大豆糧堆橫向和豎向通風(fēng)性能參數(shù)的對(duì)比研究

張來林,鄭鳳祥,錢立鵬,鄭 頌,方江坤

(1.河南工業(yè)大學(xué)糧油食品學(xué)院,河南 鄭州 450001； 2.福建省儲(chǔ)備糧管理有限公司，福建 福州 350001； 3.中糧貿(mào)易有限公司，北京 100005； 4.福建省儲(chǔ)備糧管理有限公司漳州直屬庫，福建 漳州 363000)

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大豆糧堆橫向和豎向通風(fēng)性能參數(shù)的對(duì)比研究

張來林1,鄭鳳祥2,錢立鵬3,鄭 頌4,方江坤4

(1.河南工業(yè)大學(xué)糧油食品學(xué)院,河南 鄭州 450001； 2.福建省儲(chǔ)備糧管理有限公司，福建 福州 350001； 3.中糧貿(mào)易有限公司，北京 100005； 4.福建省儲(chǔ)備糧管理有限公司漳州直屬庫，福建 漳州 363000)

為了正確評(píng)價(jià)平房倉橫向通風(fēng)的性能及應(yīng)用效果，借助通風(fēng)模擬裝置，通過變頻器調(diào)整風(fēng)機(jī)的風(fēng)速，測定大豆糧堆在不同通風(fēng)、送風(fēng)方式下的靜壓值，結(jié)果表明：大豆糧堆的單位糧層阻力使用二次函數(shù)擬合最為精確，冪函數(shù)次之；當(dāng)通風(fēng)方式(橫向或豎向)一致時(shí)，吸出式通風(fēng)的單位糧層阻力大于壓入式；當(dāng)送風(fēng)方式(吸出或壓入)一致時(shí)，橫向通風(fēng)和豎向通風(fēng)的單位糧層阻力相近，由此可知大豆糧堆通風(fēng)具有各向同性的特性。大豆糧堆的通風(fēng)均勻度與糧面表觀風(fēng)速和糧層厚度呈現(xiàn)正相關(guān)，豎向通風(fēng)的均勻性與橫向通風(fēng)差異不明顯。

大豆;平房倉；機(jī)械通風(fēng);橫向通風(fēng);糧堆靜壓

隨著科技發(fā)展，對(duì)糧庫機(jī)械化水平的要求越來越高，尤其是近年來人工費(fèi)用急劇上漲，在平房倉內(nèi)地坪上鋪設(shè)的地上籠風(fēng)道加劇了進(jìn)出糧的難度，成為糧庫亟待解決的難題[1]。國內(nèi)相關(guān)單位提出平房倉“橫向通風(fēng)”模式[2]，即將風(fēng)道固定在倉房兩側(cè)檐墻的內(nèi)壁上，代替以往在平房倉地坪上鋪設(shè)的地上籠風(fēng)道，以提高糧庫進(jìn)出糧的機(jī)械化程度。然而，橫向通風(fēng)與豎向通風(fēng)屬于兩種不同的通風(fēng)方式，糧堆內(nèi)的溫度、水分、氣流方向和糧層厚度等參數(shù)變化，都會(huì)對(duì)糧堆的通風(fēng)效果造成影響。因此，如何正確評(píng)價(jià)橫向通風(fēng)的性能及應(yīng)用效果，也成為目前糧食倉儲(chǔ)業(yè)高度關(guān)注的問題。

本研究在糧堆不變的前提下，利用糧堆通風(fēng)模擬裝置，通過通風(fēng)箱接口位置的改換，實(shí)現(xiàn)橫向通風(fēng)與豎向通風(fēng)的轉(zhuǎn)換，從而開展對(duì)糧庫通風(fēng)方式、送風(fēng)方式的研究，期望對(duì)相關(guān)行業(yè)的生產(chǎn)應(yīng)用有所幫助。

1 實(shí)驗(yàn)材料與儀器

1.1 小型通風(fēng)模擬裝置

糧堆通風(fēng)模擬裝置[3]的主箱體尺寸：長×高×寬=100 cm×100 cm×50 cm，箱體結(jié)構(gòu)見圖1、圖2，裝糧體積V=0.5 m3。

