張來林,鄭鳳祥,錢立鵬,鄭 頌,方江坤

(1.河南工業(yè)大學糧油食品學院,河南 鄭州 450001； 2.福建省儲備糧管理有限公司，福建 福州 350001； 3.中糧貿(mào)易有限公司，北京 100005； 4.福建省儲備糧管理有限公司漳州直屬庫，福建 漳州 363000)

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大豆糧堆橫向和豎向通風性能參數(shù)的對比研究

張來林1,鄭鳳祥2,錢立鵬3,鄭 頌4,方江坤4

(1.河南工業(yè)大學糧油食品學院,河南 鄭州 450001； 2.福建省儲備糧管理有限公司，福建 福州 350001； 3.中糧貿(mào)易有限公司，北京 100005； 4.福建省儲備糧管理有限公司漳州直屬庫，福建 漳州 363000)

為了正確評價平房倉橫向通風的性能及應用效果，借助通風模擬裝置，通過變頻器調(diào)整風機的風速，測定大豆糧堆在不同通風、送風方式下的靜壓值，結(jié)果表明：大豆糧堆的單位糧層阻力使用二次函數(shù)擬合最為精確，冪函數(shù)次之；當通風方式(橫向或豎向)一致時，吸出式通風的單位糧層阻力大于壓入式；當送風方式(吸出或壓入)一致時，橫向通風和豎向通風的單位糧層阻力相近，由此可知大豆糧堆通風具有各向同性的特性。大豆糧堆的通風均勻度與糧面表觀風速和糧層厚度呈現(xiàn)正相關，豎向通風的均勻性與橫向通風差異不明顯。

大豆;平房倉；機械通風;橫向通風;糧堆靜壓

隨著科技發(fā)展，對糧庫機械化水平的要求越來越高，尤其是近年來人工費用急劇上漲，在平房倉內(nèi)地坪上鋪設的地上籠風道加劇了進出糧的難度，成為糧庫亟待解決的難題[1]。國內(nèi)相關單位提出平房倉“橫向通風”模式[2]，即將風道固定在倉房兩側(cè)檐墻的內(nèi)壁上，代替以往在平房倉地坪上鋪設的地上籠風道，以提高糧庫進出糧的機械化程度。然而，橫向通風與豎向通風屬于兩種不同的通風方式，糧堆內(nèi)的溫度、水分、氣流方向和糧層厚度等參數(shù)變化，都會對糧堆的通風效果造成影響。因此，如何正確評價橫向通風的性能及應用效果，也成為目前糧食倉儲業(yè)高度關注的問題。

本研究在糧堆不變的前提下，利用糧堆通風模擬裝置，通過通風箱接口位置的改換，實現(xiàn)橫向通風與豎向通風的轉(zhuǎn)換，從而開展對糧庫通風方式、送風方式的研究，期望對相關行業(yè)的生產(chǎn)應用有所幫助。

1 實驗材料與儀器

1.1 小型通風模擬裝置

糧堆通風模擬裝置[3]的主箱體尺寸：長×高×寬=100 cm×100 cm×50 cm，箱體結(jié)構(gòu)見圖1、圖2，裝糧體積V=0.5 m3。

圖1 橫向通風示意圖 1.橫向通風箱;2.左側(cè)篩孔板;3.下方鋼制蓋板; 4.上方鋼制蓋板;5.右側(cè)篩孔板

圖2 豎向通風示意圖 6.豎向通風箱;7.下方篩孔板;8.右側(cè)鋼制蓋板;9.左側(cè)鋼制蓋板

通風裝置結(jié)構(gòu)的設計關鍵：在保持糧堆不動的前提下，通過調(diào)整通風箱與箱體連接位置、通風箱與風機進/出風口的連接方式，可實現(xiàn)橫向、豎向通風方式和吸出、壓入送風方式的轉(zhuǎn)換，從而在相同條件下測定分析橫向通風與豎向通風的性能參數(shù)。

1.2 試驗材料

試驗材料采用當?shù)夭少彽拇蠖梗蠖沟钠焚|(zhì)指標為：體積質(zhì)量708.5 g/L，水分14.0%，雜質(zhì)0.1%。將混合均勻的大豆裝入通風裝置主箱體內(nèi)，通過人工輕輕敲打箱體和采取豎向小風量吸出式通風，加速糧食的沉降，穩(wěn)定糧堆狀況，避免后續(xù)通風時因糧食沉降造成橫向通風的短路。入糧完畢后,大豆總質(zhì)量為380.7 kg。

1.3 試驗儀器

YJB-1500型補償式微壓計,CDTY89型多管通風機,L1000-0075G型高性能矢量變頻器,TES-1340型熱線式風速儀。

2 試驗方法

將風機、連接管、變頻器、通風接口與通風裝置等連接好，主箱體內(nèi)裝大豆，利用變頻器調(diào)節(jié)風機風速，用補償式微壓計和靜壓管檢測糧堆內(nèi)的靜壓值。

