亓 偉 王遠(yuǎn)成，2 白忠權(quán) 張中濤

（山東建筑大學(xué)熱能工程學(xué)院1，濟(jì)南 250101）（可再生能源建筑利用技術(shù)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室2，濟(jì)南 250101）

密閉圓筒倉(cāng)內(nèi)儲(chǔ)糧自然對(duì)流及熱濕耦合傳遞的研究

亓 偉1王遠(yuǎn)成1，2白忠權(quán)1張中濤1

（山東建筑大學(xué)熱能工程學(xué)院1，濟(jì)南 250101）（可再生能源建筑利用技術(shù)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室2，濟(jì)南 250101）

糧食作為吸濕性多孔介質(zhì)，具有吸濕和解吸濕特性。一般糧食收獲后，大部分時(shí)間在密閉非通風(fēng)狀態(tài)下自然存儲(chǔ)。鑒于糧倉(cāng)外氣候條件的季節(jié)和晝夜變化，會(huì)使糧堆的溫濕度發(fā)生周期變化，導(dǎo)致超出存儲(chǔ)安全指數(shù)。該文將以倉(cāng)儲(chǔ)糧堆內(nèi)局部熱濕耦合傳遞過(guò)程作為研究對(duì)象，借助多物理場(chǎng)數(shù)值模擬軟件（COMSOL）進(jìn)行數(shù)值模擬，研究近似冬夏季工況下糧堆內(nèi)溫濕度的動(dòng)態(tài)變化規(guī)律，充分考慮了倉(cāng)儲(chǔ)糧作為吸濕性多孔介質(zhì)具有復(fù)雜的熱源、濕源。

吸濕性多孔介質(zhì) 熱濕耦合傳遞 多物理場(chǎng)數(shù)值模擬 圓筒倉(cāng)儲(chǔ)糧 自然對(duì)流

通常糧食收割后其水分含量比較大，對(duì)其干燥降低水分非常重要。糧食收獲后，一般將其含水量降至12%～14%方可倉(cāng)儲(chǔ)，這樣在一年的存儲(chǔ)期內(nèi)的大多數(shù)溫度下糧食品質(zhì)是安全的。谷物作為一種生物體，本身存在一定的呼吸作用，而且具有吸濕和解吸濕特性。對(duì)于糧堆子環(huán)境來(lái)說(shuō)，其生物特征的變化必將影響周圍存在的霉菌和昆蟲等生物，這些對(duì)糧食的品質(zhì)有一定損壞，谷物自身呼吸對(duì)其內(nèi)部物質(zhì)來(lái)說(shuō)也有一定損耗。糧食干燥倉(cāng)儲(chǔ)后，在較長(zhǎng)一段時(shí)間內(nèi)處于非通風(fēng)狀態(tài)，糧堆內(nèi)流體流動(dòng)為自然對(duì)流。鑒于糧食溫度及水分對(duì)糧食品質(zhì)的影響，研究溫度和水分對(duì)倉(cāng)儲(chǔ)糧堆內(nèi)傳熱傳質(zhì)規(guī)律的影響有至關(guān)重要的作用。

該文對(duì)倉(cāng)儲(chǔ)糧熱濕耦合傳遞規(guī)律進(jìn)行了初步研究。研究主要考慮以下3點(diǎn)：1）研究的是糧堆在自然對(duì)流（非通風(fēng)）條件下的熱濕傳遞過(guò)程，而非強(qiáng)制對(duì)流（機(jī)械加壓送風(fēng)）條件下，機(jī)械加壓送風(fēng)糧食干燥過(guò)程前人已研究較多；2）研究充分考慮了糧食作為吸濕性多孔介質(zhì)，本身具有吸濕和解吸濕特性，通過(guò)多物理場(chǎng)數(shù)值模擬軟件（COMSOL）進(jìn)行數(shù)學(xué)建模，將其特性以熱源、濕源的方式添加到模型的源項(xiàng)之中；3）研究考慮到糧倉(cāng)的非滿倉(cāng)存儲(chǔ)，上部區(qū)域存有空氣，所以將研究對(duì)象劃分為雙區(qū)域，即多孔介質(zhì)區(qū)域和空氣區(qū)域。通過(guò)模擬結(jié)果可以指導(dǎo)現(xiàn)實(shí)糧倉(cāng)的溫濕控制，闡明糧堆內(nèi)糧食霉變、結(jié)霜發(fā)生機(jī)理，為提供解決和減輕糧食霉變、結(jié)霜措施提供理論依據(jù)，同時(shí)對(duì)研究糧堆內(nèi)病蟲群落分布規(guī)律有指導(dǎo)意義。

