劉立意，汪雨晴，趙德巖，王旭光，婁 正，柳芳久

農(nóng)戶用機械通風(fēng)鋼網(wǎng)式小麥干燥儲藏倉的氣流場分析

劉立意1，汪雨晴1，趙德巖1，王旭光1，婁 正2，柳芳久3

（1. 東北農(nóng)業(yè)大學(xué)工程學(xué)院，哈爾濱 150030；2. 農(nóng)業(yè)農(nóng)村部規(guī)劃設(shè)計研究院，北京 100125；3. 黑龍江中良倉儲技術(shù)工程有限公司，哈爾濱 150008）

為保障農(nóng)戶收獲后高水分糧食不落地安全儲藏，針對一種倉壁透氣中心帶通風(fēng)立筒的圓形鋼網(wǎng)式農(nóng)戶儲糧干燥倉，應(yīng)用CFD法對收獲后高水分小麥在進行機械通風(fēng)時的氣流場進行仿真分析，將倉內(nèi)小麥堆等效為多孔介質(zhì)，分析靜壓、動壓、流量等空間分布規(guī)律。結(jié)果表明：倉內(nèi)靜壓和動壓值隨半徑（橫向）增加呈指數(shù)衰減；柱面流量隨半徑呈冪函數(shù)衰減；橫截面流量隨高度呈指數(shù)衰減；糧堆區(qū)豎向通風(fēng)均勻度顯著優(yōu)于橫向（徑向）；流量分布為倉底>上糧面>倉壁，倉壁氣流流量只占總流量的24.6%；實倉風(fēng)速測試結(jié)果與仿真分析結(jié)果規(guī)律一致，平均相對誤差為16.35%，表明基于多孔介質(zhì)模型和CFD法分析鋼網(wǎng)式儲糧干燥倉的流場分析具有較好的準(zhǔn)確性，研究結(jié)果為此類鋼網(wǎng)式儲糧倉流場分析和優(yōu)化提供了方法和依據(jù)。

糧食；儲藏；農(nóng)戶儲糧倉；機械通風(fēng)；流場分析；CFD法；多孔介質(zhì)

0 引 言

中國作為糧食生產(chǎn)大國，糧食產(chǎn)后損失仍很嚴(yán)重[1-3]。在中國，每年農(nóng)戶家庭儲糧約占糧食總產(chǎn)的50%左右[4]；由于農(nóng)戶裝具與技術(shù)落后，每年糧食產(chǎn)后總損失（收獲、運輸、干燥和儲藏）達7%～11%[5]；其中干燥和儲藏環(huán)節(jié)的損失占總損失的近60%[6]。“十一五”以來國家大力投入糧食產(chǎn)后減損技術(shù)與裝備的研發(fā)與應(yīng)用，特別是適于農(nóng)村的科學(xué)儲糧技術(shù)和裝備研發(fā)與應(yīng)用，使中國農(nóng)戶儲糧技術(shù)與裝備得到很大的改善。

關(guān)于儲糧通風(fēng)分析，國內(nèi)外學(xué)者有較多研究。陳軍濤等[7]對平房倉橫向通風(fēng)技術(shù)分析，安置于倉房頂部墻壁兩側(cè)且低于裝糧線位置的通風(fēng)道可使氣流從一側(cè)風(fēng)口吸入并橫向穿過糧堆后從另一側(cè)風(fēng)口排出。盧洋等[8]驗證了橫向通風(fēng)和立式通風(fēng)對高大平房倉和小型圓倉內(nèi)溫濕度的影響，立式通風(fēng)更適合小型圓倉。吳曉宇等[9]在高大平房倉底部設(shè)計U型排風(fēng)道，利用軸流風(fēng)機糧食邊入倉邊通風(fēng)換氣，以此降低糧食含水率。袁攀強等[10]對圓形臥式通風(fēng)儲存?zhèn)}小麥干燥進行試驗研究，對干燥過程中小麥水分、溫濕度、真菌孢子數(shù)等指標(biāo)的變化規(guī)律進行試驗分析。仇素平等[11]通過對不同儲糧倉型進行機械通風(fēng)形式的試驗，分析了通風(fēng)特點、經(jīng)濟性和適用性。上述研究均采用試驗方法，通過試驗檢驗倉通風(fēng)設(shè)計的合理性。

