稻谷就倉(cāng)干燥水分遷移規(guī)律及干燥動(dòng)力學(xué)模型研究

宋 玉 劉 超 段依夢(mèng) 曹 磊 朱昌保 周 健 洪 瑩 陶 澍 陳繼圣 王 懿 曹勝男 顧廣東

(安徽省農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)產(chǎn)品加工研究所1，合肥 230031) (安徽省糧油科學(xué)研究所2，合肥 230001) (合肥弘恩機(jī)電科技有限公司3；合肥 230001)

稻谷作為不耐儲(chǔ)藏糧食，容易在其收獲、干燥、儲(chǔ)藏過(guò)程中受溫度、濕度、稻谷水分含量、害蟲(chóng)等因素的影響，品質(zhì)發(fā)生劣變[1,2]。為穩(wěn)定稻谷的品質(zhì)，需要對(duì)收獲的高水分稻谷進(jìn)行降水干燥處理，將稻谷含水量干燥至安全儲(chǔ)藏水分(濕基14%左右)后入倉(cāng)儲(chǔ)藏[3]。目前，由于我國(guó)不同地區(qū)經(jīng)濟(jì)水平、技術(shù)狀況的不平衡，對(duì)高水分糧食的干燥仍然是人工晾曬法、烘干機(jī)干燥法、就倉(cāng)干燥法3種技術(shù)[4]。就倉(cāng)干燥作為機(jī)械干燥的一種方式，是指將收獲的糧食存放在配有機(jī)械通風(fēng)系統(tǒng)的筒倉(cāng)內(nèi)，以自然空氣或加熱空氣作為干燥介質(zhì)，在較短時(shí)間內(nèi)，通過(guò)糧堆內(nèi)外空氣置換將糧食水分降至標(biāo)準(zhǔn)以內(nèi)后就倉(cāng)儲(chǔ)藏的過(guò)程和干燥技術(shù)[5-7]。其主要目的在于對(duì)高水分稻谷進(jìn)行機(jī)械通風(fēng)處理，使其在進(jìn)入儲(chǔ)藏前可以達(dá)到安全儲(chǔ)藏標(biāo)準(zhǔn)含水量，延長(zhǎng)稻谷的儲(chǔ)藏期，確保糧食儲(chǔ)藏安全性[8，9]。相對(duì)于烘干機(jī)干燥，就倉(cāng)干燥具有能耗較低，對(duì)糧食品質(zhì)影響較小等優(yōu)點(diǎn)，吳曉宇等[10]研究發(fā)現(xiàn)應(yīng)用就倉(cāng)干燥技術(shù)將稻谷含水量降至13.4%～14.9%范圍后，糧溫?zé)o異常現(xiàn)象，稻谷品質(zhì)無(wú)明顯變化，且相對(duì)于烘干機(jī)干燥，就倉(cāng)干燥技術(shù)運(yùn)行成本更低，能夠更好地在完成降水的基礎(chǔ)上保證稻谷品質(zhì)。目前相關(guān)研究多集中在稻谷干燥過(guò)程品質(zhì)變化規(guī)律方面，如Meas等[11]研究了50 ℃高溫干燥對(duì)稻谷品質(zhì)的影響，結(jié)果表明谷層厚度越薄、翻動(dòng)頻率越高、干燥速率越慢、空氣流速越小，稻谷的整精米率越高。為使糧堆干燥過(guò)程水分分布均勻，黃愛(ài)國(guó)等[12]采用分層就倉(cāng)干燥的方式，使得稻谷糧堆平均水分由16.9%降至13.7%，水分分層現(xiàn)象可得到有效改善。對(duì)于整倉(cāng)稻谷干燥過(guò)程糧堆水分遷移規(guī)律的研究尚少。