1 倉(cāng)儲(chǔ)糧堆內(nèi)傳熱傳質(zhì)問(wèn)題的研究現(xiàn)狀

Fuji jian等[1]采用試驗(yàn)觀測(cè)方法對(duì)加拿大北邊地區(qū)的金屬圓筒倉(cāng)內(nèi)小麥的溫度和水分含量變化進(jìn)行了一年時(shí)間的監(jiān)測(cè)，逐時(shí)時(shí)間表明糧倉(cāng)內(nèi)小麥溫度變化的峰谷值比外界溫度變化的峰谷值延遲1個(gè)月，由于糧倉(cāng)內(nèi)溫度梯度的影響，產(chǎn)生一定浮升力，引起糧倉(cāng)內(nèi)部空氣的自然對(duì)流，最終導(dǎo)致其水分的遷移和再分配。Ruska Laszlo等[2]利用二維笛卡爾柱坐標(biāo)系下的導(dǎo)熱微分方程通過(guò)數(shù)值模擬得到了圓筒倉(cāng)內(nèi)糧堆溫度隨倉(cāng)外氣溫變化的機(jī)理，但其研究忽略了糧食顆粒吸濕和解吸濕作用對(duì)相變潛熱的影響以及顆粒表面水蒸汽的蒸汽阻力，并且未涉及水分遷移和再分配。Ali M.S.Al－Amri等[3]利用二維笛卡爾柱坐標(biāo)系下的質(zhì)擴(kuò)散方程通過(guò)數(shù)值仿真得到了圓筒倉(cāng)內(nèi)糧堆水分遷移隨倉(cāng)外大氣濕度變化的規(guī)律，此文獻(xiàn)忽視了溫度梯度對(duì)水分?jǐn)U散的影響。K.K.Khankari等[4]利用數(shù)值模擬方法研究了在溫度梯度影響下存儲(chǔ)糧堆內(nèi)水分只受擴(kuò)散作用的遷移規(guī)律。文獻(xiàn)指出溫度梯度不僅引起糧堆內(nèi)的熱量傳遞，而且影響了其內(nèi)水分的遷移和再分配，即所謂的索瑞特效應(yīng)。M.Prakash等[5]借助計(jì)算流體力學(xué)模擬軟件（CFD）建立了吸濕性多孔介質(zhì)在自然對(duì)流條件下的熱質(zhì)傳遞模型，該文獻(xiàn)描述了一個(gè)紊流疊加飽和吸濕性多孔介質(zhì)系統(tǒng)的熱濕傳遞。

我國(guó)對(duì)于儲(chǔ)糧生態(tài)系統(tǒng)的熱濕耦合研究起步較晚，多為現(xiàn)場(chǎng)實(shí)地調(diào)研。王遠(yuǎn)成[6－7]對(duì)糧食存儲(chǔ)的熱濕傳遞問(wèn)題有較多研究，一方面，通過(guò)對(duì)小麥、玉米等谷物的熱物性測(cè)試、計(jì)算獲得了小麥、玉米等谷物的比熱及導(dǎo)熱系數(shù)；在數(shù)值模擬方面，基于吸濕和解吸濕相變理論和局部熱質(zhì)平衡原理，提出了涉及對(duì)流和擴(kuò)散的描述深層糧堆內(nèi)部熱濕耦合傳遞規(guī)律的模型，并借助計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)技術(shù)（CFD）模擬了倉(cāng)儲(chǔ)糧堆內(nèi)溫度和濕度隨倉(cāng)外氣候改變的變化規(guī)律。

基于國(guó)內(nèi)外對(duì)倉(cāng)儲(chǔ)糧堆內(nèi)傳熱傳質(zhì)問(wèn)題的研究現(xiàn)狀，本研究以倉(cāng)儲(chǔ)糧堆內(nèi)局部熱濕傳遞過(guò)程作為研究對(duì)象，研究近似冬夏季工況下糧堆內(nèi)溫濕度的動(dòng)態(tài)變化規(guī)律，充分考慮了倉(cāng)儲(chǔ)糧作為吸濕性多孔介質(zhì)具有復(fù)雜的熱源、濕源。

