王遠(yuǎn)成 俞曉靜 石天玉 尹 君

(山東建筑大學(xué)熱能工程學(xué)院1,濟(jì)南 250101)

(國(guó)家糧食和物資儲(chǔ)備局科學(xué)研究院2,北京 100037)

就倉(cāng)機(jī)械通風(fēng)作為儲(chǔ)糧生態(tài)系統(tǒng)熱濕調(diào)控的方法之一，具有降溫效果顯著、費(fèi)用較低等特點(diǎn)，在確保儲(chǔ)糧安全方面，發(fā)揮著至關(guān)重要的作用[1]。傳統(tǒng)的就倉(cāng)機(jī)械通風(fēng)是垂直向上或向下通風(fēng)，垂直通風(fēng)需要在糧倉(cāng)地面鋪設(shè)通風(fēng)籠(或設(shè)置地槽)。通風(fēng)籠的鋪設(shè)，會(huì)帶來(lái)糧食出入倉(cāng)的不便、勞動(dòng)生產(chǎn)率低的問(wèn)題，且不便于機(jī)械化操作。為了解決垂直通風(fēng)的不利問(wèn)題，我國(guó)開(kāi)展了橫向通風(fēng)工藝的研究。橫向通風(fēng)是把通風(fēng)籠垂直安裝在糧倉(cāng)跨度方向的兩個(gè)內(nèi)墻上，俗稱“地上籠上墻”，并通過(guò)吸出式的方式沿著糧倉(cāng)跨度方向進(jìn)行水平通風(fēng)。橫向通風(fēng)避免了地上籠的鋪設(shè)所帶來(lái)的糧食進(jìn)出倉(cāng)的不便，可以實(shí)現(xiàn)糧食進(jìn)出倉(cāng)的機(jī)械化操作，大大地提高了糧食進(jìn)出倉(cāng)的效率[2]。

當(dāng)入倉(cāng)糧食的水分低于安全水分時(shí)，就倉(cāng)機(jī)械通風(fēng)的目的是降低糧堆溫度的同時(shí)減少通風(fēng)過(guò)程中儲(chǔ)糧水分的丟失。對(duì)于垂直降溫保水通風(fēng)工藝，國(guó)內(nèi)已有研究[3]，然而，目前國(guó)內(nèi)外對(duì)于橫向降溫保水通風(fēng)工藝的研究相對(duì)較少[4-7],尤其是橫向降溫保水通風(fēng)問(wèn)題還有待進(jìn)一步研究。

本實(shí)驗(yàn)基于多孔介質(zhì)熱濕耦合傳遞和糧粒吸濕/解吸濕理論，采用數(shù)值模擬的方法，對(duì)稻谷橫向保水降溫通風(fēng)過(guò)程中通風(fēng)空氣濕度對(duì)保水的效果進(jìn)行了預(yù)測(cè)研究，分析了一定初始糧溫和水分時(shí)通風(fēng)空氣溫濕度對(duì)降溫保水效果的影響，得到了稻谷橫向降溫保水通風(fēng)的最佳濕度。

1 通風(fēng)過(guò)程中糧堆內(nèi)部熱濕傳遞機(jī)理

糧堆是由糧粒堆積而成的多孔介質(zhì)，通風(fēng)過(guò)程中糧堆內(nèi)部的糧粒與糧粒周圍空氣進(jìn)行熱量和水蒸氣的交換，其中的熱濕傳遞過(guò)程遵循能量守恒和質(zhì)量守恒規(guī)律。在通風(fēng)條件下，糧堆內(nèi)部熱濕耦合傳遞的控制方程如下[8-11]：

對(duì)流傳熱方程：

(1)

式中：ρb為糧堆的容重；ca、cb分別為空氣和糧堆的比熱；T為糧堆的溫度；t為時(shí)間；為微分算子；ρa(bǔ)為空氣密度；u為糧堆內(nèi)部空氣的表觀速度或達(dá)西速度；keff為糧堆的有效導(dǎo)熱系數(shù)；hs為谷粒吸濕或解吸濕熱；ε為空隙率；M為糧堆的濕基水分。

