不同通风温度下储粮仓横向降温保水通风数值模拟研究（网络首发、推荐阅读）

为保证长期储藏的稻谷品质,对相同湿度不同通风温度条件下储粮横向降温保水通风模拟分析研究具有重要意义。基于吸湿性多孔介质的传热传质理论,结合应用已有的粮堆热湿传递的数学模型,并以数值模拟的方法分析相同湿度时不同进风温度对储粮仓温度与水分变化规律。结果表明：当粮堆初始温度为25 ℃、进风温度为17 ℃时,粮堆的降温速率最快,粮粒的吸湿与解吸湿过程也最先达到平衡,粮堆内部的保水效果最佳;其中距离进风口处0.4 m粮层与不同温度的进风空气进行热湿耦合传递时,粮层温度、水分下降趋势一致,该粮层进风温度越高,水分丢失现象越明显;进风温度越低,粮堆温度的下降幅度越大。随着与进风口距离的增加,粮层的降温效果变差,在通风温度为19 ℃时,距离风口处26.2 m粮层温度几乎保持粮仓初始温度不变,达不到降温效果。     

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。     

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。     

大跨度平房仓上下行降温通风的数值模拟研究

基于多孔介质流动和传热传质理论,建立了仓储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,预测分析了双侧通风的大跨度平房仓在不同粮堆温度梯度方向、不同竖向通风方式的4种工况下粮堆内部温度和水分变化规律。同时探究了吊顶粮仓与未吊顶粮仓在4种通风工况下的降温保水效果。结果表明：粮仓未吊顶时,上行通风方式的降温保水效果优于下行通风;对于吊顶粮仓,上行通风与下行通风降温保水效果相差不大;粮面顶部的空气区域对降温通风时粮堆的温度变化、水分变化影响较大,对粮仓进行吊顶,具有更好的降温保水效果。     

24米跨度高大平房仓横向保水降温通风模拟研究

横向通风作为高大平房仓一种新的通风方式,国内外对其保水降温效果研究较少。基于多孔介质流动和传热传质理论,采用数值模拟的方法,预测了不同大气温湿度条件下横向通风过程中粮堆内部温度变化和水分迁移规律。通过分析进风湿度和通风时间不同时粮堆内部的温度和水分分布,得到了横向保水降温通风的最佳通风条件,可为合理进行机械通风操作提供理论指导。     

储粮生态系统热湿调控机理及在就仓机械通风中的应用

本研究基于多孔介质热质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,并采用数量级分析的方法,获得了储粮通风过程中温度和水分时间变化率的关联式。依据所建立的方程和关联式,探究了储粮生态系统热湿调控机理,分析和讨论了温度差、湿度差、单位通风量和通风方向对储粮通风过程中粮温和水分的影响。提出了就仓降水通风、降温保水通风和调质通风的操作原则和策略。研究结果可以为我国的储粮生态系统热湿调控理论的建立和粮库智能化管理系统的建设提供借鉴。对于完善我国储粮就仓机械通风技术,避免无效和有害通风,实现精准通风,具有一定的指导意义。     

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。     

高大平房仓双侧吸出式斜流通风数值模拟和实验的比较研究

本研究基于数值模拟方法,对高大平房仓双侧吸出式斜流降温保水通风实验工况进行了数值模拟仿真,分析了在双侧吸出式斜流通风过程中粮堆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,探究了斜流通风与横向通风相结合时的降温保水效果。研究发现,采用双侧吸出式揭膜斜流通风,在通风空气温度和湿度合适的情况下,可以实现高大平房粮堆上部的快速降温保水效果。在进行斜流通风后,再适当地进行一段时间的横向通风,就可以有效地降低粮堆底部的粮温,而且粮堆水分基本不变。斜流与横向相结合的通风方式可以实现储粮快速降温保水效果。     

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。     

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。     

三种不同通风道对浅圆仓通风效果的模拟研究

基于多孔介质流动和热湿耦合传递理论,推导得到了浅圆仓的粮堆内部动量方程、能量方程和水分守恒方程,通过数值求解法解决仓储粮堆的自然对流、热量传递和水分传递之间的问题。采用Fortran编程的方法,针对浅圆仓的十字型通风道、环型通风道、组合型(十字型加环型)通风道的通风效果进行了数值模拟分析。结果表明:组合型通风道相比其它两种通风道仓内气流分布更加均匀,降温保水效果最好,更有利于粮食的安全储存和节能降耗。为浅圆仓通风道的选择和设计提供了理论指导和依据。     

粮堆内热湿耦合传递数值模拟与试验验证

通风过程中粮堆内热湿耦合传递对储粮安全和粮仓通风有着重要的影响。建立了机械通风冷却过程中粮堆内热湿耦合传递数学模型,在此模型的基础上用C语言编写了用户自定义源项(UDF),实现了谷粒吸附和解析水分时热量交换和水分迁移的CFD数值模拟。以某高大平房仓为例,建立了通风冷却过程中粮仓的三维物理模型;以瞬态条件下外界环境随时间变化的空气温湿度为入口边界条件,通过对比CFD数值模拟结果与实测数据,验证了粮堆内热湿耦合传递数学模型,得出通风冷却过程中粮堆内热湿耦合传递规律。     

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。     

旋转通风干燥仓高水分玉米降水实验研究

采用自主研发的旋转通风干燥仓,进行高水分玉米降水工艺研究。实验期间,对仓内粮堆不同位置的温度和湿度,及环境温湿度进行定时监测,并定时取样检测玉米水分和真菌孢子。结果表明:粮堆中各监测点的温湿度随环境变化而变化,相同层或相同列的检测点温湿度基本一致;在有降雪的情况下(实验第6天,雨转雪),18天内玉米水分由27.12%降至14.60%;玉米携带真菌孢子数保持在真菌生长的临界范围内,达到短期安全储存目标。因此,采用旋转通风干燥仓对高水分玉米进行降水的工艺是可行的,降水效果均匀、高效,有效保证粮食不发热霉变。同时,旋转通风干燥的方法不使用燃煤、燃气,符合我国当前环境保护和可持续发展的新要求,有显著的经济社会效益,可在大农户玉米干燥和短期安全储存中推广应用。