2 倉(cāng)儲(chǔ)糧堆內(nèi)熱濕耦合傳遞機(jī)理的研究

對(duì)于倉(cāng)儲(chǔ)糧堆內(nèi)熱濕耦合傳遞機(jī)理的研究是繁瑣深?yuàn)W的。因?yàn)閷?duì)倉(cāng)儲(chǔ)糧堆內(nèi)熱濕傳遞的影響因素是多方位的。除了倉(cāng)儲(chǔ)糧品質(zhì)和溫濕度以外，還有糧倉(cāng)存儲(chǔ)大小、倉(cāng)外溫濕度、大氣壓力、太陽(yáng)輻射強(qiáng)度和糧倉(cāng)氣密性都會(huì)對(duì)倉(cāng)內(nèi)熱量傳遞和水分遷移再分配產(chǎn)生影響。其詳細(xì)表示如圖1。一方面，由于外界氣溫的晝夜和季節(jié)變化，糧食不斷的通過(guò)外圍護(hù)結(jié)構(gòu)于外界進(jìn)行熱量交換，另一方面，考慮到糧食存在熱惰性，鑒于上述兩方面的原因，在糧堆內(nèi)部易形成溫度梯度。在溫度梯度的影響下，會(huì)在糧堆中產(chǎn)生于溫度梯度同向的水蒸汽壓力梯度，由于糧食顆粒具有吸濕和解吸濕特性，最終導(dǎo)致水蒸汽在糧堆內(nèi)擴(kuò)散，引起水分遷移和再分配。

圖1 倉(cāng)儲(chǔ)糧堆內(nèi)熱濕耦合影響因素詳解

對(duì)于此熱濕傳遞現(xiàn)象的后果是：其一，糧倉(cāng)會(huì)在局部形成高溫高濕區(qū)域，不僅為病菌和害蟲提供更好的生存條件，而且引起糧食霉變和呼吸加劇損耗干物質(zhì)；其二，由于局部氣候條件的不同可能在糧倉(cāng)局部形成低溫高濕區(qū)域，只要其溫度低于露點(diǎn)溫度就會(huì)產(chǎn)生結(jié)露現(xiàn)象，加劇糧食顆粒的霉變，嚴(yán)重可能裂變成顆粒發(fā)芽現(xiàn)象。一般對(duì)于倉(cāng)儲(chǔ)糧堆來(lái)說(shuō)，糧食顆粒都是隨機(jī)的靜態(tài)儲(chǔ)藏。在一定溫度下，會(huì)在糧食顆粒表面形成水蒸汽吸附邊界層，當(dāng)倉(cāng)內(nèi)水蒸汽壓力大于顆粒表面水蒸汽吸附壓力時(shí)，顆?？p隙中的水蒸汽會(huì)源源不斷的進(jìn)入糧食顆粒內(nèi)，即所謂的糧食吸濕作用；當(dāng)倉(cāng)內(nèi)水蒸汽壓力小于顆粒表面水蒸汽吸附壓力時(shí)，顆粒中的水分會(huì)通過(guò)毛細(xì)管擴(kuò)散到顆?？p隙中，即所謂的糧食解吸濕作用。

3 吸濕性多孔介質(zhì)熱濕耦合傳遞的數(shù)學(xué)模型

本研究基于表征體元（REV）和局部熱質(zhì)平衡原理，考慮到糧食顆粒的吸濕和解吸濕特性以及由于溫度梯度產(chǎn)生的倉(cāng)內(nèi)空氣的自然對(duì)流的影響，并將熱濕效應(yīng)和濕熱效應(yīng)考慮其中，采用有限元法求解雙區(qū)域熱濕耦合模型。假設(shè)本研究研究的多孔介質(zhì)是連續(xù)性的、均勻分布的氣固兩相。假設(shè)糧食顆粒之間縫隙中的空氣由于糧堆溫度變化而引起的空氣擾動(dòng)，形成一定的浮升力。

