不同糧種橫向和豎向通風(fēng)性能參數(shù)的對(duì)比研究

張來(lái)林，錢立鵬，鄭鳳祥，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.中糧貿(mào)易有限公司，北京 100005；3.福建省儲(chǔ)備糧管理有限公司，福建 福州 350001；4.福建省儲(chǔ)備糧管理有限公司漳州直屬庫(kù)，福建 漳州 363000）

不同糧種橫向和豎向通風(fēng)性能參數(shù)的對(duì)比研究

張來(lái)林1，錢立鵬2，鄭鳳祥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.中糧貿(mào)易有限公司，北京 100005；3.福建省儲(chǔ)備糧管理有限公司，福建 福州 350001；4.福建省儲(chǔ)備糧管理有限公司漳州直屬庫(kù)，福建 漳州 363000）

借助通風(fēng)模擬裝置，通過變頻器調(diào)整風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速、改變通風(fēng)箱接口位置，實(shí)現(xiàn)橫向通風(fēng)與豎向通風(fēng)的轉(zhuǎn)換，在相同試驗(yàn)條件和糧堆不動(dòng)的前提下，測(cè)定不同條件下4種糧堆的靜壓值，并計(jì)算出單位糧層阻力。研究表明：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；單位糧層阻力：壓入式送風(fēng)好于吸出式送風(fēng)，橫向通風(fēng)好于豎向通風(fēng)(大豆例外)，豎向壓入式通風(fēng)好于橫向吸出式通風(fēng)，說(shuō)明橫向通風(fēng)在單位糧層阻力方面并不比豎向通風(fēng)更具優(yōu)勢(shì)。另外，還討論了橫向通風(fēng)的適用范圍，若應(yīng)用條件不符則會(huì)影響到通風(fēng)效果與通風(fēng)效益，需考慮橫向通風(fēng)在糧庫(kù)的適用性。

糧食；通風(fēng)裝置；橫向通風(fēng)；糧堆靜壓

網(wǎng)絡(luò)出版時(shí)間：2017-4-20 14:09:38

0 引言

糧堆通風(fēng)不僅能處理糧食發(fā)熱問題，還能使糧堆處于均勻的低溫狀態(tài)，有效地控制蟲、霉的發(fā)展與危害，減少水分轉(zhuǎn)移，增進(jìn)儲(chǔ)糧的穩(wěn)定性，現(xiàn)已成為全世界各國(guó)常用的、不可缺少的儲(chǔ)糧方法之一[1-2]。

隨著時(shí)代發(fā)展，對(duì)糧庫(kù)機(jī)械化程度的要求越來(lái)越高，而在地坪上鋪設(shè)的地上籠風(fēng)道增大了平房倉(cāng)進(jìn)出糧的難度，于是有關(guān)部門提出橫向通風(fēng)模式[3]，即將風(fēng)道固定在平房倉(cāng)內(nèi)兩側(cè)檐墻上，替代以往鋪在地坪上的風(fēng)道，倉(cāng)內(nèi)地面清潔，可大幅提高平房倉(cāng)進(jìn)出糧的速度。然而，橫向通風(fēng)與豎向通風(fēng)分屬不同的通風(fēng)方式，在通風(fēng)過程中，糧堆的厚度、籽粒所處狀態(tài)、水分與雜質(zhì)的含量等因素的變化會(huì)對(duì)通風(fēng)性能造成影響。因此，研究分析橫向通風(fēng)與豎向通風(fēng)方式的差異，對(duì)糧庫(kù)應(yīng)用具有重大的現(xiàn)實(shí)意義。

本試驗(yàn)借助糧堆通風(fēng)模擬裝置，通過通風(fēng)箱接口位置的改變，實(shí)現(xiàn)橫向通風(fēng)與豎向通風(fēng)的轉(zhuǎn)換，在保證試驗(yàn)條件一致、糧食堆放狀態(tài)不變的前提下，獲取兩種通風(fēng)方式的靜壓數(shù)據(jù)，進(jìn)行單位糧層阻力的比較，并期望試驗(yàn)結(jié)果對(duì)生產(chǎn)應(yīng)用有所幫助。

1 試驗(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[4]的結(jié)構(gòu)見圖1，主箱體尺寸為：長(zhǎng)×高×寬=100 cm×100 cm×50 cm，箱體的裝糧體積V=0.5 m3。

裝置設(shè)計(jì)的關(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，從而實(shí)現(xiàn)橫向、豎向的通風(fēng)方式和吸出、壓入送風(fēng)方式的轉(zhuǎn)換，在相同條件下測(cè)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)所用糧種見表1。