2.1 靜壓值測點布置

橫向通風測點布置：在通風裝置垂直面上設7個測點，水平面上分5層，測點位置與尺寸如圖3所示。

豎向通風測點布置：在通風裝置水平面上設7個測點、垂直面上分5層布置，測點位置與尺寸同橫向通風，但檢測面旋轉(zhuǎn)90°，見圖4。

圖3 橫向通風時靜壓測點布置圖

圖4 垂直通風時靜壓測點布置圖

2.2 糧面表觀風速計算方法

按分環(huán)法確定測點，用熱線式風速儀測定風機出口截面的風速，按公式(1)計算出糧面表觀風速。

v表=v出·S1/S2，

(1)

式中，v表為糧面表觀風速，m/s；v出為風機出口截面的平均風速，m/s；S1為風機出口截面的面積，m2；S2為糧堆的表層面積，m2。

2.3 單位糧層阻力計算方法

在通風過程中，氣流穿過每米糧層的壓力損失為單位糧層阻力[1]，計算方法見公式(2)。

(2)

式中，Z為單位糧層阻力，Pa/m；P5為糧層5靜壓值，Pa；P1為糧層1靜壓值，Pa；L為糧層5和糧層1之間的距離，m。

2.4 機械通風均勻度計算方法

靜壓分布是判斷和分析糧堆通風均勻度的一種方法。根據(jù)糧層中靜壓值的平均值和標準差，通過公式(3)可計算出該糧層的通風均勻度[4]。

(3)

3 結(jié)果與分析

3.1 大豆單位糧層阻力分析

由表1可知，根據(jù)不同通風條件下大豆糧堆內(nèi)的靜壓值，利用公式可計算得出不同通風方式、送風方式、糧面表觀風速條件下的單位糧層阻力，使用SPSS軟件對單位糧層阻力線性、二次、冪、指數(shù)等4種函數(shù)進行擬合，結(jié)果見表2。

表1 機械通風大豆單位糧層阻力的測定

表2 大豆單位糧層阻力變化曲線的擬合系數(shù)及統(tǒng)計參數(shù)

從表2可以看出，大豆糧堆在橫向與豎向、吸出與壓入的4種組合通風方式下，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R2，4種擬合函數(shù)RSS(殘差平方和)從小到大依次為：二次、冪函數(shù)、線性、指數(shù)，說明二次函數(shù)對單位糧層阻力的擬合度最優(yōu)，冪函數(shù)次之。在4種通風方式下，由于二次項函數(shù)對4種通風方式下的單位糧層阻力擬合更為精確，本研究使用二次函數(shù)模型對大豆單位糧層阻力進行描述，擬合曲線見圖5。

圖5 不同通風條件下，大豆單位糧層阻力擬合曲線

從圖5可以看出，大豆在不同通風(橫向與豎向)方式下，吸出式通風的單位糧層阻力擬合曲線基本重合，壓入式通風的擬合曲線也非常接近，說明通風方式對大豆的單位糧層阻力影響不大，吸出式通風的單位糧層阻力大于壓入式通風。

大豆糧堆單位糧層阻力方差、回歸分析見表3、表4。通風方式的P=0.699>0.05，說明通風方式對單位糧層阻力影響不顯著。在α=0.01水平下，查F分布表可知，F(xiàn)0.01(3,16)=5.29。由表3可知，試驗中F=96.921>F0.01(3,16)=5.29，表明大豆糧堆在通風過程中，因變量單位糧層阻力P(Pa)與自變量送風方式A、糧面表觀風速B(m/s)之間存在顯著的線性關系。由表4可知，回歸處理后所得線性回歸方程為P=67.078A+683.448B-73.463(調(diào)整R2=0.938)。自變量標準系數(shù)分別為：βA=0.597，βB=1.058，表明單位糧層阻力與糧面表觀風速呈正相關，吸出式通風的單位糧層阻力大于壓入式；比較自變量標準系數(shù)絕對值可得|βB|>|βA|，表明在試驗所設置條件下，各因素對大豆糧堆單位糧層阻力影響程度為：糧面表層風速大于送風方式。這可能是由于大豆粒形近似于橢球體，無論是橫向還是豎向通風，氣流穿過糧堆與大豆顆粒接觸面積大致相等，故氣流所受阻力基本相同，這表明大豆糧堆具有各向同性的特點。這也驗證了Khatchatourian和Toniazzo[5]關于物料形狀與糧堆的各向異性關系密切；當通風方式變化時，形狀越接近球形(豆類)的物料，對氣流阻力的影響越小，反之影響就越大的結(jié)論。