另一類研究則從流體基本理論方程出發(fā)通過解析法來分析，徐泳等[12]以流函數(shù)為基本量導(dǎo)出了與布魯克的以壓力為基本量的谷倉通風(fēng)方程（即壓力模型）的流函數(shù)模型，所得結(jié)果和繪出的等壓線與壓力模型完全等價。Sun[13]和Lukasse[14]等通過建立通風(fēng)氣流的模型，預(yù)測了倉內(nèi)溫度和水分的變化。解析法建模難度大，計算工作量大，很難做到精確定量。

隨著軟件的發(fā)展，基于CFD法的仿真分析逐漸被國內(nèi)外學(xué)者應(yīng)用于糧倉通風(fēng)分析與設(shè)計。孫福艷等[15]基于CFD法研究了大型平房倉恒溫恒濕通風(fēng)條件下，糧倉內(nèi)溫度場、壓力場、速度場和水分分布情況。彭威[16]利用CFD法對倉儲糧堆靜態(tài)儲藏過程中的溫度和機械通風(fēng)過程中的壓力的分布和變化進行數(shù)值模擬研究。任廣躍等[17]以倉儲糧堆機械通風(fēng)試驗為基拙，以實倉試驗相關(guān)數(shù)據(jù)為依據(jù)，基于多孔介質(zhì)模型建立了倉儲糧堆機械通風(fēng)過程中內(nèi)部壓力場分布的計算流體動力學(xué)模型。俞曉靜等[18]基于多孔介質(zhì)的傳熱傳質(zhì)理論，建立了橫向通風(fēng)過程中糧堆熱濕傳遞的數(shù)學(xué)模型，著重對橫向送風(fēng)溫濕度不同的工況進行模擬和分析。顧巍[19]采用計算機仿真模擬和模型試驗相結(jié)合的方法設(shè)計了一種環(huán)形回流通風(fēng)地槽。Thorpe[20]構(gòu)建了糧堆中的水分及質(zhì)熱傳遞的數(shù)字模型，利用Fluent軟件分析，并用試驗加以驗證。魯子楓等[21]對圓筒倉儲糧通風(fēng)微環(huán)境進行模擬。Garg等[22]對機械通風(fēng)時雜亂散布在圓筒倉內(nèi)的糧食顆粒使用CFD軟件進行模擬，分析通風(fēng)過程中流場在糧堆內(nèi)部的分布形式。張成等[23]對平房倉糧食通風(fēng)中空氣流速分布問題進行CFD數(shù)值模擬，通過糧堆插管的合理布置，可使糧食內(nèi)部空氣流動速度得到有效改善，給出了插管提升通風(fēng)效果的原理和插管優(yōu)化設(shè)計的方向。潘鈺等[24]和Lukaszuk等[25]等利用CFD數(shù)值模擬，對糧倉阻力進行研究。Cerconse等[26]和Jia等[27]采用數(shù)值模擬的方法，對糧倉內(nèi)的溫度和水分進行研究。

綜上，國內(nèi)外針對糧倉通風(fēng)降水研究較多應(yīng)用CFD數(shù)值模擬方法進行可視化、定量化分析，并用試驗加以驗證；內(nèi)容上以糧倉或糧堆的濕熱傳遞居多，對影響濕熱傳遞的主要因素氣流場的分布較少；研究對象針對的都是糧食倉儲和加工企業(yè)用于儲藏糧食的高大房式倉和淺圓倉，這些倉的結(jié)構(gòu)特點多采用地籠豎向通風(fēng)，倉壁不透氣。

本文針對JSWD-200鋼網(wǎng)式機械通風(fēng)農(nóng)戶儲糧干燥倉，應(yīng)用CFD數(shù)值分析方法對該糧倉機械通風(fēng)干燥時的氣流場進行仿真分析和實倉測試，以期研究結(jié)果為此類鋼網(wǎng)式倉型流場分析和優(yōu)化提供方法和依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 JSWD-200農(nóng)戶儲糧干燥倉