圖1 橫向通風(fēng)示意圖 1.橫向通風(fēng)箱;2.左側(cè)篩孔板;3.下方鋼制蓋板; 4.上方鋼制蓋板;5.右側(cè)篩孔板

圖2 豎向通風(fēng)示意圖 6.豎向通風(fēng)箱;7.下方篩孔板;8.右側(cè)鋼制蓋板;9.左側(cè)鋼制蓋板

通風(fēng)裝置結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)關(guān)鍵：在保持糧堆不動(dòng)的前提下，通過調(diào)整通風(fēng)箱與箱體連接位置、通風(fēng)箱與風(fēng)機(jī)進(jìn)/出風(fēng)口的連接方式，可實(shí)現(xiàn)橫向、豎向通風(fēng)方式和吸出、壓入送風(fēng)方式的轉(zhuǎn)換，從而在相同條件下測定分析橫向通風(fēng)與豎向通風(fēng)的性能參數(shù)。

1.2 試驗(yàn)材料

試驗(yàn)材料采用當(dāng)?shù)夭少彽拇蠖?，大豆的品質(zhì)指標(biāo)為：體積質(zhì)量708.5 g/L，水分14.0%，雜質(zhì)0.1%。將混合均勻的大豆裝入通風(fēng)裝置主箱體內(nèi)，通過人工輕輕敲打箱體和采取豎向小風(fēng)量吸出式通風(fēng)，加速糧食的沉降，穩(wěn)定糧堆狀況，避免后續(xù)通風(fēng)時(shí)因糧食沉降造成橫向通風(fēng)的短路。入糧完畢后,大豆總質(zhì)量為380.7 kg。

1.3 試驗(yàn)儀器

YJB-1500型補(bǔ)償式微壓計(jì),CDTY89型多管通風(fēng)機(jī),L1000-0075G型高性能矢量變頻器,TES-1340型熱線式風(fēng)速儀。

2 試驗(yàn)方法

將風(fēng)機(jī)、連接管、變頻器、通風(fēng)接口與通風(fēng)裝置等連接好，主箱體內(nèi)裝大豆，利用變頻器調(diào)節(jié)風(fēng)機(jī)風(fēng)速，用補(bǔ)償式微壓計(jì)和靜壓管檢測糧堆內(nèi)的靜壓值。

2.1 靜壓值測點(diǎn)布置

橫向通風(fēng)測點(diǎn)布置：在通風(fēng)裝置垂直面上設(shè)7個(gè)測點(diǎn)，水平面上分5層，測點(diǎn)位置與尺寸如圖3所示。

豎向通風(fēng)測點(diǎn)布置：在通風(fēng)裝置水平面上設(shè)7個(gè)測點(diǎn)、垂直面上分5層布置，測點(diǎn)位置與尺寸同橫向通風(fēng)，但檢測面旋轉(zhuǎn)90°，見圖4。

圖3 橫向通風(fēng)時(shí)靜壓測點(diǎn)布置圖

圖4 垂直通風(fēng)時(shí)靜壓測點(diǎn)布置圖

2.2 糧面表觀風(fēng)速計(jì)算方法

按分環(huán)法確定測點(diǎn)，用熱線式風(fēng)速儀測定風(fēng)機(jī)出口截面的風(fēng)速，按公式(1)計(jì)算出糧面表觀風(fēng)速。

v表=v出·S1/S2，

(1)

式中，v表為糧面表觀風(fēng)速，m/s；v出為風(fēng)機(jī)出口截面的平均風(fēng)速，m/s；S1為風(fēng)機(jī)出口截面的面積，m2；S2為糧堆的表層面積，m2。

2.3 單位糧層阻力計(jì)算方法

在通風(fēng)過程中，氣流穿過每米糧層的壓力損失為單位糧層阻力[1]，計(jì)算方法見公式(2)。

(2)

式中，Z為單位糧層阻力，Pa/m；P5為糧層5靜壓值，Pa；P1為糧層1靜壓值，Pa；L為糧層5和糧層1之間的距離，m。

2.4 機(jī)械通風(fēng)均勻度計(jì)算方法

靜壓分布是判斷和分析糧堆通風(fēng)均勻度的一種方法。根據(jù)糧層中靜壓值的平均值和標(biāo)準(zhǔn)差，通過公式(3)可計(jì)算出該糧層的通風(fēng)均勻度[4]。

(3)

3 結(jié)果與分析

3.1 大豆單位糧層阻力分析

由表1可知，根據(jù)不同通風(fēng)條件下大豆糧堆內(nèi)的靜壓值，利用公式可計(jì)算得出不同通風(fēng)方式、送風(fēng)方式、糧面表觀風(fēng)速條件下的單位糧層阻力，使用SPSS軟件對(duì)單位糧層阻力線性、二次、冪、指數(shù)等4種函數(shù)進(jìn)行擬合，結(jié)果見表2。