3.1 多孔介質(zhì)區(qū)域

基于本研究對(duì)象是封閉糧倉(cāng)，糧堆被看作是吸濕性多孔介質(zhì)，其存在氣固兩相（氣相為糧?？p隙中的空氣，固相為糧食顆粒），對(duì)于糧堆應(yīng)用能量守恒涉及空氣和糧粒的物性參數(shù)，所以為了求解方便采用等效方式。如：ρbulk＝ερa(bǔ)ir＋(1－)ερgrain；Cbulk＝εCair＋(1－)εCgrain；kbulk＝εkair＋(1－)εkgrain。下述為能量守恒方程，即

其中方程右側(cè)最后一項(xiàng)是表示糧粒的吸濕解吸濕特性。其作為源項(xiàng)表示單位體積條件下谷物水分的凝結(jié)或蒸發(fā)相變潛熱，hfg假定為常數(shù)為2476.55 kJ/kg；此研究將糧粒呼吸產(chǎn)熱忽略在外。小麥的熱物性參數(shù)：

式中：M表示含濕量，M＝Wg/(1＋Wg)×100。

水分平衡方程為

3.2 空氣區(qū)域

鑒于在豎直方向上存在浮升力，且流動(dòng)為湍流自然對(duì)流，所以其動(dòng)量方程采用Navier－Stokes方程。

k－ε方程：

3.3 數(shù)學(xué)模型有效性的驗(yàn)證

該文的數(shù)學(xué)模型有效性通過(guò)相似原理與外國(guó)文獻(xiàn)和試驗(yàn)數(shù)據(jù)的比較驗(yàn)證。Anderson等[8]以小麥為對(duì)象構(gòu)建了如圖2所示的試驗(yàn)臺(tái)研究對(duì)流擴(kuò)散情況下的水分遷移規(guī)律。Anderson搭建的試驗(yàn)?zāi)Ｐ蜑榭梢匀菁{450 kg小麥、容積為0.57 m3的長(zhǎng)方體倉(cāng)，其中初始時(shí)刻小麥的濕基水分為14.6%，邊界條件為只在水平方向存在溫度梯度、上下邊界為絕熱邊界，各個(gè)邊界設(shè)定為不可滲透邊界。試驗(yàn)觀測(cè)周期為316 d。結(jié)合試驗(yàn)臺(tái)上的觀測(cè)點(diǎn)，得到相應(yīng)的數(shù)據(jù)表（見(jiàn)表1）。

圖2 水分遷移試驗(yàn)臺(tái)

表1 平均含水量（%濕基）

本研究以初始糧溫與氣溫的差值產(chǎn)生的梯度作為驅(qū)動(dòng)力誘導(dǎo)糧倉(cāng)內(nèi)水分的遷移，研究比較周期里的水分瞬態(tài)變化，為方便比較，只取150 d的變化趨勢(shì)，研究成果與K.K.Khankari的模擬結(jié)果和Anderson的試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行比較如圖3，可以發(fā)現(xiàn)結(jié)果基本吻合，所以可以驗(yàn)證上述數(shù)學(xué)模型的有效性。

圖3 模型有效性濕度瞬態(tài)變化比較

4 吸濕性多孔介質(zhì)熱濕耦合傳遞的物理模型和模擬條件

本研究以圓柱形倉(cāng)儲(chǔ)小麥糧堆內(nèi)局部熱濕傳遞過(guò)程作為研究對(duì)象，鑒于糧倉(cāng)為圓柱形結(jié)構(gòu)符合軸對(duì)稱原理，其示意圖如圖1，圓柱形倉(cāng)儲(chǔ)糧倉(cāng)下部分區(qū)域是倉(cāng)儲(chǔ)小麥的糧堆區(qū)域，上部分區(qū)域是用于機(jī)械排風(fēng)的空氣區(qū)域。且糧倉(cāng)內(nèi)的各個(gè)物性參數(shù)和變量都滿足對(duì)稱規(guī)律，所以為了加快多物理場(chǎng)數(shù)值模擬軟件（COMSOL）的運(yùn)算速度，將物理模型選定為圓柱形糧倉(cāng)軸向截面的一半，如圖4。其幾何尺寸定義為：徑向?qū)挾萊＝5 m，糧堆高度L1＝10 m，糧倉(cāng)外側(cè)高度L2＝12 m，糧倉(cāng)軸向高度 L3＝16 m。對(duì)于抽象復(fù)雜的問(wèn)題研究簡(jiǎn)單的依靠幾個(gè)偏微分方程和物理模型是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，還需要一定的輔助條件。常見(jiàn)的輔助條件有初始條件和邊界條件。傳熱學(xué)中指出邊界條件分為3類：第1類是定常條件，如給定恒定溫度恒定速度，也成為Dirichlet條件；第2類是給定一通量值，如給定邊界零通量邊界，也稱為Neumann條件；第3類是混合邊界條件，也稱為Robin條件。本研究只涉及前兩類條件，對(duì)第3類該文不做介紹。