如圖1所示，該倉為鋼骨架拼裝式圓倉，外徑3.8 m，裝糧段高2 m，總高3.28 m。倉體以矩形鋼管、鋼帶作骨架，倉壁和倉底為4 mm×6 mm菱形孔拉制鋼網(wǎng)，貼鋼網(wǎng)內(nèi)壁再敷以密目尼龍紗網(wǎng)，倉頂有遮雨帽，倉壁外圈設(shè)有遮雨拉簾，倉中心設(shè)有直徑1m的鋼網(wǎng)式通風(fēng)立筒，通風(fēng)立筒上部設(shè)有擋風(fēng)門，下端配有風(fēng)機，自然通風(fēng)時，打開擋風(fēng)門，機械通風(fēng)時，關(guān)閉擋風(fēng)門，啟動風(fēng)機，氣流由下部吹入通風(fēng)立筒中，橫向穿過通風(fēng)立筒進入糧層從倉壁、倉底和糧頂面流出，帶走水分，使糧層較快干燥或降溫。該倉為小麥儲藏、干燥、自然通風(fēng)和機械通風(fēng)結(jié)合的多用途倉。

1.遮雨帽 2.遮雨簾 3.支柱 4.倉體 5.倉頂 6.通風(fēng)立筒 7.風(fēng)機

1.2 模型建立及參數(shù)條件確定

基于Gambit構(gòu)建農(nóng)戶糧倉幾何模型，忽略骨架和鋼網(wǎng)等結(jié)構(gòu)件，劃分網(wǎng)格，網(wǎng)格數(shù)30 290個；設(shè)置通風(fēng)立筒底部入口為速度邊界，由實倉測得通風(fēng)立筒入口風(fēng)速為1.35 m/s；設(shè)置倉壁、倉底和上糧面為壓力出口邊界，因出口與大氣相通，設(shè)置壓強為0；通風(fēng)管與糧粒接觸面的邊界設(shè)為內(nèi)部面，擋風(fēng)門設(shè)置為墻面；并劃分糧堆區(qū)域為多孔介質(zhì)。實測入倉小麥含水率平均值為17.0%，溫度為27 ℃。

堆積的糧粒間存在孔隙，氣流在孔隙間流動，故可將其簡化為均勻且各向同性的多孔介質(zhì)（porous zone）[16]，并確定孔隙率、等效直徑，流動類型和黏性阻力系數(shù)與慣性阻力系數(shù)。

1.2.1 孔隙率測定

由公式（1）計算孔隙率[16-17]：

1.2.2 等效直徑測定

式中、、為麥粒3個方向上的平均長度，mm

1.2.3 確定流動類型

流體在管道或孔隙中流動有湍流和層流2種狀態(tài)，在CFD中對應(yīng)不同的計算模型，通?；诶字Z系數(shù)R判定，當(dāng)R<2 000時流動狀態(tài)為層流；R>2 000時流動狀態(tài)為湍流。如式（3）

針對通風(fēng)立筒區(qū)域，入口風(fēng)速為1.35 m/s，管徑=1 m，計算得雷諾數(shù)R= 86 472 >2 000，由此判定通風(fēng)立筒中流場為湍流狀態(tài)，故選用模型分析。

1.2.4 黏性阻力系數(shù)與慣性阻力系數(shù)計算

在多孔介質(zhì)區(qū)，氣流穿過迂曲聯(lián)通的孔隙路徑到達倉壁，會產(chǎn)生較大的壓力損失，包括黏性損失和慣性損失，其損失系數(shù)采用Ergun方程項進行計算

2 結(jié)果與分析

2.1 倉靜壓、動壓和流量場分析

從糧倉底網(wǎng)起向上每間隔0.2 m高建立水平截面，再由半徑0.5 m的通風(fēng)立筒壁面至半徑1.9 m倉壁面每間隔0.2 m建立的同心圓柱面，分析各水平截面和各同心圓柱面上流場變化規(guī)律。

2.1.1 氣流跡線分析

跡線是流體質(zhì)點在空間運動軌跡的表示，倉內(nèi)糧堆是由無數(shù)微小糧粒堆積而成，堆積的糧粒間存在孔隙，對極為微小的空氣分子而言糧粒間孔隙可視為相互連通的一個立體網(wǎng)路，在糧堆中從一點到另一點有巨量路徑聯(lián)通，有長有短。氣流分子的流動總是趨向于壓力梯度大阻力小的路徑。通過跡線圖可直觀清晰地表達流體粒子穿過糧層的路徑，圖2為分析得到的跡線圖。

