浅圆仓通风过程中粮堆内部多场耦合传递过程的模拟研究

发布时间：2020-06-01 18:59

【摘要】：据估计,世界粮食产量在收获后大约损失10%~30%~([1]),不同的国家不同的年份比例也会有所不同。产生这一巨大亏损的原因是非常复杂的,粮食在收获、干燥、运输、存储、加工和销售等过程中都会产生损失。其中,粮食数量和质量上的主要损失发生在存储过程中,而在储藏过程中温度和水分含量影响最大。经过实验分析,粮温小于15℃,水分含量在12%~12.5%范围时最有利于保持粮食颗粒的活性,也可以减少微生物的滋生,减缓害虫生长,从而减少粮食储藏损耗。所以,我国作为全球最大的粮食产业国之一,维护粮食的安全也就尤为重要。论文基于多孔介质热湿耦合传递理论,通过坐标转换,得到了柱坐标系下锥形底筒仓和浅圆仓的粮堆内部动量方程、能量方程和水分守恒方程,并得出边界条件的控制方程。并利用网格划分技术产生数值计算的节点,使用了有限差分法解决方案,以及时间导数的向前差分技术,离散偏微分形式的方程,得到差分方程。通过使用空间导数的中心差分近似来分离计算域中的控制微分方程和边界条件。利用交替方向隐式方法、Thmoas算法和显式方法来求解热量和质量守恒方程。其次,论文研究了通风过程中粮堆内部温度、湿度以及水分等物理场变化规律,还考虑了影响粮食内部生物场的物理和生物因素,包括:热容量、热传导、吸收率、扩散率、发芽率、呼吸率和虫害演替。探究了筒仓和浅圆仓内的粮堆内部热质传递过程和生物特性变化,同时考虑了太阳辐射和周围大气环境对筒仓内部粮堆的影响。基于Fortran程序,将求解过程编程,利用计算机求解。将运算结果利用Origin软件进行后处理,得到各场的分布云图。在鲁中粮库搭建试验台,利用粮堆内部的温湿度传感器采集通风期间粮堆内部的测点处的温度,水分数据通过筒式水分快速测定仪测定,并与模拟结果进行了比较。数值模拟与实测的温度误差最大为2.0℃,水分的模拟数据和实测数据误差最大为0.5%,误差都相对较小,验证了文章中的数学模型和这套程序的准确性和实用性。最后对十字型通风道、环型通风道、组合式(十字型加环型)通风道进行了数值模拟分析研究,比较了三种通风系统的通风效果。研究发现:组合式的通风道系统比其他系统的气流更加均匀,有利于粮堆内部降温保水,减少干物质损耗,减缓昆虫种群的生长率,所以这种系统更有利于粮食的存储。最后对鲁中粮库的圆筒仓通风期间粮堆内部温度和水分变化规律进行了模拟预测,得到了粮堆内部压力、温度、水分、干物质损耗、种子活性等的等高线图。通过运用计算机编程来预测实际粮仓通风过程中的温度、水分含量、湿度等变化规律以及生物特性的变化,是一种科学高效的研究方法。本研究结果对于合理设计通风方案,降低粮食储藏过程中的损耗,节约储粮成本,提高经济效益,具有指导意义。同时,研究的结果也有利于粮仓设计的改进。
【图文】：

食物结构,世界人口

第 1 章绪论题研究的背景及意义久以前，人类就已经开始储存谷物及其制成品。大约在公元前 8000 年，人类开作物、圈养动物，并储备粮食，以缓解将来可能出现的饥荒。人类已经认识到数量和质量是制约世界各地社会经济发展的主要原因之一。同的区域生态环境和气候不同，种植的粮食作物也不同：亚洲主要种植水稻，洲、中东、北美和非洲主要种植小麦，而拉丁美洲则主要种植玉米。根据 F.A 食及农业组织)的分析，全球食物的 90％来自于土地种植，其中粮食占全球食 68％，水果和蔬菜占 22％，剩下的 10％是来自于世界各大海洋、湖泊等的海]，，如饼状图 1.1 所示。相较于其他主食，粮食最大的优势是可以为人们提供热合物、蛋白质、脂肪等人体所需物质[2]。此外，粮食的供应在国内和国际贸易了极大关注，对世界市场有着深远的影响。

几何形状,筒仓,通风系统,物理模型

图 2.2 筒仓通风系统物理模型多数粮食作物被存储在环型通风道筒仓中，这样对粮仓的控项研究中，筒仓的设计参数是通过测量一个锥形底圆筒钢板仓包括风机和位于粮仓底部的通风道系统。值模型的建立底的圆筒仓在三维物理域中具有复杂的几何形状和边界条件求能够以直接的方式处理零通量边界条件。问题的一个有效的方法是采用有限差分近似法来控制映射，理三维域变换成一个简化的三维计算域，这可以用来使控制偏适当边界条件离散。实施该技术的最简单的方式是将锥形底筒r, ,z）正确映射到柱坐标系下正圆柱空间变量（ ξ, ,η）下，
【学位授予单位】：山东建筑大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：S379

【参考文献】