?M/?t=-k(M-Me)

(2)

式中：k為糧粒吸濕/解吸濕經(jīng)驗(yàn)常數(shù)；Me為平衡水分。

(3)

式中：A、B、C為經(jīng)驗(yàn)常數(shù);RHe為糧粒間空氣的平衡相對(duì)濕度。

對(duì)流傳濕方程：

(4)

式中：w為糧粒間空氣中的絕對(duì)含濕量；Deff為濕空氣在糧堆中的有效擴(kuò)散系數(shù)；?M/?t為單位時(shí)間內(nèi)糧粒與周圍空氣交換的水分量。

2 數(shù)值模擬的模型和工況參數(shù)

本實(shí)驗(yàn)?zāi)M的對(duì)象為高大平房倉(cāng)，其長(zhǎng)度為50 m、跨度為27 m和24 m，高為12.5 m，其中的裝糧高度為6 m。由于糧倉(cāng)的長(zhǎng)度遠(yuǎn)大于跨度和糧堆的高度，且通風(fēng)方向?yàn)榭缍确较?，所以，長(zhǎng)度方向上的溫度梯度遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于跨度方向。因此，選取糧倉(cāng)跨度方向的2D模型作為數(shù)值模擬對(duì)象，如圖1所示。通風(fēng)過(guò)程中，氣流從左側(cè)的進(jìn)風(fēng)口進(jìn)入主風(fēng)道，并通過(guò)安裝在主風(fēng)道上的垂直支風(fēng)道而進(jìn)入糧堆，空氣橫穿整個(gè)糧堆后，從糧倉(cāng)右側(cè)的通風(fēng)道排出倉(cāng)外。為了考察不同的糧堆初始平衡濕度與通風(fēng)空氣濕度差值下，通風(fēng)過(guò)程中不同過(guò)流斷面上溫度和水分變化情況，沿跨度方向選取5個(gè)截面，5個(gè)截面距離左側(cè)倉(cāng)壁的距離分別為0.8、7.2、13.5、19.8、26.2 m。

圖1 模型和橫向通風(fēng)流場(chǎng)圖

數(shù)值模擬的儲(chǔ)糧品種為稻谷，其物性參數(shù)分別為：容重為600 kg/m3，初始水分為15%，初始糧溫為25 ℃，初始平衡濕度為76.5%?？紫堵蕿?.6，導(dǎo)熱系數(shù)為0.11 W/(m·K)。3個(gè)工況的模擬條件見(jiàn)表1，其中，工況一、工況二和工況三的糧倉(cāng)跨度為27 m，工況四的糧倉(cāng)跨度為24 m。工況一、工況二和工況三的進(jìn)風(fēng)溫度相同且為17 ℃，進(jìn)風(fēng)濕度分別為76.5%、 71.5%和81.5%。糧堆初始平均溫度為25 ℃，其與通風(fēng)空氣的溫差為8 ℃，噸糧通風(fēng)量為5 m3/(h·t)，表觀速度為0.022 4 m/s。工況四的進(jìn)風(fēng)溫度為17 ℃，進(jìn)風(fēng)濕度分別為76.5%，糧堆初始平均溫度為25 ℃，其與通風(fēng)空氣的溫差為8 ℃，噸糧通風(fēng)量為5 m3/(h·t)，表觀速度為0.022 4 m/s。

