鋼板倉(cāng)豎向不同送風(fēng)形式降溫模擬試驗(yàn)

王昱博 于志杰 李昭 陳雁 鄧可 何東升

[摘要]為了探究鋼板倉(cāng)豎向通風(fēng)上進(jìn)下出送風(fēng)形式的可行性，本文對(duì)一棟模擬鋼板倉(cāng)進(jìn)行冷氣流上進(jìn)下出、下進(jìn)上出的機(jī)械通風(fēng)降溫對(duì)比試驗(yàn)。結(jié)果表明，上進(jìn)下出通風(fēng)形式與下進(jìn)上出的通風(fēng)形式相比，具有降溫速度快、更加經(jīng)濟(jì)的特點(diǎn)，能夠有效緩解鋼板倉(cāng)悶頂現(xiàn)象，但是在優(yōu)化糧堆溫度均勻度上，上進(jìn)下出不如下進(jìn)上出送風(fēng)方式。

[關(guān)鍵詞]鋼板倉(cāng);機(jī)械通風(fēng);送風(fēng)方式

中圖分類號(hào)：TS213.3? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? DOI：10.16465/j.gste.cn431252ts.20190508

我國(guó)鋼板倉(cāng)在糧食行業(yè)應(yīng)用與發(fā)展起步較晚，現(xiàn)存的大部分鋼板倉(cāng)作為中轉(zhuǎn)倉(cāng)、暫存?zhèn)}使用，并不用于長(zhǎng)期儲(chǔ)藏糧食[1]。但隨著倉(cāng)儲(chǔ)技術(shù)的發(fā)展，將現(xiàn)存鋼板倉(cāng)改造后用于長(zhǎng)期儲(chǔ)糧已成為現(xiàn)實(shí)。張來(lái)林等[2]給鋼板倉(cāng)添加配套倉(cāng)儲(chǔ)設(shè)備后實(shí)現(xiàn)了長(zhǎng)達(dá)10年的安全儲(chǔ)糧效果。

鋼板倉(cāng)由于糧層深、糧食導(dǎo)熱系數(shù)差，造成糧堆溫度梯度大，有糧堆結(jié)露的風(fēng)險(xiǎn)[3]。鋼板倉(cāng)都需要配備機(jī)械通風(fēng)降溫系統(tǒng)，以冷卻糧溫并消除糧堆內(nèi)外溫差防止糧堆結(jié)露。現(xiàn)階段對(duì)鋼板倉(cāng)的機(jī)械通風(fēng)多采用冷氣流下進(jìn)上出形式，對(duì)冷氣流上進(jìn)下出形式少有研究。本試驗(yàn)進(jìn)行了冷空氣上進(jìn)下出與下進(jìn)上出的對(duì)比研究，探究鋼板倉(cāng)選擇冷氣流上進(jìn)下出的可行性，為鋼板倉(cāng)選擇機(jī)械通風(fēng)不同的送風(fēng)形式提供理論支持。

1? 材料與方法

1.1? 試驗(yàn)材料與儀器

本試驗(yàn)使用由鄭州工程學(xué)院機(jī)械廠定制生產(chǎn)的鋼板倉(cāng)。尺寸為長(zhǎng)3 m、寬3 m，倉(cāng)體高5.3 m，倉(cāng)容40 m3。倉(cāng)內(nèi)壁進(jìn)行20 mm厚的保溫材料處理，底部分布有4個(gè)出料口。倉(cāng)內(nèi)底部正接十字形地上通風(fēng)籠，在十字形地上通風(fēng)籠中心開(kāi)180 mm圓形風(fēng)口與外部相接。倉(cāng)頂處沿倉(cāng)壁做正方形環(huán)形通風(fēng)籠，側(cè)壁處開(kāi)有一與底部入口相同大小的風(fēng)口與外部相接。試驗(yàn)儀器主要有制冷量3 kW的空調(diào)機(jī)組一臺(tái)、電機(jī)功率1.5 kW的離心風(fēng)機(jī)一臺(tái)，以及配套的糧情檢測(cè)系統(tǒng)。試驗(yàn)所選用材料為稻谷。

1.2? 試驗(yàn)方法

將鋼板倉(cāng)上下端開(kāi)口與空調(diào)機(jī)組、離心風(fēng)機(jī)相連接組成環(huán)流通風(fēng)系統(tǒng)[4]。這樣做的優(yōu)勢(shì)在于當(dāng)采用空調(diào)機(jī)組制冷時(shí)，倉(cāng)內(nèi)氣溫是低于環(huán)境氣溫的。利用倉(cāng)內(nèi)的一部分回風(fēng)與全部采用外界空氣相比更加節(jié)能，選擇空調(diào)機(jī)組制冷量也可以相對(duì)低一些。