圖2 農(nóng)戶儲糧干燥倉氣流跡線圖

風(fēng)機將氣流從下向上吹入通風(fēng)立筒，沿途一部分氣流從筒側(cè)壁網(wǎng)橫向穿入糧堆，一部分氣流繼續(xù)向上被筒頂部擋風(fēng)門阻擋，從擋風(fēng)門周邊區(qū)域斜向上穿過上部較薄的糧層吹出，擋風(fēng)門上方凌亂的跡線為少部分氣流形成的湍流區(qū)。因此，擋風(fēng)門高度最好可調(diào)，使通風(fēng)立筒周邊覆蓋足夠厚的糧層，以阻擋氣流過多的泄漏。

在糧倉中層區(qū)域，氣流橫向徑直穿過糧堆排出倉壁；在糧倉上、下層區(qū)域，氣流先橫向穿入糧堆，而后分別逐漸以水平面為基準(zhǔn)偏轉(zhuǎn)向上和下穿過糧層從糧面和倉底網(wǎng)排出，偏轉(zhuǎn)角隨半徑加大逐漸增大。

2.1.2 倉內(nèi)靜壓場分析

圖3所示為倉各水平截面靜壓分布曲線，代表截面高度。

靜壓值沿倉軸線呈對稱分布。

在通風(fēng)立筒內(nèi)（<0.5 m），各水平截面上靜壓值大小相等，約106 Pa，且為系統(tǒng)最大值；接近通風(fēng)立筒壁區(qū)域靜壓值開始下降。

注：h為截面高度，m。下同

=0.5 m的通風(fēng)立筒壁處各水平截面靜壓值相近，約95 Pa，隨半徑增大靜壓值迅速下降，相差迅速加大，在1/3糧層徑向厚度處（約半徑1 m）附近相差最大22 Pa（0.8 m水平截面靜壓最大37 Pa，0.2 m水平截面靜壓最小15 Pa），半徑繼續(xù)增大后，靜壓值逐漸收斂，差值逐漸收斂，至倉壁處（=1.9 m）各截面靜壓值降至零（大氣壓）。即在各水平截面上，從通風(fēng)立筒壁向外隨半徑增大靜壓值和靜壓梯度值均呈非線性下降趨勢。

各水平截面靜壓值與半徑的關(guān)系可用式（6）的指數(shù)函數(shù)形式表達，如表1所示。

式中為系數(shù)，為半徑，m。為靜壓值，Pa。

表1 靜壓值與半徑關(guān)系函數(shù)系數(shù)及擬合度

2.1.3 倉內(nèi)動壓場分析

動壓是流體流速大小的度量，倉內(nèi)氣流流速分布如圖4所示，從圖中分析可得：水平各截面上軸線附近氣流流速最大，在<0.5m的通風(fēng)立筒內(nèi)，隨半徑加大流速下降，至半徑0.5 m的通風(fēng)立筒壁附近，流速曲線出現(xiàn)拐點，從通風(fēng)立筒壁至倉壁的糧層區(qū)域各水平截面流速值隨半徑呈緩慢下降趨勢。豎直方向上，在通風(fēng)立筒內(nèi)，各水平截面流速值差異大，=0的底部截面流速最大，隨截面高度增加流速迅速下降，在=1.6 m截面上流速值約為0.3 m/s，上下差值達1 m/s，這是由于氣流向上流動時不斷從通風(fēng)立筒側(cè)壁橫向流出，筒上層氣流流量逐漸下降，從而流速逐漸降低，在1.8和2.0 m截面處由于擋風(fēng)門存在，流速接近0。

圖5為=0.7 m的通風(fēng)立筒壁面至1.9 m倉壁，各同心圓柱面上的氣流流速隨高度分布的曲線，分析可得：各柱面上、中、下流速不一致；在=0.7 、0.9 m柱面上流速分布特征是中間偏小，上下偏大，呈C形；分析原因是此區(qū)域有較多氣流就近從上下表面溢出，因此建議在上糧面和倉底網(wǎng)遮蓋0.5～0.9 m半徑的環(huán)形擋流板；而在=1.1～1.9 m柱面上流速分布剛好相反中間大，上下小，呈反C形；說明在靠倉外圈上下端附近的流速小，原因是氣流到倉四角的距離最長，壓力損失大，速度小，流量小，存在通風(fēng)死角；不過倉外圈會受外界自然風(fēng)作用，可彌補正壓機械通風(fēng)的不足。