圖4 圓柱形糧倉(cāng)軸向截面幾何尺寸

對(duì)于該文物理模型在二維笛卡爾坐標(biāo)系下的邊界條件設(shè)定為糧倉(cāng)底部表面設(shè)定為熱濕絕緣，軸線處由于考慮軸對(duì)稱原理其溫度梯度和水分梯度為零，糧倉(cāng)頂部和側(cè)面于外界大氣接觸設(shè)定為定溫條件，各邊界面上都是非流動(dòng)、不可滲透邊界，特別提示在空氣區(qū)域和多孔介質(zhì)區(qū)域交界面處只考慮熱量交換而忽略水分遷移。用數(shù)學(xué)語(yǔ)言描述如下所示：

5 模擬結(jié)果及分析

對(duì)于模擬工況可以劃分成冬季糧堆（熱芯糧）和夏季糧堆（冷芯糧）兩大類?；诙緯r(shí)期糧堆溫度大于外界氣溫，隨著時(shí)間推移溫度梯度逐漸形成，進(jìn)而產(chǎn)生了上述所述的溫度梯度和水分梯度，最終導(dǎo)致糧溫由外到內(nèi)逐漸降低，糧堆內(nèi)水分發(fā)生遷移和再分配；類似夏季時(shí)期糧堆溫度小于外界氣溫，最終導(dǎo)致糧溫由外到內(nèi)逐漸升高。

5.1 相同初始水分（濕基水分）不同溫差（溫度K）糧堆內(nèi)溫度和水分分布規(guī)律

圖5 相同濕基水分不同溫差下熱芯糧堆內(nèi)溫度、水分變化比較圖

通過(guò)圖5可看出在相同濕基水分條件下模擬150 d后2種工況的的溫度場(chǎng)趨勢(shì)大體相同，對(duì)于空氣區(qū)域基本已經(jīng)凍透，由于糧堆具有熱惰性，所以多孔介質(zhì)區(qū)域的溫度場(chǎng)的變化趨勢(shì)沒(méi)有空氣區(qū)域明顯，糧堆軸心處依然保持原有溫度，但鑒于兩模擬工況的溫度梯度不同，工況2糧堆內(nèi)的溫度梯度較工況1大，且模擬時(shí)間較短，糧倉(cāng)內(nèi)部軸心處的熱量還沒(méi)有傳遞到糧倉(cāng)外，所以糧堆2內(nèi)小麥維持在原狀態(tài)的區(qū)域要明顯少于糧堆1，且保持原工況的區(qū)域集中于糧堆的頂部軸心處；從圖5c，圖5d比較可知，溫差大小影響水分遷移的速度，不同儲(chǔ)糧部位的溫差越大，水分遷移幅度越大。通過(guò)圖5c圖例可知，最低含水量和最高含水量差值為1.980%，通過(guò)圖5d圖例可知，最低含水量和最高含水量差值為11.497%。因此，當(dāng)外界氣溫與糧堆溫度相差較大時(shí)，導(dǎo)致局部糧堆水分增幅過(guò)高，可能引起糧堆內(nèi)局部計(jì)算區(qū)域的水分含量超出安全儲(chǔ)藏值，導(dǎo)致此區(qū)域糧食因?yàn)樗诌^(guò)高而產(chǎn)生發(fā)芽、霉變等影響糧食品質(zhì)的現(xiàn)象。

