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冷却干燥通风过程中粮堆内热湿耦合传递规律的研究

段海峰  
【摘要】: 我国是世界上人口数量最多的国家,同时也是一个农业大国,粮食的数量、质量与安全直接关系到国民经济的发展和社会稳定的大局。统计资料显示,我国每年粮食总产量都高达5亿多吨,但是,只有80%的粮食能够被充分利用,另外20%的粮食由于储存不当而在储存过程中损失。研究发现,造成粮食在储存过程中损失的主要因素就是温度和水分。因此,对粮仓内粮堆进行冷却干燥通风,适当地控制粮堆的温度和水分,可以实现粮食的安全储藏。 本文在前人研究机械通风储粮理论和技术的基础上,基于多孔介质传热传质理论和计算流体动力学(Computational Fluid Dynamics,简称CFD)的理论基础,采用CFD数值模拟和实验验证相结合的方法,以某国家粮食储备库的圆筒仓和高大平房仓粮食冷却干燥通风为实例,对冷却干燥通风过程中粮仓内粮堆温度和水分的变化规律进行数值模拟研究,其主要研究内容如下: 首先,分析了前人在机械通风储粮方面所做的研究成果以及国内外在该领域的研究进展情况;介绍了机械通风储粮理论、多孔介质传热传质理论和CFD数值模拟理论基础。 其次,基于多孔介质传热传质的理论,依据局部热质平衡的原理,采用单元平均的方法,建立了一种冷却干燥通风过程中粮堆内热湿耦合传递的数学模型。 最后,以某国家粮食储备库的圆筒仓和高大平房仓粮食冷却干燥通风为实例,建立二维物理模型和三维物理模型,借助数值模拟的方法,对冷却干燥通风过程中粮仓内粮堆温度和水分的变化进行了模拟研究,得到了冷却干燥通风过程中粮堆内部热量传递和水分迁移的基本规律。研究结果表明:通过与理论分析结果和实验结果比较验证,模拟结果和实际机械通风过程中粮仓内粮堆温度和水分变化规律相吻合,证明本文提出的数学模型是准确的;冷却干燥通风具有良好的降温和降水效果;在冷却干燥通风过程中,降温和降水是同时存在的,而且冷却前沿的移动速度大大快于干燥前沿,在通风过程中往往表现为干燥过程尚在进行,冷却过程却已经结束;冷却干燥通风过程中,粮堆温度和水分分布具有分层的现象;随着计算流体动力学(CFD)的发展,计算机流动模拟技术被引进到机械通风这个传统领域,从而为分析现有机械通风设计的有效性和今后的通风系统的优化工作提供了可靠直观且全面的研究工具。


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