稻谷自然储藏多尺度热湿耦合传递研究

该文采用计算流体力学(Computational Fluid Dynamics,简称CFD)的方法,以稻谷为研究对象,建立粮堆内部和粮粒热湿传递的数学模型,从粮堆和粮粒两种尺度,探究自然储藏过程中外界气象参数变化时粮堆内部的热湿变化以及稻谷颗粒内部热湿传递与周围空气的温湿度关系。研究发现自然储藏时粮堆内温度变化和水分迁移主要受外界环境与粮堆内自然对流的影响,且自然对流也会影响到粮堆和粮粒内部的温度和水分变化。但是粮粒内部温度变化不同于粮堆内部的温度的变化,因此,粮情检测系统的传感器测得的温度无法真实反应粮粒内部的情况。该文研究结果可为储藏过程中粮堆局部发热和霉变的控制与防护提供理论依据。     

储粮横向通风多尺度热湿耦合传递研究

温湿度是影响粮食安全储存的重要因素,为保证储粮安全,采用机械通风,使粮堆和粮粒的温度和水分含量可以得到有效控制。该文基于多孔介质的传热传质理论,建立了仓储稻谷通风过程中粮堆内部流动和热湿耦合传递的数学模型以及粮粒的热量传递和水分输运模型。采用计算流体力学的方法,从粮堆尺度和粮粒尺度,分析了机械通风过程中仓储粮堆和粮粒内部的温度、水分分布规律。研究发现,通风过程阶段,粮堆内部温度降温显著,粮堆整体平均水分呈降低趋势,且粮堆内部温湿度受外界环境温湿度的影响很大;研究还发现粮粒水分扩散速度远小于温度扩散速度。研究结果可以为储粮横向通风保水降温的工作以及粮堆局部霉变、发热和害虫的发育的预防提供参考。     

基于多物理场分析稻谷保质储藏的研究（网络首发、推荐阅读）

基于稻谷粮堆内部流动和热湿耦合传递的数学模型,结合稻谷黄变动力学模型,采用数值模拟的方法对比研究了全年自然储藏与分阶段自然储藏工况下,浅圆仓内部稻谷温度和水分分布的演化规律以及稻谷黄变规律。在温湿度基础上,进一步考虑黄变对稻谷大跨度周期储藏的保质研究,结果表明：储藏365 d结束时,有通风条件的分阶段自然储藏的平均温度比全年自然储藏低约18 ℃,平均水分低约0.5%,平均黄度值低约0.8;低温空气通入高温粮仓既可以降低温度,又可以降低粮食水分,缓解稻谷黄变的进程,分阶段自然储藏更有利于稻谷的长期保质储藏;仓壁附近的稻谷极易受外界环境温度的影响,可在仓壁外侧刷涂层,降低太阳辐射的影响。     

基于数值预测的稻谷横向降温保水通风最佳湿度研究

本实验基于多孔介质热湿传递原理和粮粒吸湿/解吸湿理论,建立了通风过程中粮堆内部热湿耦合传递方程,采用数值预测的方法,研究了吨粮通风量不变、粮堆初始温度与通风空气温度差8℃情况下,粮堆初始平衡湿度与通风空气湿度差分别为-5%、0%和5%时,粮堆内部温度和水分随时间的变化规律。探究了通风湿度对稻谷横向保水降温通风过程中粮堆温度和水分的影响,分析了一定初始粮温和水分时通风空气温湿度对降温保水的效果,得到了稻谷横向降温保水通风的最佳湿度。研究结果可以丰富和完善横向降温保水通风工艺,同时也为横向降温保水通风的操作提供依据。     

双扩散传热传质模型及在横向谷冷通风中应用

本文首先建立了单颗粒小麦内部水分迁移模型,基于有限元的方法数值模拟了颗粒内部水分变化规律,通过回归数值模拟数据,得到了颗粒平均水分模型和平均水分变化的干燥(或吸湿)速率模型。在此基础上推导出了谷物颗粒堆积床双扩散传热传质模型,并采用有限元的方法数值模拟分析了就仓横向(水平)谷冷通风时仓储粮堆内部热湿耦合传递规律。通过比较数值模拟和实验测定数据,验证了所建立的模型的合理性。分析了横向谷冷通风时粮粒温度和水分以及粮粒周围空气温度的变化规律,探讨了横向谷冷通风时粮堆内部降温效果。     

双扩散传热传质模型及在横向谷冷通风中应用

首先建立了单颗粒小麦内部水分迁移模型,基于有限元的方法数值模拟了颗粒内部水分变化规律,通过回归数值模拟数据,得到了颗粒平均水分模型和平均水分变化的干燥(或吸湿)速率模型。在此基础上推导出了谷物颗粒堆积床双扩散传热传质模型,并采用有限元的方法数值模拟分析了就仓横向(水平)谷冷通风时仓储粮堆内部热湿耦合传递规律。通过比较数值模拟和试验测定数据,验证了所建立的模型的合理性。分析了横向谷冷通风时粮粒温度和水分以及粮粒周围空气温度的变化规律,探讨了横向谷冷通风时粮堆内部降温效果。     