1.2.1? 測(cè)溫點(diǎn)布置

為了得到全面而具體的糧溫?cái)?shù)據(jù)，結(jié)合相關(guān)規(guī)范將試驗(yàn)倉(cāng)由上至下布置5層測(cè)溫點(diǎn)[5]。第一層位于糧面之上0.4 m，往下每層都距上層1 m。第一層到第四層平面，每層布置5個(gè)測(cè)溫點(diǎn)，均勻分布于4個(gè)角落和中心位置。分布角落的測(cè)溫點(diǎn)距離倉(cāng)房?jī)蓷l邊界均0.75 m。第五層布置4個(gè)測(cè)溫點(diǎn)，位于底部4個(gè)出料口的中心位置。測(cè)溫點(diǎn)布置見(jiàn)圖1。

1.2.2? 試驗(yàn)方案設(shè)計(jì)

本試驗(yàn)主要分兩個(gè)階段，第一階段：下進(jìn)上出式機(jī)械通風(fēng)降溫，將糧食處于高溫狀態(tài)，連接空調(diào)機(jī)組、離心風(fēng)機(jī)、風(fēng)道等，使冷風(fēng)由下部風(fēng)道進(jìn)入試驗(yàn)倉(cāng)。設(shè)定進(jìn)風(fēng)口風(fēng)速為5 m/s，動(dòng)態(tài)變化進(jìn)風(fēng)口風(fēng)溫，使風(fēng)溫與糧均溫差值保持在7 ℃以內(nèi)，防止糧食結(jié)露，觀察稻谷降溫情況，記錄試驗(yàn)倉(cāng)溫度變化。第二階段：上進(jìn)下出式機(jī)械通風(fēng)降溫，改變空調(diào)機(jī)組、離心風(fēng)機(jī)、風(fēng)道等連接狀況，使冷風(fēng)由上部風(fēng)道進(jìn)入試驗(yàn)倉(cāng)，其余處理與第一階段相同[6]。

2? 結(jié)果與討論

綜合各測(cè)點(diǎn)溫度變化，處理后可得試驗(yàn)倉(cāng)溫度變化情況見(jiàn)表1。

2.1? 糧均溫結(jié)果分析

據(jù)表1可知，第一階段試驗(yàn)糧均溫從26.3 ℃下降到15.9 ℃，降溫幅度為10.4 ℃;第二階段試驗(yàn)糧均溫從24 ℃下降到14.8 ℃，降溫幅度為9.2 ℃。兩個(gè)試驗(yàn)階段降溫幅度明顯，降溫效果顯著。第一階下進(jìn)上出降溫速率為0.8 ℃/d，第二階段上進(jìn)下出降溫速率為0.92 ℃/d。這是因?yàn)槔錃饬魃线M(jìn)下出時(shí)，除了風(fēng)機(jī)提供給冷氣流的驅(qū)動(dòng)力之外，冷氣流密度大，重力也會(huì)提供部分驅(qū)動(dòng)力，使對(duì)流換熱更加強(qiáng)烈。冷氣流下進(jìn)上出時(shí)，重力反而會(huì)成為冷氣流上升的阻力，不利于對(duì)流換熱[7]。

2.2? 糧溫均勻度結(jié)果分析

對(duì)糧溫的均勻度進(jìn)行分析，第一階段糧溫均勻度見(jiàn)圖2，第二階段糧溫均勻度見(jiàn)圖3。

據(jù)圖1可知，實(shí)際測(cè)溫點(diǎn)從第二層開(kāi)始所測(cè)溫度才為糧溫值。取測(cè)溫點(diǎn)第二層與第三層、第三層與第四層、第四層與第五層均溫差值可做第一階段糧溫均勻度，同理可繪制第二階段糧溫均勻度示意圖。所取溫差值均為絕對(duì)值。

據(jù)圖2可知，第一階段試驗(yàn)開(kāi)始時(shí)，第二三層、三四層糧溫差值較小，四五層糧溫差值較大，由上至下分別為1 ℃、0.6 ℃、5.1 ℃。隨著試驗(yàn)的進(jìn)行，層糧溫差值經(jīng)歷波動(dòng)后變小并穩(wěn)定在0.8 ℃、0.8 ℃、0.9 ℃。這說(shuō)明選擇下進(jìn)上出的送風(fēng)方式可以很好地控制糧溫均勻度。