1.3 試驗(yàn)儀器

YJB-1500型補(bǔ)償式微壓計(jì)：上海隆拓儀器設(shè)備有限公司；L1000-0075G型高性能矢量變頻器：南京雷歐電器科技有限公司；TES-1340型熱線式風(fēng)速儀：臺(tái)灣泰仕電子工業(yè)股份有限公司；CDTY89型多管通風(fēng)機(jī)：河南未來(lái)機(jī)電工程有限公司。

圖1 橫向和豎向通風(fēng)示意圖Fig.1 Diagram of transverse and vertical ventilation

表1 試驗(yàn)所用糧種Table 1 Selected grain speices

2 試驗(yàn)方法

將變頻器、風(fēng)機(jī)、連接管、通風(fēng)接口和通風(fēng)裝置等連接好，使用變頻器調(diào)節(jié)風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速、靜壓管和補(bǔ)償式微壓計(jì)測(cè)定糧堆靜壓值。將混合均勻的糧食裝入主箱體，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)，加速糧食沉降，并補(bǔ)充相應(yīng)糧食，避免橫向通風(fēng)時(shí)短路。

2.1 靜壓值測(cè)點(diǎn)布置

橫向通風(fēng)測(cè)點(diǎn)布置：在通風(fēng)裝置的垂直面上設(shè)7個(gè)測(cè)點(diǎn)（測(cè)點(diǎn)1、4、7位于箱體寬度的中點(diǎn)處，測(cè)點(diǎn)2、3、5、6位于箱體寬度的1/4或3/4處）、水平面上分5層（糧層5距箱體左側(cè)面55 mm處，其余各層相互間距為190 mm）布置（見圖2）。

圖2 橫向通風(fēng)時(shí)靜壓測(cè)點(diǎn)布置圖Fig.2 Layout of static pressure measuring points in transverse ventilation

豎向通風(fēng)測(cè)點(diǎn)布置：在通風(fēng)裝置的水平面上設(shè)7個(gè)測(cè)點(diǎn)、垂直面上分5層布置，測(cè)點(diǎn)位置與尺寸同橫向通風(fēng)，但檢測(cè)面轉(zhuǎn)換90°（見圖3）。

本次調(diào)查把外來(lái)物種(本項(xiàng)所稱外來(lái)物種是指從外域引進(jìn)的植物物種，包括國(guó)外和國(guó)內(nèi)其它地區(qū)的物種)也列為調(diào)查對(duì)象，但不包括景天科、番杏科等微型盆栽植物。隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，對(duì)外交流的增多，鄉(xiāng)村綠化美化和居民盆栽等活動(dòng)日益頻繁，導(dǎo)致外來(lái)物種數(shù)量明顯增多。據(jù)統(tǒng)計(jì)，共有19科24屬26種，其中以草本植物居多，有9科11屬11種；灌木次之，有8科9屬9種；喬木較少，有4科4屬5種；藤本最少，1科1屬1種。本項(xiàng)調(diào)查的外來(lái)植物中，雪蓮果[3]、鐵皮石槲為經(jīng)濟(jì)藥用植物，空心蓮子草為有害生物，其余均為綠化觀賞植物(表2)。

圖3 豎向通風(fēng)時(shí)靜壓測(cè)點(diǎn)布置圖Fig.3 Layout of static pressure measuring points in vertical ventilation

2.2 糧面表觀風(fēng)速計(jì)算方法

使用熱線式風(fēng)速儀，根據(jù)分環(huán)法檢測(cè)風(fēng)機(jī)出口截面的風(fēng)速，按式(1)計(jì)算出糧面表觀風(fēng)速：

式中：V為糧面表觀風(fēng)速，m/s；v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

機(jī)械通風(fēng)過程中，氣流穿過每米厚度糧層的壓力損失為單位糧層阻力，見式（2）：

式中：Z為單位糧層阻力，Pa/m；P2為糧層2靜壓值，Pa；P1為糧層1靜壓值，Pa；L為糧層2和糧層1之間的距離，m。

3 分析與討論

將在不同通風(fēng)條件下測(cè)得糧堆的靜壓值，用公式計(jì)算出單位糧層阻力，再用SPSS軟件對(duì)單位糧層阻力進(jìn)行線性、二次、冪、指數(shù)4種函數(shù)方程擬合，結(jié)果見表2。

表2 單位糧層阻力變化曲線的擬合系數(shù)及統(tǒng)計(jì)參數(shù)Table 2 Fitting coefficient and statistical parameter of curve of unit grain layer resistance