表1 三種通風(fēng)濕度工況下的初始參數(shù)和通風(fēng)條件

3 數(shù)值預(yù)測(cè)結(jié)果和分析

3.1 工況一的糧堆溫度和水分的變化規(guī)律

表2是工況一(27 m跨度且濕度差為0%)在不同通風(fēng)時(shí)間內(nèi)糧堆平均溫度和水分。從表2可以看出，通風(fēng)2 d后糧堆平均溫度降至18.4 ℃，其后的糧堆平均溫度保持18.4 ℃不變。通風(fēng)24 h的溫度平均變化率最高，為5.7 ℃/d，通風(fēng)48 h的溫度平均變化率為3.3 ℃/d，通風(fēng)72 h的溫度平均變化率為2.2 ℃/d，通風(fēng)240 h的溫度平均變化率最低，為0.5 ℃/d。這說(shuō)明通風(fēng)過(guò)程中，早期的通風(fēng)降溫效果明顯，后期降溫速率大大下降。繼續(xù)延長(zhǎng)通風(fēng)時(shí)間只會(huì)增加能耗，屬于無(wú)效通風(fēng)。綜合表2數(shù)據(jù)，選定6 d(144 h)為不同進(jìn)風(fēng)濕度工況的通風(fēng)模擬時(shí)間。同時(shí)，從表2中還發(fā)現(xiàn)，通風(fēng)24 h時(shí)糧堆平均水分由15%降到14.93%，下降了0.07%，通風(fēng)48 h糧堆平均水分降到14.90%，減少了0.1%，其后，隨著通風(fēng)時(shí)間的延長(zhǎng)，糧堆平均水分基本不變，說(shuō)明工況一的保水效果較好。

表3為工況四(24 m跨度且濕度差為0%)在不同通風(fēng)時(shí)間內(nèi)糧堆平均溫度和水分。從表3可以發(fā)現(xiàn)，由于工況四與工況一的糧倉(cāng)跨度不同，其他條件皆相同。因此，工況四和工況一表現(xiàn)出相同的規(guī)律，只是由于工況四通風(fēng)距離相對(duì)于工況一通風(fēng)距離較短，因此，通風(fēng)過(guò)程中，相同時(shí)刻糧溫下降更快更多，水分降低得相對(duì)較少。

表2 工況一不同通風(fēng)時(shí)間內(nèi)糧堆平均溫度和水分

表3 工況四不同通風(fēng)時(shí)間內(nèi)糧堆平均溫度和水分

由圖2a可以看出，通風(fēng)開(kāi)始時(shí)，靠近進(jìn)風(fēng)口處的糧堆首先降溫，距離垂直支風(fēng)道0.8 m處的糧層溫度在6 h內(nèi)降到17.4 ℃，其后隨著通風(fēng)的進(jìn)行，該層糧溫不再改變。距離垂直支風(fēng)道7.2 m處的糧堆溫度在通風(fēng)12 時(shí)候降到了17.8 ℃，其后的時(shí)間保持不變。距離垂直支風(fēng)道13.5 m處的糧堆溫度，在通風(fēng)24 h時(shí)降到了18.4 ℃，其后的時(shí)間保持不變。距離垂直支風(fēng)道19.8 m處的糧堆溫度，在通風(fēng)30 h時(shí)降到了18.9 ℃，其后的時(shí)間保持不變。距離垂直支風(fēng)道26.2 m處的糧堆溫度，在通風(fēng)36 h時(shí)降到了19.5 ℃，其后的時(shí)間保持不變。而通風(fēng)30 h時(shí)，糧堆平均溫度降到18.4 ℃，其后的時(shí)間保持不變。

由圖2b可以看出，在開(kāi)始通風(fēng)時(shí)，由于在糧堆初始溫度與通風(fēng)空氣溫差為8 ℃的前提下，即使通隨著冷鋒前沿不斷向前移動(dòng)，進(jìn)入下游糧層的空氣狀態(tài)已經(jīng)發(fā)生改變，即進(jìn)入下游糧層的空氣溫度逐漸升高，空氣的蒸汽分壓逐漸增高，下游糧層與周圍空氣的蒸汽分壓差值越來(lái)越小，而且通風(fēng)空氣的濕度與糧堆初始平衡濕度相同，下游糧層的解吸濕作用越來(lái)越弱，但糧粒表面的蒸汽分壓仍然大于進(jìn)風(fēng)空氣的蒸汽分壓，下游各糧層都是處于解吸濕狀態(tài)，而導(dǎo)致水分降低。通風(fēng)24 h之后，7.2 m糧層的水分降到14.90%，其后的時(shí)間不再變化；通風(fēng)48 h之后，13.5 m糧層的水分降到14.89%，其后的時(shí)間不再變化；通風(fēng)48 h之后，19.8 m糧層的水分降到14.90%，其后的時(shí)間不再變化；通風(fēng)90 h之后，26.2 m糧層的水分降到14.90%，其后的時(shí)間不再變化；通風(fēng)48 h之后，整個(gè)糧堆平均水分降到14.90%，其后的時(shí)間不再變化。

