严寒地区季节性蓄冷低温储粮系统的仿真研究

发布时间：2020-03-29 18:03

【摘要】：在我国现行的储备粮制度下,粮食储存周期一般为3~5年。粮食在储存过程中的呼吸作用会造成营养物质流失,粮食陈化,同时易发生霉变,这就导致我国一年要轮换掉的粮食占储备总量的20%~30%,直接经济损失高达数百亿元,严重危害国家粮食战略安全。粮仓内温度的降低会大大提高粮食的储存效果,目前常用的两种低温储粮方法——机械通风储藏和机械制冷储藏都存在一定的局限性。前者需要长时间大量通风,能耗大,对于长时间高温高湿天气降温效果并不好;后者能耗大、费用高,不适合大规模应用。因此,通过大量阅读相关国内外文献,本文提出了一种适用于严寒地区的新型储粮技术——季节性蓄冷低温储粮技术。该技术将广泛存在于自然界中的冷空气资源移季利用,将冬季的冷资源储存在土壤、粮食以及墙体的围护结构中,同时外围护结构加以保温措施,储存的冷量在春秋和夏季加以利用。该技术可将储粮时间延长一倍以上,并且具有节约能源、减少建造运营成本等优势。本文使用了Fluent、De ST等工具辅助理论研究。根据实际工程设计了适合课题的新型储粮系统,通过对季节性蓄冷过程的理论分析,建立了并简化了数学模型,并根据双鸭山当地的实验数据对模型进行了验证。通过利用Gambit软件建立了粮仓的三维立体模型,并对模型进行了网格划分,采用CFD中的多孔介质模型,通过编写和导入UDF函数进行了数值模拟,得到了蓄冷过程中粮堆和地下土壤温度场的变化规律,确定了达到蓄冷目标温度的时间分别为41天、28.5天,在当地气候条件的情况下,可以在冬季将粮仓蓄冷到-20℃。改变工况后得到了不同通风笼风速对粮仓温度场的影响规律。通过De ST软件建模计算,得到了粮仓全年的逐时释冷量,与蓄冷到-20℃时整个粮仓的蓄冷量进行对比,验证了该技术的可行性。同时得到了粮仓全年温度变化表,发现仓内最高平均温度为-3.01℃,满足低温储粮的预期设计目标。课题进一步以其他城市的气候条件为基础进行了研究,得到了该技术在严寒地区其它城市应用过程中粮仓释冷负荷计算和温度变化规律,对该技术的推广应用提出了看法和展望。本文的研究成果,可以对严寒地区的实际工程中季节性蓄冷低温储粮粮仓的设计起到一定的指导作用。
【图文】：

粮食,热工设计,微生物生长,蓄冷

图 1-1 我国建筑热工设计分区本文所探讨的严寒地区季节性蓄冷低温储粮技术可使粮食常年处于-1 0℃的低温冷藏状态，由于控制住了微生物生长繁殖的温度这个必要条件此库存粮可长期保存不变质。其具有以下优越性：（1）顺应自然环境气温变化，将严寒地区冬季储备的自然寒冷资源年年、周而复始的反复聚集、释放，实现对仓储粮食的保鲜储存，满足节能保的理念，符合绿色储粮发展方向，具有实现“储备粮周期由目前的满三转为陈化粮延长为四年保鲜、六年不陈化”的巨大经济价值与战略意义；（2）能有效控制粮食中微生物的生长繁殖，减少粮仓中虫害现象的发（3）减少传统杀虫过程中化学药物的使用，既减少了对粮食和生态环污染[8]，又节省了粮仓以往的药剂开支；（4）可储藏含水率较高的粮食，防止高水分粮的陈化；（5）降低粮食 80％～90％的呼吸量，大幅抑制粮食的代谢过程[9]，有存其营养物质，维持口感；（6）与传统粮仓夏季通风储藏方式相比，建造成本与之相当，但运行

示意图,粮仓,实际模型,示意图

建造在黑龙江省双鸭山市友谊县。粮仓长 60m×宽 50m×高的两侧基础为条形基础。粮仓内粮堆高 6.5m，与顶齐平，。粮仓顶采用桁架钢结构，外壳采用刷有反光涂层的彩钢岩采用 50/49 实体红砖，外加泡沫苯板保温层，保温层厚 20020kg/m3，经测定，保温板和墙体共同作用的的传热2·K)；在粮仓南北两侧每隔 6m 有一个柱，在粮仓南北两侧间隔 6m 布置有长 1.2m×宽 1.2m 的换气窗。粮仓地面为 25m 碎石水稳。地面之下为土壤（以下简称低温池），低温池 50m×高 2m，在低温池土壤内部沿高度上下间隔 1m、左右的 PE 管，PE 管管径 20cm，孔隙率 30%均匀分布。低温池土密度为 1600kg/m3，含水率为 18%；为了减少低温池与周交换，在低温池周围布置保温隔热层，经测定，保温板和墙热系数为 0.33W/(m2·K)。在粮堆下面布置有地上通风笼，，对风笼和各个风管选用一台风机，功率为 4kw。图 2-1 为该粮图。
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TU83

【参考文献】