續(xù)表2

從表2可以看出，小麥、稻谷、玉米、大豆糧堆在4種通風(fēng)條件下，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，其值更加接近于1；二次函數(shù)的RSS（殘差平方和）最小。說(shuō)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。因此，4種糧食的單位糧層阻力既可用Hunter二項(xiàng)式公式描述，也可用Shedd冪函數(shù)公式進(jìn)行描述[5]。由于二次項(xiàng)函數(shù)對(duì)4種通風(fēng)條件下的單位糧層阻力擬合更加精確，使用二次函數(shù)模型對(duì)單位糧層阻力進(jìn)行二次函數(shù)曲線擬合，如圖4所示。

圖4 糧堆在4種不同通風(fēng)條件下的單位糧層阻力特性曲線Fig.4 Unit grain layer resistance characteristic curve of four kinds of grain bulk under different ventilation conditions

從圖4可看出，當(dāng)送風(fēng)方式（吸出或壓入）一致時(shí)，小麥、稻谷、玉米糧堆在橫向通風(fēng)條件下的單位糧層阻力小于豎向通風(fēng)，大豆糧堆在橫向和豎向通風(fēng)條件下的單位糧層阻力非常相近，說(shuō)明小麥、稻谷、玉米糧堆具有各向異性，大豆糧堆具有各向同性。當(dāng)通風(fēng)方式（橫向或豎向）一致時(shí)，4種糧堆在壓入式通風(fēng)條件下的單位糧層阻力小于吸出式通風(fēng)。綜合考慮，4種糧堆在豎向壓入式通風(fēng)條件下的單位糧層阻力小于橫向吸出式通風(fēng)，表明橫向通風(fēng)在單位糧層阻力方面與豎向通風(fēng)相比并不具備優(yōu)勢(shì)。

在橫向通風(fēng)時(shí)，單位糧層阻力：小麥＞玉米＞稻谷＞大豆，小麥的單位糧層阻力遠(yuǎn)大于其他糧種的單位糧層阻力，玉米與稻谷的單位糧層阻力較為接近。在豎向通風(fēng)時(shí)，單位糧層阻力：小麥＞稻谷＞玉米＞大豆，但4種糧堆的單位糧層阻力間的差異相近。

可能由于小麥容重大、顆粒小、表面光滑[6]，在糧堆內(nèi)小麥顆粒之間較為緊密，導(dǎo)致在4種通風(fēng)條件下，小麥糧堆的單位糧層阻力最大。大豆為近橢球型，顆粒較大，糧堆內(nèi)孔隙度較大，對(duì)氣流的阻力較小，氣流更易穿過糧堆，以致在4種通風(fēng)條件下，大豆糧堆的單位糧層阻力最小。稻谷為細(xì)長(zhǎng)型，粒小表面粗糙，糧堆內(nèi)顆粒聚集較為蓬松；玉米為楔形，粒形較大，糧堆內(nèi)顆粒間的空隙較大；堆放時(shí)玉米與稻谷籽粒多為橫臥狀，豎向通風(fēng)時(shí)的稻谷糧堆對(duì)氣流的影響大于玉米，導(dǎo)致稻谷的單位糧層阻力較大，橫向通風(fēng)時(shí)的稻谷顆粒的迎風(fēng)面較小，且糧堆較為松散，稻谷糧堆對(duì)氣流的影響略小于玉米糧堆，兩者的單位糧層阻力較為相近。

3.2 問題討論

橫向通風(fēng)的最大優(yōu)點(diǎn)是風(fēng)道上墻后，可大幅提高平房倉(cāng)進(jìn)出糧的速度；但不足之處是對(duì)應(yīng)用條件要求較高，并非能完全替代豎向通風(fēng)。對(duì)糧庫(kù)而言，不僅要關(guān)心通風(fēng)道對(duì)進(jìn)出糧過程的影響，更要關(guān)注對(duì)通風(fēng)效果和安全儲(chǔ)糧的影響。

目前全國(guó)正在推廣橫向通風(fēng)模式，其關(guān)鍵要科學(xué)評(píng)價(jià)橫向與豎向通風(fēng)的優(yōu)缺點(diǎn)，使糧庫(kù)了解橫向通風(fēng)的適用范圍，正確選用適合本庫(kù)的通風(fēng)方式。⑴平房倉(cāng)的跨度≤24 m；⑵糧面需全年覆膜且糧堆密閉性要好；⑶倉(cāng)房?jī)蓚?cè)檐墻都要開通風(fēng)口，一側(cè)進(jìn)風(fēng)，另一側(cè)裝風(fēng)機(jī)負(fù)壓通風(fēng)；⑷由于通風(fēng)路徑較長(zhǎng)，只能采用小風(fēng)量通風(fēng)，但整個(gè)糧層的阻力并不小，仍需用大功率風(fēng)機(jī)的小風(fēng)量通風(fēng)，即橫向通風(fēng)不節(jié)能；⑸超厚糧層的小風(fēng)量通風(fēng)，降水效果極差且分層嚴(yán)重，不考慮降水功能，故對(duì)糧食要求高，入倉(cāng)糧必須是安全水分，雜質(zhì)要少；⑹受檐墻上固定風(fēng)道的高度所限，堆糧高度不能變，過高過低都會(huì)引起送風(fēng)的不均勻；⑺小風(fēng)量通風(fēng)降溫慢、時(shí)間長(zhǎng)，對(duì)搶時(shí)機(jī)降溫通風(fēng)的南方庫(kù)點(diǎn)可能會(huì)喪失通風(fēng)時(shí)機(jī)。橫向通風(fēng)只有滿足上述條件，才能取得較好的通風(fēng)效果與通風(fēng)效益，若條件不符，糧庫(kù)需考慮橫向通風(fēng)的適用性。