圖2 工況一通風(fēng)過(guò)程中不同糧層溫度和水分變化

風(fēng)空氣的濕度為100%，糧粒表面的蒸汽分壓仍然大于進(jìn)風(fēng)空氣的蒸汽分壓，所以在通風(fēng)開(kāi)始時(shí)，糧堆內(nèi)部都是處于解吸濕狀態(tài)的。盡管通風(fēng)空氣的濕度與糧堆初始平衡濕度相同，由于糧粒表面的蒸汽分壓(2 424.4 Pa)大于送風(fēng)空氣的蒸汽分壓(1 481.0 Pa)，靠近進(jìn)風(fēng)口處的糧堆首先進(jìn)行解吸濕，距離垂直支風(fēng)道0.8 m處的糧層水分先下降，6 h時(shí)由15.0%降到14.91%；其后，隨著該層糧溫的降低，糧粒表面的蒸汽分壓迅速下降；而空氣的溫度由于糧堆的加熱，溫度升高，導(dǎo)致糧粒周圍空氣的蒸汽分壓增大，并大于糧粒表面的蒸汽分壓。從而進(jìn)入長(zhǎng)期吸濕過(guò)程，即6 h后該糧層的水分開(kāi)始上升，通風(fēng)144 h后，該層糧食水分升高到15.05%。

從圖2還可以看出，通風(fēng)18 h之后，冷鋒前沿已穿過(guò)整個(gè)糧倉(cāng)，通風(fēng)36 h之后，冷鋒后沿才穿過(guò)整個(gè)糧倉(cāng)。通風(fēng)24 h之后，濕鋒(水分)前沿已穿過(guò)整個(gè)糧倉(cāng)，通風(fēng)90 h之后，濕鋒(水分)后沿才穿過(guò)整個(gè)糧倉(cāng)。顯然，通風(fēng)過(guò)程中，糧堆內(nèi)部冷濕前(后)沿移動(dòng)速度是不同的，冷鋒前(后)沿移動(dòng)速度遠(yuǎn)大于濕鋒前(后)沿的移動(dòng)速度。

同時(shí)，由表2和表3可知，通風(fēng)時(shí)間達(dá)到48 h候，糧堆的平均溫度和水分不再變化，由此，對(duì)于橫向降溫保水通風(fēng)來(lái)說(shuō)，考慮到降溫是主要目的，通風(fēng)時(shí)間不宜超過(guò)3 d，通風(fēng)時(shí)間超過(guò)3 d后則屬于無(wú)效通風(fēng)。但是，鑒于本實(shí)驗(yàn)?zāi)M的條件屬于谷冷通風(fēng)的性質(zhì)，即通風(fēng)空氣的溫濕度基本恒定，而實(shí)際的通風(fēng)條件，可能會(huì)由于空氣溫濕度的逐時(shí)變化，而有所波動(dòng)，加之實(shí)際糧堆孔隙率分布的各向異性和非均勻性特征，因此，通風(fēng)時(shí)間可以延長(zhǎng)1～2 d，這樣也可以避免無(wú)效通風(fēng)以及通風(fēng)后糧溫的反彈。