表1 機(jī)械通風(fēng)大豆單位糧層阻力的測定

表2 大豆單位糧層阻力變化曲線的擬合系數(shù)及統(tǒng)計(jì)參數(shù)

從表2可以看出，大豆糧堆在橫向與豎向、吸出與壓入的4種組合通風(fēng)方式下，二次函數(shù)和冪函數(shù)的R2大于線性函數(shù)和指數(shù)函數(shù)的R2，4種擬合函數(shù)RSS(殘差平方和)從小到大依次為：二次、冪函數(shù)、線性、指數(shù)，說明二次函數(shù)對(duì)單位糧層阻力的擬合度最優(yōu)，冪函數(shù)次之。在4種通風(fēng)方式下，由于二次項(xiàng)函數(shù)對(duì)4種通風(fēng)方式下的單位糧層阻力擬合更為精確，本研究使用二次函數(shù)模型對(duì)大豆單位糧層阻力進(jìn)行描述，擬合曲線見圖5。

圖5 不同通風(fēng)條件下，大豆單位糧層阻力擬合曲線

從圖5可以看出，大豆在不同通風(fēng)(橫向與豎向)方式下，吸出式通風(fēng)的單位糧層阻力擬合曲線基本重合，壓入式通風(fēng)的擬合曲線也非常接近，說明通風(fēng)方式對(duì)大豆的單位糧層阻力影響不大，吸出式通風(fēng)的單位糧層阻力大于壓入式通風(fēng)。

大豆糧堆單位糧層阻力方差、回歸分析見表3、表4。通風(fēng)方式的P=0.699>0.05，說明通風(fēng)方式對(duì)單位糧層阻力影響不顯著。在α=0.01水平下，查F分布表可知，F(xiàn)0.01(3,16)=5.29。由表3可知，試驗(yàn)中F=96.921>F0.01(3,16)=5.29，表明大豆糧堆在通風(fēng)過程中，因變量單位糧層阻力P(Pa)與自變量送風(fēng)方式A、糧面表觀風(fēng)速B(m/s)之間存在顯著的線性關(guān)系。由表4可知，回歸處理后所得線性回歸方程為P=67.078A+683.448B-73.463(調(diào)整R2=0.938)。自變量標(biāo)準(zhǔn)系數(shù)分別為：βA=0.597，βB=1.058，表明單位糧層阻力與糧面表觀風(fēng)速呈正相關(guān)，吸出式通風(fēng)的單位糧層阻力大于壓入式；比較自變量標(biāo)準(zhǔn)系數(shù)絕對(duì)值可得|βB|>|βA|，表明在試驗(yàn)所設(shè)置條件下，各因素對(duì)大豆糧堆單位糧層阻力影響程度為：糧面表層風(fēng)速大于送風(fēng)方式。這可能是由于大豆粒形近似于橢球體，無論是橫向還是豎向通風(fēng)，氣流穿過糧堆與大豆顆粒接觸面積大致相等，故氣流所受阻力基本相同，這表明大豆糧堆具有各向同性的特點(diǎn)。這也驗(yàn)證了Khatchatourian和Toniazzo[5]關(guān)于物料形狀與糧堆的各向異性關(guān)系密切；當(dāng)通風(fēng)方式變化時(shí)，形狀越接近球形(豆類)的物料，對(duì)氣流阻力的影響越小，反之影響就越大的結(jié)論。

表3 大豆單位糧層阻力方差分析表

表4 大豆單位糧層阻力回歸分析表

3.2 大豆糧堆通風(fēng)均勻度分析

由圖6可知，在不同通風(fēng)條件下，大豆糧堆的通風(fēng)均勻度均在90%以上，隨著變頻器頻率和糧層厚度的逐漸加大，4種通風(fēng)方式下的均勻度逐漸增大。在豎向與橫向的通風(fēng)條件下，大豆糧堆內(nèi)通風(fēng)均勻度整體上一致。這可能是大豆顆粒各向同性的特點(diǎn)，決定了通風(fēng)時(shí)無論氣流從何種方向通過糧堆，糧粒堆放狀況對(duì)氣流的影響基本一致。

