[发明专利]一种粮食床通风过程中温度和水分变化的模拟分析方法

说明书

本发明公开了一种粮食床通风过程中温度和水分变化的模拟分析方法，所述方法包括：基于粮堆焓平衡方程和水分平衡方程，采用离散化方法将粮食床分成N个节段，采用粮食平衡水分方程计算第1个节段的粮层含水率，然后采用迎风差分格式将温度和水分分配到第2、3、4、······N‑1、N节点的过程。能够合理估计变化的粮食温度和含水率，通风空气的温度和湿度通常在通风过程连续变化，本发明的方法模拟通风粮堆的热量和水分迁移，给出热量和质量平衡方程的逐步推导，就一维系统假定均一流速的气流通过粮食床，热量也仅在气流方向流动，既可阐明解决问题的原理，又可保证软件程序中简单而整体的代数式。

技术领域

本发明涉及食品科学技术领域，具体涉及一种粮食床通风过程中温度和水分变化的模拟分析方法。

背景技术

目前，国家加大了对粮食储运领域应用基础研究，一些学者开始探索粮堆的温度和水分迁移过程，当前国内公开的试验结果主要是采用商业计算流体动力学(CFD)软件进行模拟。该软件包含了连续性方程、动量守恒方程、对流传热方程和水分迁移方程，其运行计算机语言环境是Fluent软件中的Fortran语言,该软件非常昂贵，一般科技工作者和粮库无法利用。

探索粮堆温度和水分迁移过程的算法，意义重大。粮堆生态系统中生物与非生物成分之间相互作用，是动态的，每个成分持续地影响其它成分。通风的作用就是运动合适质量的空气穿过粮堆以调节储粮存在的条件。粮食储藏作业的目标就是保持粮食的品质，减少昆虫、螨类、霉菌危害粮食的可能性。为了成功实现这个目标，就要调控储粮生态系统微生境，造成粮食籽粒内、粮堆(空间或籽粒之间)空隙内的物理和化学条件对有害生物是敌对的，而有益于粮食品质保持。在实践应用方面，国家粮食局2002年发布了《储粮机械通风技术规程》(LS/T 1202-2002)，提出了允许降温通风的温度条件和湿度条件。在这个储粮技术规程及我国粮食储藏学科的专著中，对通风过程缺乏描述。粮堆降温通风作业往往伴随降水，温度迁移前沿区带早于水分迁移前沿区带，国内对粮堆降温通风期间温度和水分迁移的前沿区带和尾巴区带缺乏研究。与国外粮食品种单一、储存时间短的储粮比较，考虑我国的粮仓仓型、储粮区域、粮食种类品种、储存时间、粮食含水率及杂质含量等因素到通风过程模拟中，有利于节约能耗，降低粮堆水分损失，达到优粮优储的目标。

粮堆物理特性的知识提供了粮堆通风作业的原理基础。粮堆的物理特性是内在联系的，并被其它的物理、生物因素所影响。粮堆颗粒间隙的条件包括空气的湿度和温度、有毒气体如熏蒸剂、接触式杀虫剂。颗粒间隙的条件强烈影响粮堆籽粒的条件。粮食颗粒之间的空气温度和湿度是最关键的非生物因子变量，通过通风作业过程调控。粮堆内湿度和干球温度对应于籽粒间隙空气的湿球温度，湿球温度与昆虫群体生长的速率直接相关。在粮堆中霉菌倾向于如何发展，也是粮堆温度和湿度的函数。

发明内容

为此，本发明提供一种粮食床通风过程中温度和水分变化的模拟分析方法。

为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

本发明提供一种粮食床通风过程中温度和水分变化的模拟分析方法，所述方法包括：基于粮堆焓平衡方程和水分平衡方程，采用离散化方法将粮食床分成N个节段，采用粮食平衡水分方程计算第1个节段的粮层含水率，然后采用迎风差分格式将温度和水分分配到第2、3、4、······N-1、N节点的过程。

本发明的一个实施例中，所述离散化方法为：在通风气流方向将粮食床分为N-1层，粮食床的高度是L，每个层长度是Δx，则方程为

Δx＝L/(N-1)

所述第1个节段的粮层含水率的计算方程为：

其中，M是平衡含水率，小数干基表示，ERH是平衡相对湿度，小数表示；系数A、B、C与之对应的国产粮食种类的如表1所示。

本发明的一个实施例中，所述粮堆焓平衡方程为：