3.2 工況二(濕度差為-5%)的糧堆溫度和水分的變化規(guī)律

表4是工況二在不同通風(fēng)時(shí)間內(nèi)糧堆平均溫度和水分變化規(guī)律。從表4中可以看出，隨著通風(fēng)的不斷進(jìn)行，糧堆平均溫度逐漸下降，6 d后糧堆平均溫度降至18.3 ℃。通風(fēng)24 h的溫度平均變化率最高，為5.7 ℃/d，通風(fēng)48 h的溫度平均變化率為3.3 ℃/d，通風(fēng)72 h的溫度平均變化率為2.2 ℃/d，通風(fēng)336 h的溫度平均變化率最低，為0.5 ℃/d。同時(shí)，從表4中可以發(fā)現(xiàn)，通風(fēng)過(guò)程中糧堆的平均水分也是不斷減小的，通風(fēng)6 d(144 h)糧堆平均水分由15%降到14.66%，顯然，相對(duì)于工況一來(lái)說(shuō)，工況二的保水效果變差。

圖3a為通風(fēng)6 d(144 h)沿跨度方向的5個(gè)過(guò)流斷面上溫度隨時(shí)間的變化曲線，由圖3a 可以看出，當(dāng)糧堆初始溫度為25 ℃、進(jìn)風(fēng)溫度為17 ℃時(shí)，糧堆平均溫度降到18.3 ℃。距離左側(cè)墻壁0.8 m的糧層，由于進(jìn)風(fēng)溫度與糧堆溫度差值大，熱量交換大，且靠近進(jìn)風(fēng)口，該糧層溫度最先開(kāi)始下降且降幅很大，通風(fēng)6 h后平均溫度為16.9 ℃且趨于平穩(wěn)。通風(fēng)132 h之后，7.2、13.5、19.8 m和26.2 m 4個(gè)糧層溫分別降為17.6、18.3、18.9 ℃和19.6 ℃，平均糧為18.3 ℃。

表4 工況二不同通風(fēng)時(shí)間內(nèi)糧堆平均溫度和水分

圖3 工況二通風(fēng)過(guò)程中不同糧層溫度和水分變化

圖3b為通風(fēng)6 d(144 h)沿跨度方向的5個(gè)過(guò)流斷面上水分隨時(shí)間的變化曲線，由圖3b可以看出，初始水分為15%的糧堆，送風(fēng)濕度為71.5%的通風(fēng)條件下，在開(kāi)始通風(fēng)時(shí)，由于糧堆表面的蒸汽分壓始終大于送風(fēng)空氣的蒸汽分壓，且通風(fēng)空氣的濕度比糧堆初始濕度低5%，因此，靠近進(jìn)風(fēng)口處的糧堆先發(fā)生解吸濕現(xiàn)象，表現(xiàn)為0.8 m處的糧層水分首先開(kāi)始下降。隨著通風(fēng)的進(jìn)行，下游各個(gè)糧層也都是處于解吸濕狀態(tài)而不斷失水，通風(fēng)結(jié)束時(shí)糧倉(cāng)內(nèi)平均水分降為14.66%。比較工況一和工況二，可以看出，工況二的通風(fēng)過(guò)程中整個(gè)糧堆屬于解吸濕過(guò)程，水分降低的幅度大于工況一。

從表4和圖3可知，如果通風(fēng)時(shí)間進(jìn)一步延長(zhǎng)，糧堆的溫度和水分還會(huì)進(jìn)一步下降，原因在于，工況二的通風(fēng)空氣濕度比糧堆初始平衡濕度低5%，通風(fēng)過(guò)程中，糧堆始終處于解吸濕狀態(tài)，根據(jù)熱力學(xué)原理可以推知，糧堆失水(水分蒸發(fā))必然要消耗熱量，因此，若通風(fēng)時(shí)間足夠長(zhǎng)，則最終糧堆會(huì)低于通風(fēng)空氣的溫度，且初始水分越高則越明顯。這種現(xiàn)象，在表6中的數(shù)據(jù)得到體現(xiàn)。

