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小麦粮堆多场耦合模型及结露预测研究

尹君  
【摘要】:确保储粮安全至关重要。粮食作为生命体,在储藏过程中,储粮生态系统的影响因素多,而研究单一因素已无法精确描述粮堆状态的变化过程,其中结露是威胁安全储粮的重要因素。温度、湿度、微气流和粮食平衡水分是结露的重要影响因素;因此为了揭示粮堆的结露机理,通过构建模型准确预测粮堆的温度场、湿度场、微气流场等多场耦合对储粮状态变化的影响,以便制定有效的调控措施、实现储粮安全。 本课题采用多场耦合理论并构建了小麦粮堆温度场、湿度场、微气流场等多场耦合数学模型,以模拟预测粮堆结露变化过程。 1.运用多场耦合理论方法模拟小麦粮堆结露变化过程,设计并搭建了微型粮堆微气流观测实验装置和1m3小型粮堆结露模拟实验平台;开展了小麦微气流流速测试实验和小麦粮堆结露模拟等相关实验研究,为构建多场耦合数学模型提供数据支撑。 2.将小麦粮堆视为含湿性非饱和多孔介质,进行了小麦当量直径、孔隙率、比表面积、渗透率、导热系数和比热容等物理参数的测试,明确了粮堆中水分传输途径和掌握了粮堆热、湿传输机理的基础上,引入热浮升力项,并结合WU模型,构建了小麦粮堆温度场、湿度场、微气流场等多场耦合数学模型。 3.运用构建的多场耦合数学模型模拟一定温差下小麦粮堆结露变化过程。数值模拟结果、多物理场耦合重现结果与实验实测结果在模拟小麦粮堆结露发生的位置和时间方面具有一致性。 4.利用构建的数学模型模拟、预测华北地区天津东丽直属粮库实仓小麦粮堆储藏状态。经过模拟结果、多场耦合重现结果与实仓测试结果相互验证,表明多场耦合数学模型可预测分析小麦粮堆结露发生的位置与时间。 通过本课题的研究表明:采用多场耦合理论可预测、分析储粮安全性;已构建的小麦粮堆多场耦合数学模型可预测粮堆结露发生的位置和时间;也为深入研究生物场对储粮生态系统的影响而奠定基础。


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