒng)中風(fēng)機(jī)壓力必須克服的流動(dòng)阻力。對(duì)氣流阻力的預(yù)測(cè)和計(jì)算，是通風(fēng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)，也是衡量通風(fēng)系統(tǒng)是否節(jié)能的關(guān)鍵因素，在過(guò)去的幾十年里，科技工作者先后建立了各種不同的通風(fēng)阻力模型，并被應(yīng)用于儲(chǔ)糧通風(fēng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和優(yōu)化。

1、糧食機(jī)械通風(fēng)加濕原理

倉(cāng)儲(chǔ)糧堆是由糧食顆粒聚集而成，是一種典型的多孔介質(zhì)，由于糧堆堆積過(guò)程中自溜分級(jí)、糧粒堆積時(shí)具有“自穩(wěn)定性”現(xiàn)象以及深層糧堆重力產(chǎn)生的壓力作用，糧堆內(nèi)部不同區(qū)域的孔隙率不同。使用CFD軟件模擬分析了大型圓筒倉(cāng)中糧粒非均勻分布時(shí)通風(fēng)過(guò)程中糧倉(cāng)內(nèi)部流場(chǎng)的分布規(guī)律。建立了農(nóng)產(chǎn)品在就倉(cāng)通風(fēng)時(shí)倉(cāng)內(nèi)微氣候動(dòng)力學(xué)模型。Lukaszuk等采用數(shù)值模擬的方法研究了不同糧食顆粒在不同堆積方式下的通風(fēng)阻力。糧食吸附水分，糧粒內(nèi)水分增高就是糧食的吸濕過(guò)程。在一定的溫、濕度條件下，糧食的吸濕量、散濕量相等，糧食的水分含量相對(duì)穩(wěn)定，此時(shí)的水分稱為這一溫、濕度下的“平衡水分”。此時(shí)的相對(duì)濕度稱為平衡相對(duì)濕度。糧食通風(fēng)加濕就是利用“平衡水分”原理。在實(shí)際機(jī)械通風(fēng)過(guò)程中，首先空氣在糧堆中是流動(dòng)的，具有與靜止空氣不同的壓力，通常是其動(dòng)壓比靜止的空氣大，而靜壓比靜止空氣小，因而空氣中水汽靜壓也較小，而空氣是沿糧粒表面運(yùn)動(dòng)的，在其它條件相同的情況下，糧粒對(duì)空氣中水汽吸附和自身水分的解吸強(qiáng)度主要受水汽靜壓的影響，水汽靜壓減少，糧食吸附水分的強(qiáng)度降低，反之則增大。另一方面，流動(dòng)空氣與糧食的水分交換沒(méi)有靜止空氣中充分。因此可以認(rèn)為，在流動(dòng)空氣中，糧食的平衡水分比相同溫濕度條件下靜止空氣中的糧食平衡水分低。對(duì)糧食進(jìn)行加濕的機(jī)械通風(fēng)的條件是通風(fēng)輸入空氣的水蒸氣分壓應(yīng)大于糧食平衡水分水蒸氣分壓。

2、CFD數(shù)值模擬及理論分析

2.1 模型建立及相應(yīng)控制方程

本文對(duì)多孔介質(zhì)中的溫度場(chǎng)、速度場(chǎng)隨時(shí)間變化進(jìn)行研究分析.多孔介質(zhì)由氣固兩相組成，其中：固相為大米，為非連續(xù)相，以多孔介質(zhì)的形式存在；氣相為空氣，為連續(xù)相.在層流和牛頓流體的多相系統(tǒng)中，通過(guò)體積平均方法獲得計(jì)算所用的控制方程[連續(xù)性方程：

動(dòng)量方程(達(dá)西定律)

能量守恒方程

式中：ρ為密度；V為體積；下標(biāo)β代表空氣；C為滲透張力；P為壓強(qiáng)；g為當(dāng)?shù)刂亓铀俣龋籧p為空氣定壓比熱容；λ為導(dǎo)熱系數(shù)；t為時(shí)間；T為溫度；μ為黏度系數(shù).式(1)～(3)中所有變量均為體積平均值.基于實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)建立數(shù)學(xué)模型和理論計(jì)算的需要，本文假設(shè)：①實(shí)驗(yàn)對(duì)象為多孔介質(zhì)模型且各向同性；②糧倉(cāng)為木質(zhì)結(jié)構(gòu)并配有隔熱材料，壁面絕熱；③近似在傳熱傳質(zhì)中的應(yīng)用，除了浮升力會(huì)產(chǎn)生溫度和濃度梯度的雙重?cái)U(kuò)散影響之外，密度等可視為常數(shù)；④因?yàn)榧Z食的達(dá)西數(shù)為10－8數(shù)量級(jí)，因此動(dòng)量方程適用于達(dá)西定律。