圖4 農(nóng)戶儲糧干燥倉內(nèi)各截面氣流流速隨半徑分布曲線

注：r為半徑，m。

各水平截面動壓值（Pa）與半徑的關(guān)系可用式（7）的指數(shù)函數(shù)形式表達，如表2所示。

表2 動壓值與半徑關(guān)系函數(shù)系數(shù)及擬合度

2.1.4 倉內(nèi)流量場分析

流量及分布均勻性是反映糧倉通風(fēng)性能的關(guān)鍵指標(biāo)。

1）各圓柱截面流量分析

各柱面通過的氣流流量數(shù)值如表3。

表3 各圓柱面流量分析表

注：0.5 m處柱面高為1.8 m

Note: the cylindrical height at 0.5 m is 1.8 m

表3表明，各柱面總流量和單位面積流量均隨半徑增加非線性減小，半徑0.5 m處的通風(fēng)立筒壁面有最大流量1.054 m3/s，倉壁流量最小，為0.259 m3/s，差值達0.795 m3/s。

采用中心內(nèi)筒正壓吹入式通風(fēng)的圓倉，隨半徑增加單位通風(fēng)量按冪函數(shù)規(guī)律降低，其干燥降水性能內(nèi)外不同。其單位面積流量的均勻性可由公式（10）[29]評價

計算得=0.046，值近于零，說明流量均勻度差，不利于干燥降水的均勻性。

2）橫截面流量分析

糧堆中氣流沿半徑橫向流動時還有部分向上、下方分流，各橫截面總流量和單位面積流量分析如表4：各截面總流量和單位面積流量均隨高度增加而非線性減小，底網(wǎng)處有最大流量0.474 m3/s，糧層上表面流量最小，為0.32 m3/s，內(nèi)外差值0.154 m3/s。

再由公式（10）計算得=0.866

因此，圓倉氣流的縱向（高度）均勻性比橫向（徑向）好很多。

表4 各橫截面流量分析表

3）各出口面流量比

根據(jù)流體力學(xué)流體進出流量相等原理，有

表5 各出口面流量比值

分析表5，倉底網(wǎng)流出流量最大，其次為上糧面，而倉壁流出流量只占總流量的24.6%，也就是說該倉型有3/4的流量是從上下面流出，這會導(dǎo)致中層流量偏小，中層降水和降溫能力不足。

2.2 實倉風(fēng)速測試

測量裝置：沈陽加野科學(xué)儀器有限公司的加野KANOMAX熱式風(fēng)速儀KA31，分辨率0.01m/s；自制底徑275 mm，頂徑25 mm，變比為121∶1的表觀風(fēng)速測定器。

測試方法：用風(fēng)速儀直接測通風(fēng)立筒入口截面中心、半徑0.2 、0.4 m處風(fēng)速，得入口平均風(fēng)速值為1.35 m/s，用表觀風(fēng)速測定器配合風(fēng)速儀測定上糧面、倉壁面和倉底網(wǎng)風(fēng)速分布，上糧面測點半徑分別為0.9、1.2、1.7 m；倉壁測東、西、南、北4個方向，測點高度分別為1.75、1.25、0.75、0.25 m；倉底網(wǎng)測量西南、西、南3個方向，測點半徑分別為1.2、1.7 m。結(jié)果如表6、7和8。表中實測均值為風(fēng)速儀示值經(jīng)121∶1變比換算后的實際風(fēng)速值的均值，差值為仿真值與實測均值之差。

由上表6~8可看出，風(fēng)速實測值與仿真值相近，各測點仿真值略小于實測值，存在一定系統(tǒng)誤差，最大差值為-0.005 9 m/s，平均相對誤差為16.35%；實測風(fēng)速在倉壁面中部大，上下部位略?。簧霞Z面和倉底網(wǎng)實測風(fēng)速隨半徑增大遞減與仿真結(jié)果的分布規(guī)律相同；按公式（10）計算實測風(fēng)速沿倉壁面豎向均勻度為0.946，沿上糧面橫向（徑向）均勻度為0.422，沿倉底網(wǎng)橫向（徑向）均勻度為0.594，實測風(fēng)速值進一步驗證了糧倉豎向通風(fēng)均勻度優(yōu)于橫向（徑向）的仿真分析結(jié)果。