3.3 工況三(濕度差為5%)的糧堆溫度和水分的變化規(guī)律

表5是工況三在不同通風(fēng)時(shí)間內(nèi)糧堆平均溫度和水分變化規(guī)律，通風(fēng)3 d后糧堆平均溫度降至19.5 ℃，其后糧堆平均溫度基本保持19.5 ℃不變。其中，通風(fēng)24 h的溫度平均變化率最高，為2.8 ℃/d，通風(fēng)48 h的溫度平均變化率為2.6 ℃/d，通風(fēng)72 h的溫度平均變化率為1.8 ℃/d，通風(fēng)144 h的溫度平均變化率最低，為0.9 ℃/d。從表5中還可以發(fā)現(xiàn)，通風(fēng)過(guò)程中糧堆的平均水分也是不斷減小的，通風(fēng)6 d(144 h)糧堆平均水分由15%降到14.75%，相對(duì)于工況一來(lái)說(shuō)，保水效果變差，但相對(duì)于工況二來(lái)說(shuō)，水分下降地相對(duì)較少。 然而，相對(duì)于工況二來(lái)說(shuō)，糧堆溫度下降地較少，降溫效果變差。分析其原因，主要是由于工況三的通風(fēng)空氣濕度比糧堆初始平衡濕度高5%，通風(fēng)過(guò)程中，糧堆處于吸濕狀態(tài)，根據(jù)熱力學(xué)原理可知，此時(shí)糧堆會(huì)出現(xiàn)“吸濕再熱”的現(xiàn)象，因此，最終糧堆溫度會(huì)高于通風(fēng)空氣的溫度。這種現(xiàn)象，在表6中的數(shù)據(jù)得到體現(xiàn)。

表5 工況三不同通風(fēng)時(shí)間內(nèi)糧堆平均溫度和水分

表6 不同初始水分時(shí)各種通風(fēng)溫濕度條件下糧堆的最終溫度

圖4a所示為通風(fēng)6 d(144 h)沿跨度方向的5個(gè)豎直截面上溫度隨時(shí)間的變化曲線，可以看到，距離左側(cè)墻壁0.8 m的糧層，由于靠近垂直支風(fēng)道，該糧層溫度最先開(kāi)始下降且降幅最大。通風(fēng)時(shí)間24、36、48 h和60 h后，7.2、13.5、19.8 m和26.2 m糧層的溫度都不再改變。從糧堆的平均溫度來(lái)說(shuō)，通風(fēng)結(jié)束時(shí)糧倉(cāng)內(nèi)的平均溫度比進(jìn)風(fēng)溫度高，這是因?yàn)榧Z倉(cāng)中吸濕過(guò)程會(huì)放出汽化潛熱，導(dǎo)致糧堆吸濕再熱，溫度有所升高。

圖4 工況三通風(fēng)過(guò)程中不同糧層溫度和水分變化

由圖4b可以看出，初始水分為15%的糧堆，送風(fēng)濕度為81.5%的通風(fēng)條件下，在開(kāi)始通風(fēng)6 h后，靠近進(jìn)風(fēng)口處的糧堆首先進(jìn)行解吸濕，此時(shí)糧堆表面的蒸汽分壓大于送風(fēng)空氣的蒸汽分壓，表現(xiàn)為0.8 m處的糧層水分小幅度下降；隨之進(jìn)入長(zhǎng)期吸濕過(guò)程，通風(fēng)90 h后該糧層的水分達(dá)到15.43%，高于糧堆的初始水分值。沿著空氣的流動(dòng)方向，除了進(jìn)口附近的糧層外，由于進(jìn)入各個(gè)糧層的空氣溫度升高、濕度降低，導(dǎo)致各個(gè)糧層蒸汽分壓始終低于糧粒表面蒸汽分壓，所以在糧堆中下游區(qū)域發(fā)生解吸濕過(guò)程。所以，盡管通風(fēng)空氣的濕度高于糧堆初始平衡濕度5%，此時(shí)，糧堆依然是失水的。

由熱力學(xué)原理可以推知，由于通風(fēng)空氣濕度比糧堆初始平衡濕度高5%，當(dāng)通風(fēng)時(shí)間足夠長(zhǎng)時(shí)，糧堆的水分可能會(huì)進(jìn)一步升高。因此，由于進(jìn)風(fēng)口處的糧堆的吸濕作用，導(dǎo)致其水分升高，甚至?xí)^(guò)安全水分，反而不利于安全儲(chǔ)糧。