2.2 數(shù)值模擬以及與之相關(guān)的分析

依據(jù)《儲(chǔ)糧機(jī)械通風(fēng)技術(shù)規(guī)程》之中的規(guī)定，一般在亞熱帶地區(qū)的糧倉(cāng)平均溫度同進(jìn)風(fēng)溫度之間的差應(yīng)該低于3℃之時(shí)，就可以停止以降溫為目的進(jìn)行的通風(fēng)。所以，如果模擬計(jì)算時(shí)間t=1h之時(shí)，那么糧倉(cāng)的溫度一般就可以實(shí)現(xiàn)規(guī)定的要求.因此為了更加直觀地將糧倉(cāng)內(nèi)的溫度顯示分布表現(xiàn)出來(lái)，那么就應(yīng)該Z=0.12m之處橫截而不同時(shí)刻的溫度等值線，在模擬開始之時(shí)，通過(guò)T型熱電偶測(cè)得糧倉(cāng)初始溫度是309℃，而熱線風(fēng)速儀檢測(cè)得到的空氣層溫度則為的307℃，通風(fēng)地槽進(jìn)口溫度為298℃，而其風(fēng)速在0.5m，t=10min時(shí)溫度分布情況，這是個(gè)手空氣層溫度同糧倉(cāng)大米層上層溫度大體相同，而糧食層高溫區(qū)域溫度一般會(huì)達(dá)到307.5℃，而其低溫區(qū)域溫度一般在306℃，其溫度相差保持在1.5℃;這個(gè)時(shí)候糧食層高溫區(qū)域溫度是304℃，其低溫區(qū)域溫度則是303℃，其溫度之間相差1℃;為t=60min之時(shí)溫度分布情況，可以看出這個(gè)時(shí)候糧食層高溫區(qū)域溫度為301.1℃，低溫區(qū)域溫度為300.5℃，一般來(lái)說(shuō)其溫度之間相差0.6℃。則就可以看出糧倉(cāng)內(nèi)溫度場(chǎng)分布隨時(shí)間的變化情況，冷卻時(shí)間逐漸加長(zhǎng)，那么糧倉(cāng)內(nèi)中的溫度也會(huì)逐漸越低，溫度梯度也越小，并且比較容易找到溫度高的區(qū)域.而該區(qū)域就是因?yàn)橥L(fēng)不均勻而導(dǎo)致降溫死角的出現(xiàn).雖然隨著t增加溫度梯度逐漸變小， 但是仍可看出糧倉(cāng)之中有著較大的溫差，同時(shí)其冷卻速率也在慢慢減少，而這這則是因?yàn)樵陂L(zhǎng)時(shí)間風(fēng)機(jī)冷卻導(dǎo)致的。

3、結(jié)語(yǔ)

在進(jìn)行機(jī)械通風(fēng)時(shí)，應(yīng)該保證風(fēng)溫必須高于糧溫;溫差和空氣濕度較大;空氣的水蒸氣分壓應(yīng)大于糧食平衡水分水蒸氣分壓;選擇合適的通風(fēng)方式;風(fēng)道布置合理;送風(fēng)均勻;合理選用風(fēng)機(jī)。這有利于更好地發(fā)揮機(jī)械通風(fēng)的作用，提高加濕效率，減少能耗。目前，機(jī)械通風(fēng)多為人為控制，很難把握每一次通風(fēng)良機(jī)。一旦計(jì)算出錯(cuò)，還有產(chǎn)生結(jié)露、壞糧的危險(xiǎn)。因此，應(yīng)用與計(jì)算機(jī)相結(jié)合的智能機(jī)械通風(fēng)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)機(jī)械通風(fēng)自動(dòng)化和智能化是糧食通風(fēng)技術(shù)的發(fā)展目標(biāo)。

[1]錢立鵬.糧堆橫向通風(fēng)性能測(cè)定與實(shí)倉(cāng)應(yīng)用效果研究[D].河南工業(yè)大學(xué)，2016.

[2]丁超.儲(chǔ)糧機(jī)械通風(fēng)技術(shù)拓展研究[D].南京財(cái)經(jīng)大學(xué)，2010.

[3]史鋼強(qiáng).東北地區(qū)儲(chǔ)糧機(jī)械通風(fēng)操作管理[J].糧油食品科技，2009，04：59-63.