表3 大豆單位糧層阻力方差分析表

表4 大豆單位糧層阻力回歸分析表

3.2 大豆糧堆通風均勻度分析

由圖6可知，在不同通風條件下，大豆糧堆的通風均勻度均在90%以上，隨著變頻器頻率和糧層厚度的逐漸加大，4種通風方式下的均勻度逐漸增大。在豎向與橫向的通風條件下，大豆糧堆內(nèi)通風均勻度整體上一致。這可能是大豆顆粒各向同性的特點，決定了通風時無論氣流從何種方向通過糧堆，糧粒堆放狀況對氣流的影響基本一致。

圖6 不同通風條件下,大豆糧堆內(nèi)通風均勻度變化

大豆糧堆通風均勻度方差、回歸分析見表5、表6。由表5可知，因變量通風均勻度J與自變量送風方式A、糧面表觀風速B(m/s)、糧層厚度C(m)之間存在顯著的線性關系。通風方式對通風均勻度影響不顯著。由表6可知，回歸處理后所得線性回歸方程為J=0.004A+0.042B+0.031C+0.957(R2=0.556)。自變量標準系數(shù)分別為：βA=0.16，βB=0.307，βC=0.685，表明大豆的通風均勻性與糧面表觀風速和糧層厚度呈正相關，吸出式通風下的均勻性大于壓入式；比較自變量標準系數(shù)絕對值可得|βC|>|βB|>|βA|，表明試驗條件下，各因素對大豆通風均勻性影響程度從大到小依次為：糧層厚度、糧面表層風速、送風方式。

表5 大豆通風均勻度方差分析表

表6 大豆通風均勻度回歸分析表

4 結(jié)論

當糧食堆放狀態(tài)和試驗條件相同時，大豆糧堆的單位糧層阻力使用二次函數(shù)擬合最為精確，冪函數(shù)次之；當通風方式(橫向與豎向)一致時，吸出式通風方式下的單位糧層阻力大于壓入式；當送風方式(吸出與壓入)一致時，橫向通風和豎向通風的單位糧層阻力相近，說明大豆糧堆通風具有各向同性的特性。大豆糧堆的通風均勻度與糧面表觀風速和糧層厚度呈正相關，豎向與橫向通風的均勻度差異不明顯。

[1] 張來林.儲糧機械通風技術[M].鄭州:鄭州大學出版社,2014:129-131.

[2] 曹 陽,魏 雷,趙小津,等.糧倉橫向通風方法及其系統(tǒng):200910085093[P].2009-11-04.

[3] 張來林,陶金亞,陳 朝,等.糧堆通風性能參數(shù)檢測裝置:201420643851.3[P].2015-02-18.

[4] 趙思孟.評價儲糧機械通風均勻性的方法[J].糧食流通技術,2001(3):14-16.

[5] KHATCHATOURIAN O A,TONIAZZO N A,GORTYSHOV Y F.Simulation of airflow in grain bulks under anisotropic conditions[J].Biosystems Engineering,2009,104(2):205-215.

(責任編輯：俞蘭苓)

Comparative study on the performance parameters of transverse and vertical ventilation in soybean heap

ZHANG Lai-lin1,ZHENG Feng-xiang2,QIAN Li-peng3,ZHENG Song4,FANG Jiang-kun4

(1.School of Food Science and Technology, Henan University of Technology,Zhengzhou 450001,China; 2.Fujian Grain Reserve Management Co. Ltd., Fuzhou 350001,China; 3.COFCO Trading Co. Ltd., Beijing 10005,China; 4. Zhangzhou Depot, Fujian Grain Reserve Management Co. Ltd.,Zhangzhou 363000,China)

In order to correctly evaluate the performance and application effect of horizontal ventilation in grain storehouse,with the help of simulated ventilation device,through the frequency converter to adjust the wind speed, we can mensurate the static pressure value of soybean heap under four different ventilation modes (transverse and vertical, positive pressure and negative pressure). The result showed that the resistance of unit grain layer can be described by quadratic function and power function, quadratic function was more precise. When the direction of ventilation (transverse ventilation and vertical ventilation) were the same, the unit grain layer resistance of negative pressure ventilation was greater than that of positive pressure ventilation in the soybean heap. When the type of ventilation (positive pressure and negative pressure) were the same, the unit grain layer resistance of transverse ventilation and vertical ventilation were similar. The heap of soybean was not anisotropic. Ventilation uniformity of soybean heap was positively correlated with the frequency and grain depth. The uniformity of transverse ventilation and vertical ventilation had no significant difference.

soybean;grain storehouse;mechanical ventilation;transverse ventilation;static pressure value

2016-08-13；

2016-12-25

張來林(1955-)，男，教授，研究方向為糧油儲藏技術與倉儲工藝設計。

10.7633/j.issn.1003-6202.2017.01.003

S565.1;S379.2

A

1003-6202(2017)01-0010-05