4 實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證

4.1 實(shí)驗(yàn)儀器設(shè)備和方案

實(shí)驗(yàn)倉(cāng)的尺寸是按照實(shí)際倉(cāng)房的尺寸大小等比例縮小制作的，長(zhǎng)寬高分別為1.5 m×1.0 m×1.0 m(裝糧高度)。在實(shí)驗(yàn)倉(cāng)內(nèi)部，沿著長(zhǎng)度方向設(shè)有網(wǎng)狀隔板，已形成一個(gè)空氣夾層，空氣夾層厚度為0.05 m，以保證橫向通風(fēng)的均勻性。

圖5 實(shí)驗(yàn)倉(cāng)實(shí)體圖

為了測(cè)定通風(fēng)過(guò)程中糧堆內(nèi)部的通風(fēng)阻力和溫度、濕度以及水分的變化情況，將靜壓測(cè)頭和溫濕水一體化糧情系統(tǒng)的傳感器埋入糧堆。糧堆內(nèi)部的壓力通過(guò)橡皮管傳感到電子壓力儀，壓力儀為德圖Testo512-2，其測(cè)量精度為±0.1%。“溫濕水一體化多參數(shù)糧情檢測(cè)系統(tǒng)”由深圳市中天惠豐科技有限公司提供，它的工作原理是根據(jù)吸濕平衡原理，通過(guò)溫濕度傳感器獲得的糧堆內(nèi)部溫濕度數(shù)據(jù)，進(jìn)而計(jì)算出糧堆內(nèi)部的平衡水分。該系統(tǒng)的溫濕度測(cè)量精度分別為±0.3 ℃和±3%，平均水分測(cè)量精度為±0.5%。為了在線檢測(cè)和記錄通風(fēng)過(guò)程中糧堆內(nèi)部溫濕度和水分的變化數(shù)據(jù)，沿著糧堆高度方向分3層布置溫濕度傳感器，第1層距糧層表面以下20 cm，第3層距實(shí)驗(yàn)倉(cāng)底20 cm，第2層位于第1層和第3糧層中間。沿著寬度方向每層截面上均勻分布9個(gè)傳感器，共計(jì)27個(gè)溫濕度傳感器。另外，實(shí)驗(yàn)值為了獲得進(jìn)風(fēng)溫濕度數(shù)據(jù)，還分別在通風(fēng)道進(jìn)出口位置安裝了2個(gè)溫濕度傳感器。

橫向通風(fēng)實(shí)驗(yàn)的YS-7312風(fēng)機(jī)功率為0.75 kW。風(fēng)機(jī)通過(guò)變頻器來(lái)調(diào)控風(fēng)機(jī)風(fēng)量大小，渦輪流量計(jì)記錄的實(shí)驗(yàn)風(fēng)量為4.2 m3/h，折合單位通風(fēng)風(fēng)量為5 m3/(h·t)。為了滿足橫向降溫保水通風(fēng)的溫濕度條件，實(shí)驗(yàn)中使用ECD25AS型恒溫恒濕空調(diào)送風(fēng)作為橫向通風(fēng)的冷源。ECD25AS型恒溫恒濕空調(diào)的控溫度范圍為10～35 ℃，精度為±0.5 ℃；控濕范圍為35%～85%，精度為±0.3%。該設(shè)備的制冷量為3.5 kW，電加熱功率為2 kW，電極加濕為2 kg/h，最大風(fēng)量為700 m3/h。

4.2 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)與數(shù)值模擬結(jié)果的比較

實(shí)驗(yàn)進(jìn)行了3個(gè)工況，通風(fēng)時(shí)間共進(jìn)行了24 h，實(shí)驗(yàn)中每隔4 h采集1次溫度和水分?jǐn)?shù)據(jù)。為了保證采集數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，實(shí)驗(yàn)前采用LDS-1S電腦水分測(cè)定儀，對(duì)溫濕水一體化多參數(shù)糧情監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的傳感器采集數(shù)據(jù)進(jìn)行校核，并且在橫向通風(fēng)實(shí)驗(yàn)前后1 h分別用LDS-1S電腦水分測(cè)定儀對(duì)糧堆進(jìn)行水分測(cè)定(見(jiàn)表7)。由表7可知實(shí)驗(yàn)倉(cāng)中糧堆平均水分與模擬的平均水分吻合較好，其中的溫度的做大誤差為0.7 ℃，水分的最大誤差為0.3%。