横向谷冷通风过程的数值模拟研究

基于局部热湿平衡原理和多孔介质传热传质理论,建立了储粮通风过程中粮堆内部流动及热湿耦合传递的数学模型。采用计算流体动力学的方法,对横向谷冷通风时粮堆空气内部流动、热量传递和水分迁移过程进行了数值分析。研究发现,横向通风约72 h,粮仓进风口冷空气平均温度为17.5℃、相对湿度为85%,仓内粮堆一次降温从32.2℃降低到23.6℃,降温幅度为8.6℃。水分从12.2%降到12.0%,降水幅度为0.2%。相对于地上笼垂直通风而言,横向通风时粮堆内部速度分布均匀、温度梯度较小,且具有降温速度快,冷却效率高的特点。     

基于COMSOL的平房仓冷却通风过程中粮堆热湿耦合传递研究

粮仓冷却干燥通风是确保储粮安全的重要技术措施,在此过程中粮堆内部的热湿耦合迁移过程非常复杂。在COMSOL软件中,建立了冷却干燥通风过程中高大平房仓的三维物理模型,通过修改COMSOL内置材料方程、耦合渗流、能量守恒、动量守恒和水分迁移控制方程,以实测的送风空气温度和湿度为入口边界条件,数值模拟了湍流、湿空气传热、湿空气传质、多孔介质传热、多孔介质传质等多个物理场,并考虑了热湿耦合、温度耦合和流动耦合,对高大平房仓粮堆内冷却干燥通风过程中的热湿迁移规律进行了研究。基于实际高大平房仓的验证结果表明,通过修改COMSOL内置方程可以准确模拟预测冷却干燥通风过程中粮堆内热湿耦合传递过程,数值模拟结果可用于指导粮仓冷却干燥通风过程和粮仓通风系统优化。     

低场核磁成像技术研究稻谷缓苏的机理

低场核磁共振成像技术研究了缓苏过程中稻谷颗粒内部水分分布情况,缓苏前1~2 h内颗粒内部水分趋于平衡。6种常见的干燥模型对颗粒内部水分扩散过程进行了拟合,得出双指数模型拟合效果最好,说明稻谷的缓苏过程存在两种水分传递过程,颗粒内部的水分扩散及颗粒表面的对流共同作用于颗粒内部水分梯度的消退。     

基于低场核磁成像技术研究稻谷缓苏的机理

低场核磁共振成像技术研究了缓苏过程中稻谷颗粒内部水分分布情况,缓苏前1～2 h颗粒内部水分趋于平衡。对6种常见的干燥模型的颗粒内部水分扩散过程进行了拟合,得出双指数模型拟合效果最好,说明稻谷的缓苏过程存在2种水分传递过程,颗粒内部的水分扩散及颗粒表面的对流共同作用于颗粒内部水分梯度的消退。     

仓储粮堆通风干燥湿热传递模型的研究进展

从古到今,治国理政的首要之务是粮食安全。粮食仓储安全尤为重要,关系到一个国家的国家安全。由于粮食干燥储存方法原始、干燥技术落后等原因,我国每年收获后会损失大量粮食。粮食中湿热分布不均不仅会降低粮食的品质,而且会因霉变、虫害等问题严重影响食品安全。因此,如何快速、均匀而又低能耗地降低粮堆含水率或者温度,保证粮食品质,同时节约能源,是粮食干燥储藏研究的一个重要方向,具有重要的理论及现实意义。通风干燥是保证储粮中湿热均匀分布的重要措施,建立干燥模型预测粮堆的湿热分布是研究粮堆干燥过程中湿热传递的重要手段。该研究综述了粮堆湿热传递的经验模型、连续模型和离散模型,其中经验模型容易获得,但是应用较少;连续模型应用较多,但不能反映粮堆的孔隙结构;离散模型可以很好的反应粮堆的孔隙结构,但其计算量大,并且难以理解和构建。最后该研究指出可以根据不同的湿热传递过程,结合先进的计算方法和处理技术,建立相应的模型,以满足不同的模拟要求,并对粮堆通风干燥湿热传递模型未来的研究方向进行了展望。     

Performance analysis of deep bed drying of canola seeds using numerical technique

Canola grain containing 18–20% moisture during harvesting is not suitable for safe storage. The storage conditions for these grains need to be optimized through drying technique to prevent both fungal attack and suppression in germination. Hence, the present investigation has been carried out to analyze coupled heat and mass transfer phenomena during steady state counter flow deep bed drying. To carry out this study, a non-equilibrium drying model has been developed. Governing equations include moisture mass balance, enthalpy balance, heat transfer rate, mass transfer rate for an element along bed height. And diffusion equation of moisture inside a single kernel has also been solved simultaneously through an implicit scheme using TDMA (Tri-Diagonal Matrix Algorithm). An iterative approach has been used to solve the governing equations for a selected geometry of the dryer. The rating analysis can be used for arriving at improved quality and higher efficiency at reasonable level of throughput.     