表6 上糧面風(fēng)速實測值與仿真值

表7 倉壁風(fēng)速實測值與仿真值

表8 倉底網(wǎng)風(fēng)速實測值與仿真值

3 討 論

在結(jié)構(gòu)上，該倉特點是外壁透氣，中心有立式通風(fēng)網(wǎng)筒，氣流橫向（徑向）穿入糧層；論文基于多孔介質(zhì)模型和CFD方法，給出了氣流場靜壓、動壓、流量隨半徑及高度的分布曲線，得到了流場分布的函數(shù)規(guī)律為靜壓和動壓值隨半徑（橫向）增加呈指數(shù)衰減，柱面流量隨半徑增加呈冪函數(shù)規(guī)律（指數(shù)<0）衰減；橫截面流量隨高度增加呈指數(shù)規(guī)律衰減的流場變化規(guī)律。論文還從縱橫（徑）向分析了氣流場的均勻性。

針對糧倉通風(fēng)分析，國內(nèi)外已有研究較多在倉壁不透氣的高大平房倉和淺圓倉型，其結(jié)果與本文有異同。文獻[13]對高大型平房倉（矩形倉、倉壁不透氣、地籠垂直通風(fēng)方式）通風(fēng)期間糧堆內(nèi)部流場模擬研究；發(fā)現(xiàn)風(fēng)速底層最小，二層最大，而后各層逐漸遞減的趨勢；其中底層和二層風(fēng)速呈正弦變化，其規(guī)律與本文不同，這正是由于倉型結(jié)構(gòu)和通風(fēng)管網(wǎng)布置不同所致；底下二層流速正弦規(guī)律應(yīng)是間隔布置的通風(fēng)地籠間氣流耦合所致；文獻未對速度或壓力變化的數(shù)值關(guān)系以及流場均勻性進一步探究。

文獻[11]對外壁透氣圓形臥式通風(fēng)儲存?zhèn)}（直徑3 m，長3 m，中部設(shè)有直徑300 mm通風(fēng)管）進行小麥干燥試驗研究。該倉結(jié)構(gòu)和尺寸與本論文相近，但臥式放置；對干燥過程中小麥水分、溫濕度、真菌孢子數(shù)等指標(biāo)的變化規(guī)律進行了試驗分析，文獻為純試驗研究，該文未進行氣流場研究。

文獻[28]以1 m ×1 m ×0.5 m通風(fēng)性能試驗裝置對小麥糧堆橫向和豎向通風(fēng)性能參數(shù)進行試驗研究，得到小麥堆豎向通風(fēng)條件下的均勻性好于橫向通風(fēng)，這與本文分析結(jié)果一致。

此外，文獻[10]和文獻[28]提出反向通風(fēng)能有效降提高通風(fēng)效果，本文也進一步提出間歇式換向通風(fēng)以改進通風(fēng)效果的方法還有待進一步研究。

4 結(jié) 論

針對側(cè)壁透氣中心帶通風(fēng)立筒的圓形鋼網(wǎng)式農(nóng)戶儲糧干燥倉，采用正壓吹入式機械通風(fēng)并對其仿真分析與實倉測試，結(jié)果表明：

1）在倉糧堆區(qū)，靜壓、動壓和流量均隨谷層半徑增加呈下降趨勢；其中靜壓和動壓隨半徑增加呈e指數(shù)遞減；柱面總流量和單位面積流量隨半徑呈冪函數(shù)遞減；橫截面總流量和單位面積流量隨糧層高度呈指數(shù)規(guī)律下降。

2）倉糧堆區(qū)豎向（縱向）通風(fēng)均勻度顯著優(yōu)于橫向（徑向）；在通風(fēng)立筒壁至半徑0.9 m柱面區(qū)間，上下糧層區(qū)流速偏大；建議在上糧面和倉底網(wǎng)上遮蓋0.5～0.9 m半徑的環(huán)形擋流板，以改善徑向均勻性。