數(shù)學(xué)模型的建立可為干燥過(guò)程水分遷移規(guī)律提供理論支持，同時(shí)也可為后續(xù)工作減少大量工作[13]?？筛鶕?jù)所建立的數(shù)學(xué)模型直觀的對(duì)稻谷品質(zhì)[14]、水分傳遞[15]、糧堆濕熱傳遞等[16]參數(shù)的變化進(jìn)行模擬。王遠(yuǎn)成等[17]采用數(shù)值預(yù)測(cè)的方法，研究了噸糧通風(fēng)量不變、糧堆初始溫度與通風(fēng)空氣溫度差 8 ℃ 情況下，糧堆初始平衡濕度與通風(fēng)空氣濕度差分別為-5%、0%和5%時(shí)，糧堆內(nèi)部溫度和水分隨時(shí)間的變化規(guī)律。李雨朋等[18]針對(duì)營(yíng)養(yǎng)粥的流化床干燥建立干燥動(dòng)力學(xué)模型，結(jié)果表明Page模型最適合用來(lái)描述營(yíng)養(yǎng)粥的干燥過(guò)程，且可以有效預(yù)測(cè)其干燥各階段的水分質(zhì)量分?jǐn)?shù)及干燥速率；戚禹康等[19]采用了計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)的方法，建立了儲(chǔ)藏通風(fēng)模型，其結(jié)果表明裝糧高度對(duì)糧堆溫度影響效果不顯著，且針對(duì)淺圓倉(cāng)，倉(cāng)內(nèi)徑向與垂直通風(fēng)的效果相近，該結(jié)果可有效指導(dǎo)淺圓倉(cāng)不同裝量高度下通風(fēng)方向的設(shè)置。因此，建立數(shù)學(xué)模型預(yù)測(cè)不同通風(fēng)條件下糧堆各層含水量等的變化有助于更深層次研究稻谷就倉(cāng)干燥水分遷移規(guī)律。

為剛收獲稻谷能夠及時(shí)進(jìn)行干燥，保證稻谷干燥過(guò)程品質(zhì)安全，本研究模擬不同水分含量稻谷在不同通風(fēng)量條件下的干燥過(guò)程，探索稻谷就倉(cāng)干燥過(guò)程中的水分遷移規(guī)律，建立稻谷干燥動(dòng)力學(xué)模型，為高水分稻谷就倉(cāng)干燥提供必要的數(shù)據(jù)支撐。

1 材料與方法

1.1 材料與設(shè)備

2019年產(chǎn)粳稻：南粳5055；產(chǎn)地：安徽省合肥市廬江縣；初始含水量22.60%。

模擬倉(cāng)及糧情測(cè)控分機(jī)，CZR小型離心風(fēng)機(jī)，Testo410-2多功能葉輪風(fēng)速儀，1 m單孔扦樣器，GZX-GF 101-3BS電熱恒溫鼓風(fēng)干燥箱。

如圖1、圖2所示，模擬倉(cāng)直徑為800 mm，高度為1 300 mm，滿倉(cāng)容量約為0.5 m3。溫濕度檢測(cè)電纜1根，位于糧堆中心位置，自糧面每隔150 mm 有一處測(cè)溫濕度傳感器，共6個(gè)點(diǎn)，對(duì)應(yīng)取樣高度，取樣位置如圖2所示；為保證樣品具有代表性，以溫濕度電纜為中心將糧面等分3份，如圖2所示，每個(gè)取樣點(diǎn)距糧面150 mm 處開(kāi)始取樣，以后每隔150 mm 如圖5。由圖5可知，升高配料比、提高溫度或延長(zhǎng)反應(yīng)時(shí)間可增加DOAA的得率W2。當(dāng)配料比大于1∶3.5，反應(yīng)溫度大于50 ℃，反應(yīng)時(shí)間為大于6 h時(shí)，得率W2大于93.3%。為保證投入產(chǎn)出比，故選擇1∶3.5的配料比、50 ℃的反應(yīng)溫度以及6 h的反應(yīng)時(shí)間作為最佳反應(yīng)條件。

圖1 模擬倉(cāng)設(shè)計(jì)效果圖

圖2 模擬倉(cāng)取樣點(diǎn)示意圖

1.2 方法

單位通風(fēng)量的確定：?jiǎn)挝煌L(fēng)量是指每小時(shí)每噸糧食的通風(fēng)體積量。本實(shí)驗(yàn)按批次進(jìn)行，經(jīng)測(cè)定3組實(shí)驗(yàn)稻谷入倉(cāng)前測(cè)定的初始含水量略有差異，但稻谷含水量均在21%～23%范圍內(nèi)，糧層厚度約為1 m，因此，根據(jù)《糧食干燥技術(shù)簡(jiǎn)述(續(xù)十二)》[20]中描述，確定糧堆最低單位通風(fēng)量為192 m3/(h·t)。