5.2 相同溫差（溫度K）不同初始水分（濕基水分）下糧堆內(nèi)溫度和水分分布規(guī)律

通過(guò)圖6可以發(fā)現(xiàn)相同溫差不同濕基水分條件下溫度場(chǎng)的變化規(guī)律大體相同，水分含量對(duì)于糧倉(cāng)內(nèi)溫度的變化影響不大，都是模擬150 d后在糧倉(cāng)軸心處維持在溫度292.88 K，表明糧倉(cāng)中心位置基本沒(méi)有溫度變化，簡(jiǎn)單從溫度場(chǎng)角度看，只要糧食收獲干燥達(dá)到安全存儲(chǔ)指數(shù)，中心位置的糧食品質(zhì)沒(méi)有變化；通過(guò)圖6c、圖6d可知，在存儲(chǔ)期內(nèi)對(duì)于熱芯糧其水分遷移大體方向是一致的，同理，冷芯糧的水分遷移位置也是一樣的，通過(guò)圖例可知在濕基水分為14%初始糧溫293.15 K初始?xì)鉁?73.15 K條件下糧堆內(nèi)含水量最大差值為1.980%，濕基水分為16%初始糧溫293.15 K初始?xì)鉁?73.15 K條件下糧堆內(nèi)含水量最大差值為2.585%。因此，糧食濕基水分較大的糧倉(cāng)在存儲(chǔ)期內(nèi)易超出糧食的安全存儲(chǔ)指標(biāo)。

圖6 相同溫差不同濕基水分下熱芯糧堆內(nèi)溫度、水分變化比較圖

5.3 相同初始水分（濕基水分）相同溫差（溫度K）下糧堆內(nèi)溫度和水分分布規(guī)律

工況1表示的是夏季冷芯糧，工況2表示的是冬季熱芯糧。圖7a空氣區(qū)域沒(méi)有等溫度表示150 d時(shí)其溫度與外界氣溫相等，由于糧倉(cāng)底面是絕熱的，所以無(wú)論是夏季工況還是冬季工況在多孔介質(zhì)區(qū)域內(nèi)的下半部分只存在水平方向上的溫度梯度，在其上半部分既有水平方向的溫度梯度又有豎直方向的溫度梯度；對(duì)于夏季工況，水分分別沿著多孔介質(zhì)區(qū)域的右下部分和頂部右側(cè)向其側(cè)邊界面和頂部?jī)?nèi)側(cè)遷移，進(jìn)而在這些區(qū)域形成高溫高濕區(qū)，最終導(dǎo)致結(jié)頂現(xiàn)象發(fā)生，對(duì)于冬季工況，水分分別沿著多孔介質(zhì)區(qū)域的底部邊界和頂部右側(cè)向其側(cè)邊界面和頂部?jī)?nèi)側(cè)遷移，進(jìn)而在這些區(qū)域上形成狹窄的低溫高濕區(qū)。對(duì)于濕基水分為14%夏季冷芯糧來(lái)說(shuō)，在150 d存儲(chǔ)期內(nèi)其含水量變化范圍為7.896%～15.247%，最大差額為7.351%；對(duì)于濕基水分為14%冬季熱芯糧來(lái)說(shuō)，在相同存儲(chǔ)期內(nèi)含水量變化范圍為12.859%～24.356%，最大差額為11.497%；而且夏季冷芯糧表現(xiàn)出較低的含水量（最低值為7.896%），在計(jì)算區(qū)域局部形成低濕地帶；冬季熱芯糧表現(xiàn)出較高的含水量（最高值為24.356%），在計(jì)算區(qū)域局部形成高濕地帶。因此，比較冬夏季糧堆內(nèi)溫度和水分分布情況可知，夏季糧堆存儲(chǔ)較冬季容易，但綜合溫度和水分分布圖，夏季在計(jì)算區(qū)域低端右側(cè)易發(fā)生結(jié)露現(xiàn)象，冬季在存糧頂端軸心處易發(fā)生結(jié)頂現(xiàn)象，在低端右側(cè)可能產(chǎn)生結(jié)露現(xiàn)象。

圖7 相同溫差相同濕基水分下冷熱芯糧堆內(nèi)溫度、水分變化比較圖

6 結(jié)論

該文通過(guò)建立簡(jiǎn)單的圓柱形存儲(chǔ)糧倉(cāng)熱濕耦合數(shù)學(xué)模型，借助多物理場(chǎng)數(shù)值模擬軟件（COMSOL）求解，得出密閉糧倉(cāng)內(nèi)的溫度和水分分布規(guī)律，通過(guò)瞬態(tài)模擬結(jié)果指導(dǎo)現(xiàn)實(shí)糧倉(cāng)的工程實(shí)例。通過(guò)上述模擬結(jié)果可以得到以下結(jié)論：

