横向通风系统充氮气调工艺的数值模拟研究

发布时间：2020-05-07 03:52

【摘要】：粮食作为国家的重要战备资源,一直备受人们关注,现阶段尤为重要的是粮食储藏。由于我国储粮数量较大、周期较长,因此现阶段我国储粮的主导仓型为平房仓。为了解决平房仓进出仓机械化作业难题,国家粮科院对平房仓的通风模式进行了重大改进,将传统的竖向正压通风模式改为横向负压通风模式,实现了风道上墙、腾空地面、方便机械作业的目标。采用基于横向通风技术,进一步开发了环流充氮气调技术,该技术可以实现绿色无公害储粮。对于储粮生态系统研究方法,以前主要采用的是基础理论参数结合中小尺度试验和真实体系示范验证。前者时间较短但与实际情况有一定差距,后者结果真实但验证时间较长且费用高。随着计算机技术的快速发展,计算机模拟工程仿真技术越来越受到人们的重视,它具有时间短且接近实际的特点。本文基于机械通风储粮理论、多孔介质传质理论以及计算流体动力(Computational Fluid Dynamics,简称CFD)等理论基础,采用真实体系示范验证和计算机模拟工程仿真技术,利用前者验证后者的准确性,采用后者对工艺进一步进行优化,对某国家粮食储备库的高大平房仓粮食充氮气调工艺进行评价和优化设计,并对气调过程中粮堆内部氮气浓度扩散规律进行数值模拟研究,其主要研究内容如下：本文分析了国内外众多研究者在绿色气调储粮方面的研究成果；介绍了横向通风系统的组成,详细论述了横向通风系统充氮气调工艺实施的步骤、工艺要求和检测设备的布置等。对某粮库内新建该系统进行了实地测试,并对实测数据进行整理。选取长度方向上的对称面为计算区域,建立了该粮库的二维模型,对充氮气调工艺中氮气浓度扩散规律进行了模拟研究。并将数值模拟结果与实验数据进行对比,验证了数值模型的正确性。在此基础上,建立真实粮库的三维物理模型,使用上述数值模型对优化后的气调工艺进行模拟计算,得到了工艺过程中粮堆内部氮气浓度扩散和均匀性的基本规律。研究发现：本文建立的数值模型能够很好地再现粮堆内气调过程的不同阶段,实验测试数据验证了数值计算结果的正确性和准确性；分析数据结果后提出的优化气调方案,同样可以很好地提供低氧富氮效果,并且更加节能高效；利用横向通风系统进行充氮气调,整个粮堆中氮气的浓度均非常均匀,可以提供低氧的绿色储藏环境。随着计算流体动力学(CFD)的快速发展,粮食储藏领域应用计算机模拟工程仿真技术,可以分析现有粮食储藏工艺流程的时效性,并且为以后的通风系统的优化工作和具体的储粮工艺提供了直观、可靠且全面的指导。该项研究对于提高粮食储藏的品质和安全性,提高粮食企业的经济效益、保证国家粮食战略的可持续发展具有重要的理论意义和现实意义。
【学位授予单位】：山东建筑大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：S379

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