總通風(fēng)量的確定：總通風(fēng)量指單位時(shí)間內(nèi)通過(guò)通風(fēng)系統(tǒng)的空氣總體積量，計(jì)算公式為：

Q總=q×V×r

(1)

式中：Q總為總通風(fēng)量/m3/h；q為單位通風(fēng)量/m3/(h·t)；V為糧堆體積/m3；r為糧食容重/t/m3。

據(jù)數(shù)據(jù)描述，并結(jié)合前期實(shí)驗(yàn)中通風(fēng)量的損失率約為25%～30%，故設(shè)計(jì)糧堆最低總通風(fēng)量約為80 m3/h。3組通風(fēng)量設(shè)計(jì)考慮選取最低通風(fēng)量至風(fēng)機(jī)最大通風(fēng)量，即：80、92、104 m3/h。

風(fēng)機(jī)的確定:根據(jù)最低通風(fēng)量確定本實(shí)驗(yàn)需風(fēng)機(jī)型號(hào)為CZR小型離心風(fēng)機(jī)，其基本參數(shù)為：100 W，電壓220 V，電流0.46 A，風(fēng)壓240 Pa，轉(zhuǎn)速2 800 r/min，通風(fēng)量為2 m3/min，由風(fēng)速儀測(cè)定風(fēng)機(jī)最大通風(fēng)量為104 m3/h，大于實(shí)驗(yàn)所需最低通風(fēng)量，符合實(shí)驗(yàn)所需。

根據(jù)品質(zhì)變化規(guī)律實(shí)驗(yàn)，將環(huán)境溫度設(shè)置為15 ℃，濕度為60%，再將稻谷質(zhì)量倒入模擬倉(cāng)內(nèi)，至倉(cāng)內(nèi)1 m刻度線位置，每批稻谷總質(zhì)量約為300 kg，每隔1 d按照所設(shè)取樣點(diǎn)取樣，測(cè)定各取樣點(diǎn)稻谷水分含量，直至稻谷糧堆至少有一層含水量低至14%的安全儲(chǔ)藏水分。

實(shí)驗(yàn)原材料稻谷初始含水量等參數(shù)見(jiàn)表1。

表1 3個(gè)通風(fēng)量條件下實(shí)驗(yàn)稻谷的初始條件

1.2.3 測(cè)定方法

水分測(cè)定：參考GB/T 5497—1985《糧食、油料檢驗(yàn) 水分測(cè)定法》；干燥速率計(jì)算：稻谷的干燥速率可采用Falade等[21]的計(jì)算方法測(cè)定：

(2)

式中：vi為i時(shí)刻稻谷的干燥速率/(%/d)；ωi為i時(shí)刻稻谷含水量/%；ωt為t時(shí)刻稻谷含水量/%。

水分比的計(jì)算：由公式(3)可計(jì)算就倉(cāng)干燥t時(shí)刻稻谷的水分比：

(3)

式中：MR為t時(shí)刻稻谷水分比；Mt為干燥t時(shí)刻稻谷含水量/%；M0為稻谷初始含水量/%；Me為稻谷平衡含水量/%。

而稻谷平衡水分Me可根據(jù)修正 Henderson 方程平衡水分模型[22]來(lái)計(jì)算：

(4)

式中：RH為相對(duì)濕度/%；Ta為糧堆絕對(duì)溫度/K。

有效水分?jǐn)U散系數(shù)計(jì)算：有效水分?jǐn)U散系數(shù)可根據(jù)式(5)、式(6)計(jì)算得到：

(5)

將式(5)兩邊取對(duì)數(shù)，且令n=1，可得式(6)：

(6)

式中：MR為t時(shí)刻稻谷水分比；Deff為有效水分?jǐn)U散系數(shù)/m2/d；t為干燥時(shí)間/d；L為稻谷糧層厚度的一般高度/m。

由式(6)可知，繪制lnMR與時(shí)間t之間曲線，再將曲線線性擬合，根據(jù)所得斜率即可計(jì)算稻谷糧層有效水分?jǐn)U散系數(shù)Deff。

