仓储稻谷粮堆双区域多尺度多场热湿传递的模拟研究.doc

仓储稻谷粮堆双区域多尺度多场热湿传递的模拟研究粮食的安全储藏问题一直被视为重中之重。据相关统计储藏过程粮食的损失数目是触目惊心的,所以必须要有科学的方法进行有效安全的存储粮食。对此,国内外学者提出机械通风的方法,用人工干预对粮食进行调控。但是,机械通风的方法又受外界大气温湿度和通风时间的影响,因此必须继续研究这些影响粮食安全的因素。本研究基于多孔介质传热热质理论,建立粮粒和粮堆内部温度、水分、露点温度、虫霉等多物理场及生物场数学模型。接着搭建了体积为一立方的实验仓进行了198h的自然储藏,通过数值模拟与实验相结合的方法来验证数学模型的合理性和适用性。其次选取杭州某粮库的稻谷为研究对象,储藏周期由75d的非人工干预阶段、144h的人工干预阶段和第二次的非人工干预阶段组成,从粮堆角度和粮粒尺度分析影响粮食安全储藏的多物理参数(温度、水分、露点温度、害虫生长率、霉菌、黄变)。粮堆的模拟结果分析表明:自然储藏过程中由于自然对流的作用使得粮堆中微气流形成一个环流,加速了粮食与微气流之间的传热传质过程,最终形成粮仓中心温度高,靠近两面及墙壁的温度低的情况。由于受到太阳辐射的影响,南墙附近温度比北墙温度高;从水分图可以看出粮面以下0.5m处及靠近北墙附近的粮食水分偏高,是重点防控区;75d储藏阶段,粮食处于“热芯粮”状态,外界空气温度不会低于粮食的露点温度,所以不会发生结露问题。机械通风阶段,当粮温低于外部大气的露点温度时有结露的风险,通风时应注意大气温湿度,避免结露发生;75d储藏阶段,温度水分的变化造成粮仓中心区域及靠近粮面附近的粮食中虫霉数量相对较高,靠近仓壁附近的区域的相对较少,但不会爆发虫霉问题。通风阶段使得水分向北墙方向移动,造成靠近北墙及粮面附近的水分含量较大,所以霉菌最大的区域出现在靠近北墙和粮面的区域,这里是最主要的防控区。最后是粮堆与粮粒之间的耦合过程,粮粒的研究则是选用粮堆中有代表性的9个点的温湿水的数据作为粮粒模拟的边界条件,对粮粒的温度和水分进行研究分析。粮粒的温湿水模拟分析表明:粮粒自身是一个多层结构的活性物质,热量和水分从表面传到内部需要一定的时间,也就是说存在延迟效应。这样的话造成实际粮仓中温湿度探头测得的数据有一定的误差。