大豆粮堆横向和竖向通风性能参数的对比研究

张来林,郑凤祥,钱立鹏,郑 颂,方江坤

(1.河南工业大学粮油食品学院,河南 郑州 450001； 2.福建省储备粮管理有限公司，福建 福州 350001； 3.中粮贸易有限公司，北京 100005； 4.福建省储备粮管理有限公司漳州直属库，福建 漳州 363000)



大豆粮堆横向和竖向通风性能参数的对比研究

张来林1,郑凤祥2,钱立鹏3,郑 颂4,方江坤4

(1.河南工业大学粮油食品学院,河南 郑州 450001； 2.福建省储备粮管理有限公司，福建 福州 350001； 3.中粮贸易有限公司，北京 100005； 4.福建省储备粮管理有限公司漳州直属库，福建 漳州 363000)

为了正确评价平房仓横向通风的性能及应用效果，借助通风模拟装置，通过变频器调整风机的风速，测定大豆粮堆在不同通风、送风方式下的静压值，结果表明：大豆粮堆的单位粮层阻力使用二次函数拟合最为精确，幂函数次之；当通风方式(横向或竖向)一致时，吸出式通风的单位粮层阻力大于压入式；当送风方式(吸出或压入)一致时，横向通风和竖向通风的单位粮层阻力相近，由此可知大豆粮堆通风具有各向同性的特性。大豆粮堆的通风均匀度与粮面表观风速和粮层厚度呈现正相关，竖向通风的均匀性与横向通风差异不明显。

大豆;平房仓；机械通风;横向通风;粮堆静压

随着科技发展，对粮库机械化水平的要求越来越高，尤其是近年来人工费用急剧上涨，在平房仓内地坪上铺设的地上笼风道加剧了进出粮的难度，成为粮库亟待解决的难题[1]。国内相关单位提出平房仓“横向通风”模式[2]，即将风道固定在仓房两侧檐墙的内壁上，代替以往在平房仓地坪上铺设的地上笼风道，以提高粮库进出粮的机械化程度。然而，横向通风与竖向通风属于两种不同的通风方式，粮堆内的温度、水分、气流方向和粮层厚度等参数变化，都会对粮堆的通风效果造成影响。因此，如何正确评价横向通风的性能及应用效果，也成为目前粮食仓储业高度关注的问题。

本研究在粮堆不变的前提下，利用粮堆通风模拟装置，通过通风箱接口位置的改换，实现横向通风与竖向通风的转换，从而开展对粮库通风方式、送风方式的研究，期望对相关行业的生产应用有所帮助。

1 实验材料与仪器

1.1 小型通风模拟装置

粮堆通风模拟装置[3]的主箱体尺寸：长×高×宽=100 cm×100 cm×50 cm，箱体结构见图1、图2，装粮体积V=0.5 m3。

图1 横向通风示意图 1.横向通风箱;2.左侧筛孔板;3.下方钢制盖板; 4.上方钢制盖板;5.右侧筛孔板

图2 竖向通风示意图 6.竖向通风箱;7.下方筛孔板;8.右侧钢制盖板;9.左侧钢制盖板

通风装置结构的设计关键：在保持粮堆不动的前提下，通过调整通风箱与箱体连接位置、通风箱与风机进/出风口的连接方式，可实现横向、竖向通风方式和吸出、压入送风方式的转换，从而在相同条件下测定分析横向通风与竖向通风的性能参数。

1.2 试验材料

试验材料采用当地采购的大豆，大豆的品质指标为：体积质量708.5 g/L，水分14.0%，杂质0.1%。将混合均匀的大豆装入通风装置主箱体内，通过人工轻轻敲打箱体和采取竖向小风量吸出式通风，加速粮食的沉降，稳定粮堆状况，避免后续通风时因粮食沉降造成横向通风的短路。入粮完毕后,大豆总质量为380.7 kg。

1.3 试验仪器

YJB-1500型补偿式微压计,CDTY89型多管通风机,L1000-0075G型高性能矢量变频器,TES-1340型热线式风速仪。

2 试验方法

将风机、连接管、变频器、通风接口与通风装置等连接好，主箱体内装大豆，利用变频器调节风机风速，用补偿式微压计和静压管检测粮堆内的静压值。

2.1 静压值测点布置

横向通风测点布置：在通风装置垂直面上设7个测点，水平面上分5层，测点位置与尺寸如图3所示。

竖向通风测点布置：在通风装置水平面上设7个测点、垂直面上分5层布置，测点位置与尺寸同横向通风，但检测面旋转90°，见图4。

图3 横向通风时静压测点布置图

图4 垂直通风时静压测点布置图

2.2 粮面表观风速计算方法

按分环法确定测点，用热线式风速仪测定风机出口截面的风速，按公式(1)计算出粮面表观风速。

v表=v出·S1/S2，

(1)

