垂直和横向通风过程中粮堆内热湿耦合前沿规律的分析研究

摘要

粮食问题是世界性问题，改革开放以来我国成功地解决了十几亿人口的吃饭问题，取得了举世瞩目的成就。在新的形势下粮食安全面临新的挑战，特别是进入21世纪以来我国粮食产量实现“十二连增”，做好安全储粮工作、保持粮食的品质、降低粮食损失意义重大。粮食的温度和水分是保持粮食品质的重要指标，粮堆通风是保持和调整粮食储存品质的常规手段。研究通风过程中粮堆内热湿耦合前沿规律，可以分析粮堆内温度和水分前沿的迁移变化，同时通过对前沿问题的分析研究预测合理的通风时间、有效降低储粮成本，从而实现经济安全储粮。
　　本文以储粮通风理论和多孔介质传热传质原理为理论基础，通过CFD数值模拟的方法，结合一定的现场测试对垂直和横向通风两种通风方式下粮堆内温度和水分的前沿变化规律进行了数值模拟研究。主要研究工作如下:
　　首先，结合储粮通风理论和数值模拟理论基础，对通风过程中仓内的传热传质机理进行分析，掌握通风过程中空气温度和湿度对粮食内温度和水分的影响，对热湿耦合的过程进行研究。
　　其次，基于局部热平衡和多孔介质传热传质理论，结合质量守恒、动量守恒和能量守恒定律，建立能够准确描述垂直和横向通风过程中粮堆内部空气流动、水分迁移、温度变化的数学模型，在数学模型源项中体现通风过程中的热湿耦合问题，分析通风过程中温度锋面和水分锋面的移动规律，建立相应的数学模型。
　　最后，对国家某高大平房式仓进行横向通风的试验测试，记录平房仓、通风笼尺寸，布置测点并使用粮情监测系统，记录粮堆内温度随时间的变化，对此次测试进行数值模拟分析，针对局地地区的气候特点，选取三种典型的通风工况，对不同通风方式不同通风条件下的通风过程进行数值模拟分析。
　　研究结果表明，试验测试与数值模拟过程中温度变化和水分变化相近，说明数值模拟中建立的数学模型是准确的;相同通风工况相同通风方式下其温度前沿的移动速度要快于水分前沿的移动速度;相同通风工况不同通风方式其降温降水效果相差不大但横向通风的前沿移动速度要快于垂直通风的移动速度;不同的通风工况其通风量与前沿的速度成正比且温度和水分的分布具有一定的分层现象，通风量越小，分层越明显。
　　温度和水分的前沿移动规律可建立数学模型，通过建立前沿的数学模型为粮食通风预测通风时间、合理控制成本提供依据。本文得到垂直通风和横向通风的前沿推进公式分别为φx=0.14· v-1.58(x/L)1.6和φx=0.121·v-1.722(x/L）1.1
　　本论文研究成果对于提高粮食储藏的品质和安全性，提高粮食企业的经济效益、保证国家粮食战略的可持续发展具有重要的理论意义和指导意义。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 研究背景及意义

1．2 储粮通风热湿传递国内外研究现状

1．3 研究主要内容及方法

第二章 通风过程中粮堆内部热湿迁移数学模型建立及数值模拟方法

2．1 储粮机械通风过程中粮堆内部的流动

2．2 储粮机械通风过程中粮堆内部的热湿迁移

2．3 储粮机械通风过程中数学模型的建立

2．4 储粮机械通风过程中粮堆内部流动、热湿锋面迁移模型的建立

2．5 储粮机械通风过程中粮堆内部流动、热湿锋面迁移数值模拟方法

2．6 本章小结

第三章 物理模型建立及通风条件设置

3．1 物理模型及通风工况选择

3．2 储粮通风热物性参数及边界条件

3．3 本章小结

第四章 横向谷冷通风试验及数值模拟验证

4．1 负压横向谷冷通风试验

4．2 试验的仿真过程及模型验证

4．3 本章小结

第五章 储粮通风过程中粮堆内空气流动、热湿耦合传递及热湿锋面迁移规律的数值模拟和分析

5．1 横向通风粮堆内空气流动、热湿耦合传递及热湿锋面迁移规律数值模拟结果与分析

5．2 垂直通风粮堆内空气流动、热湿耦合传递及热湿锋面迁移规律数值模拟结果与分析

5．3 本章小结

第六章 结论与展望

6．1 研究结论

6．2 建议

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间论文发表及科研情况