數(shù)學(xué)模型擬合度評(píng)價(jià)方程：通過(guò)8種常見(jiàn)的干燥數(shù)學(xué)模型對(duì)稻谷就倉(cāng)干燥進(jìn)行數(shù)據(jù)擬合[23-28]，根據(jù)擬合結(jié)果的相關(guān)系數(shù)R2及均方根誤差(root mean square error，RMSE)來(lái)判斷8種數(shù)學(xué)模型中最適合就倉(cāng)干燥通風(fēng)過(guò)程糧堆各層水分含量變化的模型。

(7)

(8)

式中：MR實(shí)測(cè)值為某一數(shù)據(jù)點(diǎn)實(shí)驗(yàn)所測(cè)水分比；MR模擬值為某一數(shù)據(jù)點(diǎn)根據(jù)數(shù)學(xué)模型預(yù)測(cè)所得水分比；N為實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)點(diǎn)的個(gè)數(shù)；數(shù)學(xué)模型與實(shí)測(cè)值間擬合度可根據(jù)相關(guān)系數(shù)R2及均方根誤差RMSE來(lái)衡量，其中，相關(guān)系數(shù)R2越接近1，均方根誤差RMSE數(shù)值越小，說(shuō)明方程的擬合度越好。

表2 8種干燥數(shù)學(xué)模型

1.3 數(shù)據(jù)處理

所有指標(biāo)的測(cè)定做3次重復(fù)，采用Origin 9.1軟件作圖，數(shù)據(jù)分析采用SPSS25.0進(jìn)行單因素ANOVA檢驗(yàn)。

2 結(jié)果與分析

2.1 稻谷糧堆水分遷移規(guī)律

如圖3所示，糧堆各層水分含量呈現(xiàn)下降趨勢(shì)，在104 m3/h通風(fēng)條件下，距離糧面75 ～90 cm處由于與空氣分配室直接接觸，相比其他糧層稻谷水分下降更快，于第8天分別降至12.13%及11.74%，每次取樣所測(cè)含水量差異顯著(P<0.05)；中間2層(45～60 cm處)水分下降速度次之，糧堆表面2層(15～30 cm處)水分下降速度相對(duì)最慢。因此，在本實(shí)驗(yàn)所設(shè)最大通風(fēng)條件下，稻谷糧堆水分自底部向上遷移，底部2層稻谷(75～90 cm處)水分可于第8天降至安全儲(chǔ)藏水分以下[29]，符合GB/T 26880—2011《糧油儲(chǔ)藏 就倉(cāng)干燥技術(shù)規(guī)范》要求。圖3b所示糧堆最底部水分含量下降最快，但其余各層于第2天含水量均略有上升趨勢(shì)；如圖3c所示，在最低通風(fēng)條件下，糧堆水分相較其他2組通風(fēng)條件，水分下降最慢，于第8天底部含水量下降至13.07%，原因可能是底部與空氣分配室直接接觸，該部分稻谷中的水分可迅速被排出，水分自下向糧堆上部遷移，且通風(fēng)量越大，水分下降速度越快，糧堆水分向上遷移速度越快。同時(shí)，由于糧堆較厚，且模擬倉(cāng)環(huán)境濕度較大，糧堆內(nèi)部水分在通風(fēng)量較小條件下無(wú)法在短時(shí)間內(nèi)向外遷移，導(dǎo)致糧堆內(nèi)其余各層水分含量略有回升，水分下降速度變慢，但隨著干燥時(shí)間的增加，糧堆內(nèi)部水分仍可持續(xù)自底部向表面遷移。

通過(guò)文獻(xiàn)梳理發(fā)現(xiàn)，無(wú)論是狹義上的碳信息披露還是廣義上的企業(yè)社會(huì)責(zé)任信息披露，其對(duì)企業(yè)融資約束的影響都發(fā)揮了積極的作用，但仍存在以下問(wèn)題有待補(bǔ)充和完善：（1）直接研究碳信息披露與企業(yè)融資約束間關(guān)系的文獻(xiàn)較少，僅有的一篇實(shí)證文獻(xiàn)所采用的數(shù)據(jù)也較為陳舊，時(shí)效性方面有所欠缺；（2）已有文獻(xiàn)忽視了企業(yè)生命周期對(duì)碳信息披露與企業(yè)融資約束間關(guān)系的動(dòng)態(tài)影響，引入企業(yè)生命周期理論對(duì)研究樣本進(jìn)行分類檢驗(yàn)尤為必要。