圖6 不同通風(fēng)條件下,大豆糧堆內(nèi)通風(fēng)均勻度變化

大豆糧堆通風(fēng)均勻度方差、回歸分析見表5、表6。由表5可知，因變量通風(fēng)均勻度J與自變量送風(fēng)方式A、糧面表觀風(fēng)速B(m/s)、糧層厚度C(m)之間存在顯著的線性關(guān)系。通風(fēng)方式對(duì)通風(fēng)均勻度影響不顯著。由表6可知，回歸處理后所得線性回歸方程為J=0.004A+0.042B+0.031C+0.957(R2=0.556)。自變量標(biāo)準(zhǔn)系數(shù)分別為：βA=0.16，βB=0.307，βC=0.685，表明大豆的通風(fēng)均勻性與糧面表觀風(fēng)速和糧層厚度呈正相關(guān)，吸出式通風(fēng)下的均勻性大于壓入式；比較自變量標(biāo)準(zhǔn)系數(shù)絕對(duì)值可得|βC|>|βB|>|βA|，表明試驗(yàn)條件下，各因素對(duì)大豆通風(fēng)均勻性影響程度從大到小依次為：糧層厚度、糧面表層風(fēng)速、送風(fēng)方式。

表5 大豆通風(fēng)均勻度方差分析表

表6 大豆通風(fēng)均勻度回歸分析表

4 結(jié)論

當(dāng)糧食堆放狀態(tài)和試驗(yàn)條件相同時(shí)，大豆糧堆的單位糧層阻力使用二次函數(shù)擬合最為精確，冪函數(shù)次之；當(dāng)通風(fēng)方式(橫向與豎向)一致時(shí)，吸出式通風(fēng)方式下的單位糧層阻力大于壓入式；當(dāng)送風(fēng)方式(吸出與壓入)一致時(shí)，橫向通風(fēng)和豎向通風(fēng)的單位糧層阻力相近，說明大豆糧堆通風(fēng)具有各向同性的特性。大豆糧堆的通風(fēng)均勻度與糧面表觀風(fēng)速和糧層厚度呈正相關(guān)，豎向與橫向通風(fēng)的均勻度差異不明顯。

[1] 張來林.儲(chǔ)糧機(jī)械通風(fēng)技術(shù)[M].鄭州:鄭州大學(xué)出版社,2014:129-131.

[2] 曹 陽,魏 雷,趙小津,等.糧倉橫向通風(fēng)方法及其系統(tǒng):200910085093[P].2009-11-04.

[3] 張來林,陶金亞,陳 朝,等.糧堆通風(fēng)性能參數(shù)檢測裝置:201420643851.3[P].2015-02-18.

[4] 趙思孟.評(píng)價(jià)儲(chǔ)糧機(jī)械通風(fēng)均勻性的方法[J].糧食流通技術(shù),2001(3):14-16.

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(責(zé)任編輯：俞蘭苓)

Comparative study on the performance parameters of transverse and vertical ventilation in soybean heap

ZHANG Lai-lin1,ZHENG Feng-xiang2,QIAN Li-peng3,ZHENG Song4,FANG Jiang-kun4

(1.School of Food Science and Technology, Henan University of Technology,Zhengzhou 450001,China; 2.Fujian Grain Reserve Management Co. Ltd., Fuzhou 350001,China; 3.COFCO Trading Co. Ltd., Beijing 10005,China; 4. Zhangzhou Depot, Fujian Grain Reserve Management Co. Ltd.,Zhangzhou 363000,China)

In order to correctly evaluate the performance and application effect of horizontal ventilation in grain storehouse,with the help of simulated ventilation device,through the frequency converter to adjust the wind speed, we can mensurate the static pressure value of soybean heap under four different ventilation modes (transverse and vertical, positive pressure and negative pressure). The result showed that the resistance of unit grain layer can be described by quadratic function and power function, quadratic function was more precise. When the direction of ventilation (transverse ventilation and vertical ventilation) were the same, the unit grain layer resistance of negative pressure ventilation was greater than that of positive pressure ventilation in the soybean heap. When the type of ventilation (positive pressure and negative pressure) were the same, the unit grain layer resistance of transverse ventilation and vertical ventilation were similar. The heap of soybean was not anisotropic. Ventilation uniformity of soybean heap was positively correlated with the frequency and grain depth. The uniformity of transverse ventilation and vertical ventilation had no significant difference.

soybean;grain storehouse;mechanical ventilation;transverse ventilation;static pressure value

2016-08-13；

2016-12-25

張來林(1955-)，男，教授，研究方向?yàn)榧Z油儲(chǔ)藏技術(shù)與倉儲(chǔ)工藝設(shè)計(jì)。

10.7633/j.issn.1003-6202.2017.01.003

S565.1;S379.2

A

1003-6202(2017)01-0010-05