據(jù)圖3可知，第二階段試驗(yàn)開(kāi)始時(shí)，層均溫差值較大，均勻度較差，由上至下分別為3.4℃、1.1℃、4.7 ℃，隨著試驗(yàn)的進(jìn)行，第三與第四層、第四與第五層糧均溫差值波動(dòng)后變小，穩(wěn)定在0.5 ℃、0.5 ℃。第二層與第三層均溫差值雖整體波動(dòng)后變小，但是最后的穩(wěn)定值較大為2.1 ℃。這說(shuō)明上進(jìn)下出的送風(fēng)方式對(duì)下層糧溫均勻度控制較好，對(duì)上層糧溫均勻度控制較差。

2.3? 倉(cāng)頂溫度分析

由于上進(jìn)下出式通風(fēng)，冷風(fēng)直接由上層進(jìn)入糧倉(cāng)，因此該通風(fēng)模式下倉(cāng)頂溫度較低。第二階段試驗(yàn)后，倉(cāng)頂均溫10.5 ℃且為全倉(cāng)溫度最低層;第一階段試驗(yàn)后，倉(cāng)頂均溫17.9 ℃且為全倉(cāng)溫度最高層。糧倉(cāng)熱負(fù)荷大部分源于太陽(yáng)熱負(fù)荷，在炎熱的夏季，一方面?zhèn)}內(nèi)空氣受熱升溫，熱空氣密度小從而上升密集在頂部空間;另一方面?zhèn)}頂也直接受太陽(yáng)熱輻射影響，在倉(cāng)頂至糧面區(qū)域形成密閉的熱空氣層，即悶頂現(xiàn)象。下進(jìn)上出時(shí)，冷氣流由糧層下層進(jìn)入糧堆，推動(dòng)糧堆中熱空氣在糧倉(cāng)頂匯集，通風(fēng)剛開(kāi)始的一段時(shí)間對(duì)悶頂現(xiàn)象并沒(méi)有緩解;上進(jìn)下出時(shí)，冷空氣由倉(cāng)頂進(jìn)入糧倉(cāng)，冷氣流直接與倉(cāng)頂部空氣層相接觸，對(duì)倉(cāng)頂部熱空氣有明顯的冷卻效果[8]。

2.4? 經(jīng)濟(jì)效益分析

不同階段制冷能耗情況見(jiàn)表2。

據(jù)表2可知，取0.6元/kW·h進(jìn)行能耗分析，可得第一階段降溫費(fèi)用為120×0.6=72元，第二階段降溫費(fèi)用為100×0.6=60元;第一階段降溫幅度10.4 ℃，第二階段降溫幅度為9.2 ℃。由此可得第一階段糧堆降溫成本為0.29元/t，第二階段糧堆降溫成本為0.27元/t。與下進(jìn)上出的機(jī)械通風(fēng)形式相比，上進(jìn)下出擁有更好的節(jié)能效果。

3? 結(jié)? 論

本試驗(yàn)通過(guò)對(duì)下進(jìn)上出和上進(jìn)下出送風(fēng)方式進(jìn)行對(duì)比，結(jié)果表明，上進(jìn)下出的送風(fēng)方式也是可行的，兩者都能起到降低糧溫，滿足低溫儲(chǔ)糧的要求。下進(jìn)上出送風(fēng)方式可以使糧堆擁有更好的糧溫均勻度，但是不能較好地緩解悶頂現(xiàn)象，對(duì)此可以考慮利用風(fēng)機(jī)在環(huán)境溫度較低的時(shí)刻（例如夜晚）單獨(dú)對(duì)頂層空間進(jìn)行機(jī)械通風(fēng)[9-10];上進(jìn)下出送風(fēng)方式擁有更好的降溫速度，與下進(jìn)上出的通風(fēng)形式相比，是一種更經(jīng)濟(jì)的送風(fēng)方式。但是對(duì)上層糧溫均勻度控制較差，可以考慮采用勤翻糧面、單獨(dú)對(duì)均勻度不良的糧堆部位通風(fēng)等預(yù)防結(jié)露的方法來(lái)解決。不同的送風(fēng)方式有不同的特點(diǎn)，要根據(jù)實(shí)際情況的不同，靈活選擇送風(fēng)方式，保持糧食品質(zhì)。

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收稿日期：2019-04-27

基金項(xiàng)目：國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃（2016YFD0401601）;糧食公益性行業(yè)科研專項(xiàng)（201513001）。

作者簡(jiǎn)介：王昱博，男，碩士，研究方向?yàn)榻ㄖ?jié)能。