2.2 通風(fēng)量對(duì)糧堆干燥速率的影響

圖4表示3個(gè)通風(fēng)量下稻谷各層水分干燥速率變化。由圖4a可知，糧堆最底層稻谷水分呈現(xiàn)先快速降水，后趨于平衡降水狀態(tài)，前6 d處于快速降水階段，水分下降速率相對(duì)最快，而6 d后，通風(fēng)干燥速率逐漸平緩，處于平衡降水階段，6 d糧層平均含水量已低于14%；距糧堆表面75 cm處，稻谷干燥速率呈現(xiàn)先上升后下降，最后趨于恒速下降狀態(tài)；距糧堆表面60 cm處，稻谷糧層降水規(guī)律主要由兩部分組成，即快速降水及緩慢降水階段；而糧堆上半部分糧層降水規(guī)律均一直處于快速降水階段。

圖4b可知，最底層稻谷降水過(guò)程包括：快速降水階段、慢速降水階段及恒速降水階段；而距糧堆表面75、60、45 cm處，各糧層稻谷降水速率呈現(xiàn)先上升后下降趨勢(shì)，75 cm糧層處，于第4天(含水量<18%)降水速率出現(xiàn)轉(zhuǎn)折，其余糧層于第6天(含水量<18%)出現(xiàn)轉(zhuǎn)折；糧堆最上面糧層，稻谷降水均處于快速降水階段。

圖4c可知，距表面90 cm處，稻谷水分下降速率呈現(xiàn)先上升后下降，最后略有上升趨勢(shì)，糧層平均含水量直至第8天才低于14%；距糧堆表面75、60 cm處，稻谷干燥速率呈現(xiàn)先上升后下降趨勢(shì)；而其余3層干燥速率均在第4天出現(xiàn)轉(zhuǎn)折，4 d后干燥速率均上升。

糧層含水量大于18%時(shí)，稻谷水分干燥速率逐漸加快，呈現(xiàn)快速降水趨勢(shì)，而當(dāng)含水量處于14%～18%區(qū)間時(shí)，干燥速率下降，干燥6天后，倉(cāng)內(nèi)稻谷含水量低于14%時(shí)，稻谷內(nèi)外水分出現(xiàn)平衡，此時(shí)干燥曲線較平，干燥速率接近恒速。分析原因，最底層稻谷與空氣分配室直接接觸，當(dāng)?shù)竟群窟^(guò)高(>20%)，稻谷表面水分可被迅速帶走，通風(fēng)量為104 m3/h時(shí)，稻谷水分可快速下降至14%，故不經(jīng)歷慢速降水，而80、92 m3/h通風(fēng)條件下，風(fēng)速較慢，需要經(jīng)歷14%～18%期間的慢速降水階段。

圖3 稻谷糧堆各層水分變化曲線圖

圖4 稻谷糧各層水分干燥速率變化曲線

2.3 通風(fēng)量對(duì)各層稻谷水分比的影響

水分比(moisture ratio，MR)是指在一定的干燥條件下物料的剩余水分率，可間接反映在該條件下的干燥速率。由圖5可見(jiàn)，3種通風(fēng)條件下，稻谷糧層水分比隨著通風(fēng)干燥時(shí)間的延長(zhǎng)而呈現(xiàn)下降趨勢(shì)，且最底層與空氣分配室直接接觸糧層水分比最小，說(shuō)明糧堆失去水分越多，通風(fēng)量越大，水分比下降越快。由于稻谷初始含水量低于其他2個(gè)通風(fēng)量(見(jiàn)表1)，在92 m3/h通風(fēng)條件下，前4 d的稻谷水分比相對(duì)其他2個(gè)通風(fēng)條件更大，如圖5b所示，尤其第2天時(shí)，稻谷水分比除底層外均大于1；其水分比在2～4 d內(nèi)下降較快，4～6 d水分比相較104 m3/h要小，又大于80 m3/h通風(fēng)量下各層的水分比，此時(shí)糧層水分下降較慢，這與前文干燥速率下降情況相符；各通風(fēng)條件下，最底層糧層水分比數(shù)值始終較小，但前期變化較大，由此可見(jiàn)底層稻谷前期(2 d)內(nèi)水分迅速下降，后期下降速度逐漸平緩。分析原因，通風(fēng)量越大，稻谷籽料表層形成的氣壓越高，因此稻谷表面水分可被迅速帶走[30]；而干燥后期水分比下降可能是由于干燥后期稻谷內(nèi)含水量下降，稻谷內(nèi)外部水分梯度逐漸變小，逐漸趨于平衡，水分很難再因機(jī)械通風(fēng)而下降，故各通風(fēng)條件下水分比均越來(lái)越低。