6.1 通過(guò)對(duì)相同溫差不同初始水分（濕基水分）工況下溫度和水分分布規(guī)律研究可知，濕基水分為14%初始糧溫293.15 K初始?xì)鉁?73.15 K條件下糧堆內(nèi)含水量最大差值為1.980%，濕基水分為16%初始糧溫293.15 K初始?xì)鉁?73.15 K條件下糧堆內(nèi)含水量最大差值為2.585%，所以糧食在收獲干燥之后應(yīng)盡可能的降低其水分含量，只有這樣才能保證在糧食在存儲(chǔ)期間內(nèi)糧堆內(nèi)水分遷移量減少至最低值，確保糧食盡可能的在安全存儲(chǔ)指標(biāo)之內(nèi)。

6.2 通過(guò)對(duì)相同初始水分（濕基水分）不同溫差工況下溫度和水分分布規(guī)律研究可知，濕基水分為14%初始糧溫293.15 K初始?xì)鉁?73.15 K條件下最低含水量和最高含水量差值為1.980%，濕基水分為14%初始糧溫303.15 K初始?xì)鉁?63.15 K條件下最低含水量和最高水分含量差值為11.497%，所以糧食在存儲(chǔ)期間要盡量減少糧溫和外溫的差值，因?yàn)閷?dǎo)致糧堆內(nèi)熱濕耦合傳遞的本質(zhì)驅(qū)動(dòng)力是溫度梯度，溫度梯度減小了，可以保證水分遷移量減少，同時(shí)也降低了糧倉(cāng)內(nèi)局部結(jié)霜現(xiàn)象發(fā)生的可能性。

6.3 通過(guò)相同初始水分（濕基水分）相同溫差近似冬夏季工況下溫度和水分分布規(guī)律研究可知，對(duì)于濕基水分為14%夏季冷芯糧來(lái)說(shuō)，在150 d存儲(chǔ)期內(nèi)其含水量變化范圍為7.896%～15.247%，最大差額為7.351%；對(duì)于濕基水分為14%冬季熱芯糧來(lái)說(shuō)，在相同存儲(chǔ)期內(nèi)含水量變化范圍為12.859%～24.356%，最大差額為11.497%，糧食夏季存儲(chǔ)其安全指數(shù)比冬季存儲(chǔ)指數(shù)高。冬季工況易在糧堆頂端軸心處發(fā)生結(jié)頂現(xiàn)象。

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Research of Closed Silo Stored Grain in the Natural Convection and the Coupled Heat and Moisture Transfer

QiWei1Wang Yuancheng1，2Bai Zhongquan1Zhang Zhongtao1

（School of Thermal Energy Engineering，Shandong Jianzhu University，Jinan 250101）（Key Laboratory of Renewable Energy Utilization Technologies in Buildings，Ministry of Education2，Jinan 250101）

The grain is a kind of hygroscopic porous medium with characteristics ofmoisture absorption and moisture absorption.After harvest，the grain are stored in a closed non natural storage ventilation condition formost of time.In view of the seasonal and diurnal variation of granary and climatic conditions，temperature and humidity willmake a circled alteration on the grain heap and have effects on the storage security.The paper has taken the grain storage in local coupled heat and moisture transfer process as the research object，utilizing numerical simulation software ofmulti－physics field（COMSOL）for numerical simulation，to research the approximate dynamic changes in winter and summer on grain temperature and humidity；to give full consideration to the grain storage as a hygroscopic porousmedia with complex heat，moisture source conditions.

hygroscopic porous，media coupled heat and moisture transfer，numerical simulation ofmultiphysics field，cylindrical grain storage，natural convection

TS210.3

A

1003－0174（2015）10－0083－07

國(guó)家自然基金（51276102），山東省自然基金（ZR2011 EEM011）

2014－04－10

亓偉，男，1987年出生，碩士，生物性多孔介質(zhì)傳熱傳質(zhì)研究