基于GWO-BP神经网络及粮食压缩实验对粮食孔隙率的预测

孔隙率是影响粮堆内热湿传递的关键参数,为探究粮仓中散装粮堆孔隙率的分布规律,通过开展粮食压缩实验来获取不同的粮食种类在不同水分含量和竖向压力条件下的孔隙率。提出了一种基于灰狼算法优化BP(GWO-BP)神经网络的粮食单元体孔隙率预测模型,并将该模型与BP神经网络模型、随机森林模型的孔隙率预测结果进行对比,最后利用粮食单元箱实验对该模型的泛化能力进行验证。结果表明,GWO-BP神经网络模型的孔隙率预测性能最佳,该模型的评价指标R2为0.960 5、RMSE为0.013 7及MAE为0.0131,均在允许的范围内。本研究为粮食孔隙率的确定提供了一种神经网络预测的方法,为深入开展粮堆多场耦合分析提供了重要基础,为安全储粮提供了理论支持。     

基于Fortran程序对储粮通风温度水分和害虫演替的模拟研究

世界各国因储粮害虫对粮食造成的损失非常严重,为了降低粮食在储藏期间的损耗,所以研究储粮通风过程中害虫增长量的变化至为重要。文章基于多孔介质热湿耦合理论,建立了浅圆仓的粮堆内部热湿传递和流动的数学模型以及害虫和熏蒸经验模型,并基于Fortran语言编程,模拟分析了通风状态下粮堆温度、水分含量、储粮害虫增长量以及杀虫剂浓度衰减的变化。结果表明：通风对粮堆内部温度和水分以及害虫生长影响明显。粮堆的水分含量近似对称分布,而受太阳辐射的影响,粮仓不同方向壁面的温度分布并不对称。储粮害虫在粮仓内的数量分布与温度、水分等因素有关,在壁面附近害虫分布较多,且在筒仓中心区域出现分层现象。杀虫剂浓度衰减也受温度的影响,温度高会影响杀虫剂的降解,导致杀虫剂浓度较低     

北京地区初春季节接卸成品粮结露的分析和处理

温差和露点是储粮结露的两个重要因素,根据成品粮大米接卸期间的大气温湿度、仓内温湿度、粮食温度条件以及大米的水分等情况,梳理成品粮大米结露的原因,利用粮堆露点近似值检查表、粮食绝对湿度曲线图和大气绝对湿度曲线图等相关图表,总结出预测粮堆结露的主要方法,并提供可行有效的处理措施,对安全储存成品粮具有积极意义。     

Modeling of the packed bed drying of paddy rice using the local volume averaging (LVA) approach

A transient heat and mass transfer model was developed for the packed bed drying of paddy rice using the local volume averaging method in this research. The required conditions for the application of the local volume averaging were evaluated including appropriate length, time, and temperature scales and justified for fixed bed paddy rice drying. Taking local thermal equilibrium in each representative elementary volume, transient mass and heat transfer governing equations were derived. The transport mechanisms considered were conduction and diffusion as well as convection heat and mass transfer. In the model, the transport coefficients were functions of moisture content and temperature, thus they changed during drying process. The governing heat and mass transfer equations were simultaneously solved using an implicit numerical method. The simulation results were compared to available experimental data from literatures. Although the physical properties were from different independent research and independent of the experimental data used for model validation, predicted results showed a reasonable agreement with the measured data.     

通风过程中进风相对湿度对仓储粮堆温度和水分的影响研究

温度和水分含量是两个重要的物理变量,在研究谷物储存时品质变化起到很大作用。通风用于冷却粮堆并保持温度恒定,以防止水分迁移。良好的通风条件对粮仓内存储安全有显著影响。目前,通风空气相对湿度对粮堆水分影响的研究相对较少。采用数值模拟和实验研究相结合的方式,探索和比较因不同进风相对湿度而引起的通风过程中仓储的小麦温度和水分变化规律。结果表明:进风相对湿度较低时冷却干燥效率更高,小麦粮堆降温更快速,并将昆虫和霉菌的活动保持在较低水平。     

稻谷的微波干燥特性及质热模型

微波干燥时谷物的失水、温度变化过程均可分二个阶段。干燥功率０．２Ｗ／ｇ或０．２Ｗ／ｇ以下，发芽率高，爆腰率低。干燥贮藏后脂肪酸含量比热风的低。建立了谷物微波干燥的水分和热量传递模型，确定了水分扩散系数。     

不同通风方向对稻谷降水效果影响的数值模拟研究

基于数值模拟方法,对高水分稻谷的就仓降水通风实验工况进行了数值模拟仿真,分析了在垂直机械通风过程中粮食温度和水分的变化规律,对实验数据与计算机模拟结果进行了对比分析。同时,探究了垂直向上和垂直向下通风时的降水效果。研究发现,数值模拟方法可以有效和形象地反映通风过程中粮堆内部的变化规律,在其他条件相同时,沿着粮堆温度梯度方向通风,降水效果更加明显。本研究对粮库的储粮通风操作具有一定的指导意义。