圖5 不同通風(fēng)條件下糧堆各層水分比變化

2.4 通風(fēng)量對(duì)糧層有效擴(kuò)散系數(shù)的影響

糧層有效擴(kuò)散系數(shù)可根據(jù)式(5)和式(6)，以lnMR及t作線性擬合(圖4)，得到擬合方程斜率k1，根據(jù)式(6)可計(jì)算得到不同通風(fēng)條件下各層稻谷有效擴(kuò)散系數(shù)。所得各層擬合方程斜率及有效擴(kuò)散系數(shù)見(jiàn)表3。

表3 通風(fēng)量對(duì)稻谷糧堆各層水分有效擴(kuò)散系數(shù)的影響

有效水分?jǐn)U散系數(shù)是表示物料中水分?jǐn)U散情況的重要指標(biāo)，反映物料在一定干燥條件下的脫水能力[31]。根據(jù)表3可知，3種通風(fēng)條件下稻谷糧層有效水分?jǐn)U散系數(shù)在0.092～0.43×10-3m2/d范圍內(nèi)變化，80 m3/h通風(fēng)條件下，糧堆各層水分有效擴(kuò)散系數(shù)均小于其他2種通風(fēng)條件，這可能是由于風(fēng)速較小，稻谷內(nèi)部水分沿毛細(xì)管擴(kuò)散到表面時(shí)所受的推動(dòng)力減小，水分?jǐn)U散難度增加，故其有效擴(kuò)散系數(shù)減小[32]；對(duì)比相同通風(fēng)條件下，稻谷各層水分有效擴(kuò)散系數(shù)發(fā)現(xiàn)，稻谷糧層距糧面60～90 cm范圍內(nèi)，擴(kuò)散系數(shù)相對(duì)較大，得到稻谷水分遷移規(guī)律為：水分是自糧堆下部向糧堆上部遷移的，糧堆15～45 cm 范圍內(nèi)水分含量普遍較高，多是由于底部水分向上遷移后附著在上部稻谷表面，因此該范圍內(nèi)稻谷水分活性較弱，其水分?jǐn)U散系數(shù)相對(duì)較小。

表4 104 m3/h通風(fēng)條件下 15 cm及75 cm方程模擬結(jié)果及相關(guān)參數(shù)確定

2.5 就倉(cāng)干燥數(shù)學(xué)模型的選擇

干燥方式不同，對(duì)應(yīng)的干燥數(shù)學(xué)模型也有區(qū)別，為準(zhǔn)確有效篩選出最適宜就倉(cāng)干燥的數(shù)學(xué)模型，以104 m3/h通風(fēng)條件下，采用常見(jiàn)的8種干燥數(shù)學(xué)模型對(duì)15 cm、75 cm處的稻谷水分比變化進(jìn)行曲線擬合。根據(jù)擬合方程所得R2及RMSE來(lái)衡量模型對(duì)就倉(cāng)干燥通風(fēng)調(diào)控手段的吻合程度，篩選最適宜數(shù)學(xué)模型預(yù)測(cè)通風(fēng)條件干燥對(duì)糧堆各層稻谷水分含量的影響。擬合曲線圖見(jiàn)圖6，其擬合結(jié)果如表4所示。