3）倉底網(wǎng)氣流流量最大，其次為上糧面，而倉壁流量最小只占總流量的24.6%，也就是說該倉型只有1/4流量從倉壁排出，而有3/4的流量是從上下層面流出，倉壁排風(fēng)量偏低。

4）正壓吹入通風(fēng)時氣流由內(nèi)圈向外圈流動，內(nèi)圈單位流量大于外圈，這是由該倉結(jié)構(gòu)特點所致，建議采用正壓吹入和負壓吸出結(jié)合的間隔換向通風(fēng)方式，以補償圓倉內(nèi)外圈風(fēng)量不均問題。

5）基于CFD方法和多孔介質(zhì)模型應(yīng)用于糧倉的流場仿真具有較好的準(zhǔn)確性，實倉風(fēng)速測試結(jié)果與仿真分析結(jié)果規(guī)律一致，平均相對誤差為16.35%。

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Analyzing airflow in dry grain storage silo with ventilation using CFD

Liu Liyi1, Wang Yuqing1, Zhao Deyan1, Wang Xuguang1, Lou Zheng2, Liu Fangjiu3

(1.150030,;2.,,100125,; 3..,.,150008,)

In order to ensure safe storage of highly moist grain after harvest and alleviate grain loss, we took a dry circular steel grain storage silo with a vertical ventilation tube in its center as an example and simulated airflow in the silo filled with highly moist wheat grain after harvest, using CFD. The effect of the wheat grain on airflow was approximated by a porous medium model, and the static and dynamic pressure in the silo was analyzed. The results showed that the static and dynamic pressure and the flow rate decrease exponentially with distance from the ventilation tube. Horizontally, the radial flow rate and the flow velocity (flow rate through per unit areas) both decreased with the distance from the ventilation tube in a power law. Vertically, both the flow rate and velocity decreased exponentially with the height of the grain. The ventilation in the grain stack area was more uniform in the vertical (longitudinal) direction than in the transverse (radial) direction, and the air velocity in the upper and lower part of the grain in the silo was higher than that in region from the vertical ventilation wall to 0.9m away from the central ventilation tube. It was found that the annular baffle with radius of 0.5 m and 0.9m could cover the upper surface and bottom of the silo respectively to improve uniformity of the ventilation. The airflow in the bottom of the silo was highest, followed by the upper surface. The minimum flow rate in the silo wall was only 24.6%, meaning that 1/4 of the flow was discharged from the silo wall and 3/4 was from the upper and low sides. The volume of the exhaust of the silo wall was on the low side. Wind speed test results were consistent with the simulations, with an average relative error of 16.35%. When pressurized air was flow into the ventilation, air flowed radially and the air velocity in the central silo was higher than that in region proximal to the silo wall. It was suggested that periodically ventilating the silo by blowing pressurized air followed by suction with vacuumed air can improved evenness of the air in the silo. The wind speed measurements in the silo were in good agreement with the simulations, proving that combing CFD with the porous media model was accurate to simulate airflow in the silo. The simulation results provide guidance for improving and optimizing silo management.

grain; storage; farmer’s grain storage; mechanical ventilation; flow field analysis; CFD method; porous media

劉立意，汪雨晴，趙德巖，王旭光，婁 正，柳芳久.農(nóng)戶用機械通風(fēng)鋼網(wǎng)式小麥干燥儲藏倉的氣流場分析[J]. 農(nóng)業(yè)工程學(xué)報，2020，36(2)：312－319. doi：10.11975/j.issn.1002-6819.2020.02.036 http://www.tcsae.org

Liu Liyi, Wang Yuqing, Zhao Deyan,Wang Xuguang, Lou Zheng, Liu Fangjiu. Analyzing airflow in dry grain storage silo with ventilation using CFD[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering (Transactions of the CSAE), 2020, 36(2): 312－319. (in Chinese with English abstract) doi：10.11975/j.issn.1002-6819.2020.02.036 http://www.tcsae.org

2019-07-01

2019-12-03

公益性行業(yè)（農(nóng)業(yè)）科研專項（201003077）；國家重點研發(fā)計劃子課題（2017YFD0401405-02）

劉立意，研究員級高級工程師，研究方向：農(nóng)業(yè)工程測控技術(shù)。Email：lyliu2468@sina.com

10.11975/j.issn.1002-6819.2020.02.036

S229+.3

A

1002-6819(2020)-02-0312-08