[发明专利]一种基于气流分布和压强分布的粮堆通风方法和装置

说明书

本申请公开了一种基于气流分布和压强分布的粮堆通风方法和装置，综合考虑了粮仓类型、入粮方法及多种储粮条件，创造性的将粮堆中的空气流动确定为由拉普拉斯方程支配的稳定态的压强和空气流速分布，并基于中心差别格式离散方法和基于X方向和Y方向的隐式化分析法求解微分方程，从而计算出粮堆各位点的压强和气流速度分布，并基于所述粮堆各位点的压强和气流速度分布进行粮堆通风。本申请中，基于气流分布和压强分布实现了对通风过程的描述和预测，尤其是粮堆各层的孔隙率分布，能够更加有效地进行粮堆通风，有利于节约能耗，减少粮堆水分损失，达到优粮优储的目标。

技术领域

本申请涉及食品科学技术领域。更具体地，涉及一种基于气流分布和压强分布的粮堆通风方法和装置。

背景技术

我国是一个农业大国，粮食的生产和存储对于保障国民的生活和生产具有重要的意义。随着农业生产的不断发展和国际整体环境的变化，特别是面临疫情等复杂严峻形势的挑战，粮食储备的任务变得日益重要。

目前，我国国家粮食仓储的主要库型为高大平房仓，其具有以下优点：1)容量大(约为5千～3万吨)；2)便于机械化操作；3)能充分利用秋冬季自然冷空气进行机械通风来降低粮堆温度。因此，自1998年之后，在我国现代化粮仓中，高大平房仓占比例约为85％，立筒仓占比例约为7％，浅圆仓占比例约为5％。但是，高大平房仓普遍存在着仓库隔热性能差的问题。例如，高大平房仓的仓库内虽有隔热板，但由于阳光照射强烈，仍会造成储藏在阳面且靠近墙体的粮食升温，这给粮食储藏安全造成了重大隐患，这种情况对于高水分的粮食储藏更为不利。另外，立筒仓和浅圆仓一般用仓顶中心入粮方法，即，粮粒从粮仓中心位点进入，径向向外流出。这样，绝大多数的粉尘和杂质材料保持在粮堆的中间核心，而沿着筒仓直径向外，粉尘和杂质的数量减少。这种中心入粮的方法导致在粮堆的中心位置较低的孔隙度，而在仓壁处则逐渐转变为较高的孔隙度。因此，这就要求在仓库内对粮堆进行有针对性地有效通风，需要预测通风过程中压强降和气流分布。

为了对粮堆进行有效通风，国家加大了对粮食储运领域应用基础研究。例如，国家粮食局于2002年发布了《储粮机械通风技术规程》(LS/T 1202-2002)，其中提出了允许降温通风的温度条件和湿度条件。但是，在上述储粮技术规程及我国粮食储藏学科的专著中，同样对通风过程缺乏描述和预测，尤其是粮堆各层的孔隙率分布。实际中，需要粮库工程师凭借经验准备不同功率(风量)的风机，并尽可能用大功率(风量)风机进行通透通风，这就导致了粮堆降温通风期间水分丢失严重，能量损耗大。

另外，粮堆主要的非生物因子是温度、水分及籽粒间隙气体组成。粮堆温度和水分的变异主要导致水分迁移和热斑点产生，而籽粒间隙空气充当热和水分迁移的载体。研究粮堆中气流分布和压强分布，有助于设计科学的通风系统和保持粮食品质。但是，当前国内公开的试验结果主要是采用风速计和压强计测定粮面的表观风速和压强，并没有模拟粮堆各层的气流和压强分布。

因此，需要提供一种基于气流分布和压强分布的粮堆通风方法和装置。

发明内容

本申请目的在于提供一种基于气流分布和压强分布的粮堆通风方法和装置，用于解决以上背景技术部分提到的技术问题。

为达到上述目的，本申请采用下述技术方案：

第一方面，本申请提供了一种基于气流分布和压强分布的粮堆通风方法，该方法包括：

S100、确定粮堆中空气流动是由拉普拉斯方程支配的稳定态的压强和气体流速分布，并建立所述粮堆在通风过程中在X-Y二维方向上的拉普拉斯方程；

S200、基于中心差别格式离散方法确定所述粮堆中一位点的二维方向气流速度和压强分布的第一微分方程；

S300、基于X方向和Y方向的隐式化分析法求解所述第一微分方程系数组成的三对角矩阵；

S400、计算所述位点的压强和气流速度分布；