圖6 104 m3/h通風(fēng)條件下15、75 cm糧層數(shù)學(xué)模型擬合圖

由表4可知，對(duì)比8種數(shù)學(xué)模型所得R2及RMSE值，其中王登峰等[33]模型R2達(dá)到0.999，且75 cm處方程對(duì)應(yīng)RMSE值低至0.005 4，遠(yuǎn)小于其余模型。綜合考慮，該模型最為精確，可作為本實(shí)驗(yàn)中用來(lái)預(yù)測(cè)不同通風(fēng)條件下，稻谷各糧層水分?jǐn)U散變化情況，應(yīng)用該模型對(duì)其余各層水分比與時(shí)間關(guān)系與擬合，所得結(jié)果如表5所示，擬合曲線相關(guān)系數(shù)R2均大于0.90，且RMSE數(shù)值均小于0.19，說(shuō)明Wang et al.模型用來(lái)預(yù)測(cè)就倉(cāng)干燥不同風(fēng)速條件對(duì)糧堆各層水分變化影響較適宜。

表5 各層數(shù)學(xué)模型模擬參數(shù)

2.6 數(shù)學(xué)模型驗(yàn)證

隨機(jī)選取3種通風(fēng)量條件下，位置分別為90、60、30 cm處，稻谷第8天水分變化情況，可分別由方程：y1=1.5e-0.54x10.54,R2=0.996；y2=1.08e-0.010x22.24,R2=0.961；y3=1.48e0.30x30.51,R2=0.969預(yù)測(cè)，由此時(shí)計(jì)算該條件下，稻谷糧層干燥時(shí)間段內(nèi)水分比，其結(jié)果如表6。稻谷水分比實(shí)際測(cè)量值與方程預(yù)測(cè)值間的相對(duì)誤差均小于5%，低于一般數(shù)值模擬要求15%精度[34-36]，因此該預(yù)測(cè)模型對(duì)于預(yù)測(cè)就倉(cāng)干燥不同通風(fēng)條件下稻谷糧堆各層水分含量變化是可信的。

表6 水分比實(shí)測(cè)值與模擬值對(duì)比

3 結(jié)論

3種通風(fēng)條件下，稻谷糧堆水分遷移規(guī)律為：水分自糧堆底部向糧堆上部遷移，在一定范圍內(nèi)通風(fēng)量越大，水分下降速度越快，糧堆水分向上遷移速度越快。在同一環(huán)境條件下通風(fēng)量越大，糧堆水分下降速度越快，各糧層水分分布越均勻。

稻谷糧堆最底層干燥速率在8 d內(nèi)基本包括：快速降水、慢速降水、恒速降水階段；糧層含水量大于18%時(shí)，稻谷水分干燥速率逐漸加快，而當(dāng)含水量處于14%～18%區(qū)間時(shí)，干燥速率下降，至水分含量低于14%時(shí)，稻谷內(nèi)外水分出現(xiàn)平衡，干燥速率接近恒速；而距糧堆表面75、60、45 cm處，各糧層稻谷降水速率呈現(xiàn)先上升后下降趨勢(shì)；糧堆最上面的糧層，稻谷降水均處于快速降水階段。

通過(guò)水分比的計(jì)算發(fā)現(xiàn)：稻谷糧層水分比隨著通風(fēng)干燥時(shí)間的延長(zhǎng)而呈現(xiàn)下降趨勢(shì)，且最底層與空氣分配室直接接觸糧層水分比最小；有效水分?jǐn)U散系數(shù)在0.092～0.43×10-3m2/d范圍內(nèi)變化，且80 m3/h通風(fēng)條件下，糧堆各層水分有效擴(kuò)散系數(shù)均小于其他2種通風(fēng)條件。

通過(guò)對(duì)比8種數(shù)學(xué)模型的R2及RMSE值，最終確定可基于Wang et al.模型建立不同通風(fēng)條件下，稻谷糧堆各層干燥數(shù)學(xué)模型，預(yù)測(cè)不同通風(fēng)條件下，稻谷糧層水分變化情況，隨機(jī)選取3種通風(fēng)條件下糧堆最底層第8天水分比，通過(guò)對(duì)比預(yù)測(cè)模型得到的預(yù)測(cè)值與實(shí)測(cè)值之間相對(duì)誤差小于10%，低于一般數(shù)值模擬的15%精度要求，該預(yù)測(cè)模型可信。