4 結(jié)論

在相同試驗(yàn)條件和在糧堆不動(dòng)前提下，檢測(cè)了4個(gè)糧種的靜壓值，結(jié)果表明：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；單位糧層阻力：壓入式送風(fēng)好于吸出式送風(fēng)，橫向通風(fēng)好于豎向通風(fēng)(大豆例外)，豎向壓入式通風(fēng)好于橫向吸出式通風(fēng)，說(shuō)明在單位糧層阻力方面橫向通風(fēng)并不比豎向通風(fēng)具有優(yōu)勢(shì)。另外，還討論了橫向通風(fēng)的適用范圍，應(yīng)用條件不符則會(huì)影響到糧庫(kù)通風(fēng)效果與通風(fēng)效益。

［1］張來(lái)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］張來(lái)林，金文，朱慶芳，等.儲(chǔ)糧通風(fēng)技術(shù)的應(yīng)用及發(fā)展［J］.糧食加工，2011（3）:66-70.

［3］曹陽(yáng)，魏雷，趙小津，等.糧倉(cāng)橫向通風(fēng)方法及其系統(tǒng):中國(guó)，200910085093［P］.2009-11-04.

［4］張來(lái)林，陶金亞，陳朝，等.糧堆通風(fēng)性能參數(shù)檢測(cè)裝置:中國(guó)，201420643851.3［P］.2015-02-18.

［5］NAVARRO S，NOYES R.The mechanics and physics of modern grain aeration management［M］.Boca Raton：CRC Press LLC，2002: 209-210.

［6］田曉紅，李光濤.糧食孔隙率測(cè)定方法探討［J］.糧食加工，2009（5）:35-37，45.

COMPARATIVE STUDY ON THE PERFORMANCE PARAMETERS OF TRANSVERSE AND VERTICAL VENTILATION OF DIFFERENT SPECIES OF GRAIN

ZHANG Lailin1，QIAN Lipeng2，ZHENG Fengxiang3，ZHENG Song4，F(xiàn)ANG Jiangkun4
（1.School of Food Science and Technology，Henan University of Technology，Zhengzhou 450001，China；2.COFCO Trading Co.，Ltd.，Beijing 10005，China；3.Fujian Grain Reserve Management Co.，Ltd.，F(xiàn)uzhou 350001，China；4.Zhangzhou Depot，F(xiàn)ujian Grain Reserve Management Co.，Ltd.，Zhangzhou 363000，China）

With the help of simulation ventilation device，we realized conversion between transverse ventilation and vertical ventilation by adjusting rotation speed of a fan through a frequency converter and changing the connection position of a ventilation box，then tested the static pressure values of four kinds of grain bulks under the same conditions and keeping the grain bulk immobile，and calculated the unit grain layer resistance.The results showed that quadratic function had the highest fitting degree of the unit grain layer resistance，followed by power function；positive pressure ventilation was superior to negative pressure ventilation；transverse ventilation was superior to vertical ventilation（except for soybeans）；and vertical positive pressure ventilation was superior to transverse negative pressure ventilation，which indicated the transverse ventilation had not more advantages than vertical ventilation for unit grain layer resistance.In addition，the paper also discussed the application range of transverse ventilation，and the application conditions could affect the ventilation effect and ventilation efficiency，therefore it is necessary to consider the applicability of transverse ventilation in grain depot.

grain；ventilation device；transverse ventilation；static pressure of grain bulk

TS210.3

B

1673-2383(2017)02-0075-05

http://kns.cnki.net/kcms/detail/41.1378.N.20170420.1409.026.html

2016-08-13

張來(lái)林（1955—），男，浙江杭州人，教授，研究方向?yàn)榧Z油儲(chǔ)藏技術(shù)與倉(cāng)儲(chǔ)工藝設(shè)計(jì)。