[發(fā)明專利]一種糧食床通風(fēng)過程中溫度和水分變化的模擬分析方法

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• 申請?zhí)枺?/td>: 202110019979.7
• 申請日: 2021-01-07
• 公開（公告）號: CN112861313A
• 公開（公告）日: 2021-05-28
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 李興軍;管超;趙玉霞;頡宇;陶利思;秦文
• 申請（專利權(quán)）人: 國家糧食和物資儲備局科學(xué)研究院;國貿(mào)工程設(shè)計院
• 主分類號: G06F30/20
• 分類號: G06F30/20;G06Q50/02;G06F113/08;G06F119/08
• 代理公司: 北京知呱呱知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11577
• 代理人: 彭伶俐

本發(fā)明公開了一種糧食床通風(fēng)過程中溫度和水分變化的模擬分析方法，所述方法包括：基于糧堆焓平衡方程和水分平衡方程，采用離散化方法將糧食床分成N個節(jié)段，采用糧食平衡水分方程計算第1個節(jié)段的糧層含水率，然后采用迎風(fēng)差分格式將溫度和水分分配到第2、3、4、······N?1、N節(jié)點的過程。能夠合理估計變化的糧食溫度和含水率，通風(fēng)空氣的溫度和濕度通常在通風(fēng)過程連續(xù)變化，本發(fā)明的方法模擬通風(fēng)糧堆的熱量和水分遷移，給出熱量和質(zhì)量平衡方程的逐步推導(dǎo)，就一維系統(tǒng)假定均一流速的氣流通過糧食床，熱量也僅在氣流方向流動，既可闡明解決問題的原理，又可保證軟件程序中簡單而整體的代數(shù)式。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及食品科學(xué)技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種糧食床通風(fēng)過程中溫度和水分變化的模擬分析方法。

背景技術(shù)

目前，國家加大了對糧食儲運領(lǐng)域應(yīng)用基礎(chǔ)研究，一些學(xué)者開始探索糧堆的溫度和水分遷移過程，當(dāng)前國內(nèi)公開的試驗結(jié)果主要是采用商業(yè)計算流體動力學(xué)(CFD)軟件進行模擬。該軟件包含了連續(xù)性方程、動量守恒方程、對流傳熱方程和水分遷移方程，其運行計算機語言環(huán)境是Fluent軟件中的Fortran語言,該軟件非常昂貴，一般科技工作者和糧庫無法利用。

探索糧堆溫度和水分遷移過程的算法，意義重大。糧堆生態(tài)系統(tǒng)中生物與非生物成分之間相互作用，是動態(tài)的，每個成分持續(xù)地影響其它成分。通風(fēng)的作用就是運動合適質(zhì)量的空氣穿過糧堆以調(diào)節(jié)儲糧存在的條件。糧食儲藏作業(yè)的目標(biāo)就是保持糧食的品質(zhì)，減少昆蟲、螨類、霉菌危害糧食的可能性。為了成功實現(xiàn)這個目標(biāo)，就要調(diào)控儲糧生態(tài)系統(tǒng)微生境，造成糧食籽粒內(nèi)、糧堆(空間或籽粒之間)空隙內(nèi)的物理和化學(xué)條件對有害生物是敵對的，而有益于糧食品質(zhì)保持。在實踐應(yīng)用方面，國家糧食局2002年發(fā)布了《儲糧機械通風(fēng)技術(shù)規(guī)程》(LS/T 1202-2002)，提出了允許降溫通風(fēng)的溫度條件和濕度條件。在這個儲糧技術(shù)規(guī)程及我國糧食儲藏學(xué)科的專著中，對通風(fēng)過程缺乏描述。糧堆降溫通風(fēng)作業(yè)往往伴隨降水，溫度遷移前沿區(qū)帶早于水分遷移前沿區(qū)帶，國內(nèi)對糧堆降溫通風(fēng)期間溫度和水分遷移的前沿區(qū)帶和尾巴區(qū)帶缺乏研究。與國外糧食品種單一、儲存時間短的儲糧比較，考慮我國的糧倉倉型、儲糧區(qū)域、糧食種類品種、儲存時間、糧食含水率及雜質(zhì)含量等因素到通風(fēng)過程模擬中，有利于節(jié)約能耗，降低糧堆水分損失，達到優(yōu)糧優(yōu)儲的目標(biāo)。

糧堆物理特性的知識提供了糧堆通風(fēng)作業(yè)的原理基礎(chǔ)。糧堆的物理特性是內(nèi)在聯(lián)系的，并被其它的物理、生物因素所影響。糧堆顆粒間隙的條件包括空氣的濕度和溫度、有毒氣體如熏蒸劑、接觸式殺蟲劑。顆粒間隙的條件強烈影響糧堆籽粒的條件。糧食顆粒之間的空氣溫度和濕度是最關(guān)鍵的非生物因子變量，通過通風(fēng)作業(yè)過程調(diào)控。糧堆內(nèi)濕度和干球溫度對應(yīng)于籽粒間隙空氣的濕球溫度，濕球溫度與昆蟲群體生長的速率直接相關(guān)。在糧堆中霉菌傾向于如何發(fā)展，也是糧堆溫度和濕度的函數(shù)。

發(fā)明內(nèi)容

為此，本發(fā)明提供一種糧食床通風(fēng)過程中溫度和水分變化的模擬分析方法。

為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案：

本發(fā)明提供一種糧食床通風(fēng)過程中溫度和水分變化的模擬分析方法，所述方法包括：基于糧堆焓平衡方程和水分平衡方程，采用離散化方法將糧食床分成N個節(jié)段，采用糧食平衡水分方程計算第1個節(jié)段的糧層含水率，然后采用迎風(fēng)差分格式將溫度和水分分配到第2、3、4、······N-1、N節(jié)點的過程。

本發(fā)明的一個實施例中，所述離散化方法為：在通風(fēng)氣流方向?qū)⒓Z食床分為N-1層，糧食床的高度是L，每個層長度是Δx，則方程為

Δx＝L/(N-1)

所述第1個節(jié)段的糧層含水率的計算方程為：

其中，M是平衡含水率，小數(shù)干基表示，ERH是平衡相對濕度，小數(shù)表示；系數(shù)A、B、C與之對應(yīng)的國產(chǎn)糧食種類的如表1所示。

本發(fā)明的一個實施例中，所述糧堆焓平衡方程為：