表7 三種實(shí)驗(yàn)通風(fēng)濕度工況下的初始參數(shù)和通風(fēng)條件

5 結(jié)論

本實(shí)驗(yàn)采用數(shù)值預(yù)測(cè)與實(shí)驗(yàn)相結(jié)合的方法，對(duì)溫度差為8 ℃和噸糧通風(fēng)量為5 m3/(h·t)情況下，3種濕度差時(shí)稻谷橫向保水降溫通風(fēng)過(guò)程中溫度和水分變化規(guī)律進(jìn)行了預(yù)測(cè)和實(shí)驗(yàn)研究，分析了一定初始糧溫和水分時(shí)通風(fēng)空氣濕度對(duì)降溫保水效果的影響。

糧堆與通風(fēng)空氣溫度差和噸糧通風(fēng)量一定時(shí)，糧堆與通風(fēng)空氣濕度差是決定通風(fēng)過(guò)程中糧堆水分變化的主要因素。當(dāng)通風(fēng)空氣的濕度低于糧堆平衡濕度5%時(shí)，通風(fēng)3～6 d，糧堆都會(huì)失水，而且失水相對(duì)較多，失水范圍0.23%～0.34%；當(dāng)通風(fēng)空氣的濕度高于糧堆平衡濕度5%時(shí)，通風(fēng)3～6 d，糧堆也會(huì)失水，但其失水量為其次，失水范圍0.17%～0.25%；當(dāng)通風(fēng)空氣的濕度等于糧堆平衡濕度時(shí)，通風(fēng)3～6 d，糧堆都會(huì)失水很少，失水范圍0.10%～0.11%。因此，濕度差為0%時(shí)，保水效果最好。

當(dāng)糧堆與通風(fēng)空氣溫度差和噸糧通風(fēng)量一定時(shí)，糧堆與通風(fēng)空氣濕度差也會(huì)影響糧堆的溫度。當(dāng)通風(fēng)空氣濕度低于糧堆平衡濕度5%時(shí)，隨著通風(fēng)的不斷進(jìn)行，糧堆平均溫度逐漸下降，6 d后糧堆平均溫度降至18.3 ℃；當(dāng)通風(fēng)空氣濕度高于糧堆平衡濕度5%時(shí)，通風(fēng)3 d后糧堆平均溫度降至19.5 ℃，其后的時(shí)間內(nèi)糧堆平均溫度基本保持19.5 ℃不變；當(dāng)通風(fēng)空氣濕度等于糧堆平衡濕度時(shí)，通風(fēng)2 d后糧堆平均溫度降至18.4 ℃，其后的時(shí)間內(nèi)糧堆平均溫度保持18.4 ℃不變。因此，濕度差為0%時(shí)，降溫速率高、降溫效果最好。

對(duì)于橫向降溫保水通風(fēng)來(lái)說(shuō)，當(dāng)濕度差為0%時(shí)，通風(fēng)時(shí)間達(dá)到48 h時(shí)，糧堆的平均溫度和水分不再變化，考慮到降溫是主要目的，通風(fēng)時(shí)間不宜超過(guò)3 d，通風(fēng)時(shí)間超過(guò)3 d后則屬于無(wú)效通風(fēng)。而且當(dāng)通風(fēng)空氣濕度大于糧堆初始平衡濕度時(shí)，由于進(jìn)風(fēng)口處糧堆的吸濕作用，若通風(fēng)時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，導(dǎo)致其水分升高，甚至?xí)^(guò)安全水分，反而不利于安全儲(chǔ)糧。實(shí)際通風(fēng)時(shí)，考慮到空氣溫濕度是逐時(shí)變化的，通風(fēng)時(shí)間可以延長(zhǎng)1～2 d。