式中，v表为粮面表观风速，m/s；v出为风机出口截面的平均风速，m/s；S1为风机出口截面的面积，m2；S2为粮堆的表层面积，m2。

2.3 单位粮层阻力计算方法

在通风过程中，气流穿过每米粮层的压力损失为单位粮层阻力[1]，计算方法见公式(2)。

(2)

式中，Z为单位粮层阻力，Pa/m；P5为粮层5静压值，Pa；P1为粮层1静压值，Pa；L为粮层5和粮层1之间的距离，m。

2.4 机械通风均匀度计算方法

静压分布是判断和分析粮堆通风均匀度的一种方法。根据粮层中静压值的平均值和标准差，通过公式(3)可计算出该粮层的通风均匀度[4]。

(3)

3 结果与分析

3.1 大豆单位粮层阻力分析

由表1可知，根据不同通风条件下大豆粮堆内的静压值，利用公式可计算得出不同通风方式、送风方式、粮面表观风速条件下的单位粮层阻力，使用SPSS软件对单位粮层阻力线性、二次、幂、指数等4种函数进行拟合，结果见表2。

表1 机械通风大豆单位粮层阻力的测定

表2 大豆单位粮层阻力变化曲线的拟合系数及统计参数

从表2可以看出，大豆粮堆在横向与竖向、吸出与压入的4种组合通风方式下，二次函数和幂函数的R2大于线性函数和指数函数的R2，4种拟合函数RSS(残差平方和)从小到大依次为：二次、幂函数、线性、指数，说明二次函数对单位粮层阻力的拟合度最优，幂函数次之。在4种通风方式下，由于二次项函数对4种通风方式下的单位粮层阻力拟合更为精确，本研究使用二次函数模型对大豆单位粮层阻力进行描述，拟合曲线见图5。

图5 不同通风条件下，大豆单位粮层阻力拟合曲线

从图5可以看出，大豆在不同通风(横向与竖向)方式下，吸出式通风的单位粮层阻力拟合曲线基本重合，压入式通风的拟合曲线也非常接近，说明通风方式对大豆的单位粮层阻力影响不大，吸出式通风的单位粮层阻力大于压入式通风。

大豆粮堆单位粮层阻力方差、回归分析见表3、表4。通风方式的P=0.699>0.05，说明通风方式对单位粮层阻力影响不显著。在α=0.01水平下，查F分布表可知，F0.01(3,16)=5.29。由表3可知，试验中F=96.921>F0.01(3,16)=5.29，表明大豆粮堆在通风过程中，因变量单位粮层阻力P(Pa)与自变量送风方式A、粮面表观风速B(m/s)之间存在显著的线性关系。由表4可知，回归处理后所得线性回归方程为P=67.078A+683.448B-73.463(调整R2=0.938)。自变量标准系数分别为：βA=0.597，βB=1.058，表明单位粮层阻力与粮面表观风速呈正相关，吸出式通风的单位粮层阻力大于压入式；比较自变量标准系数绝对值可得|βB|>|βA|，表明在试验所设置条件下，各因素对大豆粮堆单位粮层阻力影响程度为：粮面表层风速大于送风方式。这可能是由于大豆粒形近似于椭球体，无论是横向还是竖向通风，气流穿过粮堆与大豆颗粒接触面积大致相等，故气流所受阻力基本相同，这表明大豆粮堆具有各向同性的特点。这也验证了Khatchatourian和Toniazzo[5]关于物料形状与粮堆的各向异性关系密切；当通风方式变化时，形状越接近球形(豆类)的物料，对气流阻力的影响越小，反之影响就越大的结论。

表3 大豆单位粮层阻力方差分析表

表4 大豆单位粮层阻力回归分析表

3.2 大豆粮堆通风均匀度分析

由图6可知，在不同通风条件下，大豆粮堆的通风均匀度均在90%以上，随着变频器频率和粮层厚度的逐渐加大，4种通风方式下的均匀度逐渐增大。在竖向与横向的通风条件下，大豆粮堆内通风均匀度整体上一致。这可能是大豆颗粒各向同性的特点，决定了通风时无论气流从何种方向通过粮堆，粮粒堆放状况对气流的影响基本一致。

图6 不同通风条件下,大豆粮堆内通风均匀度变化

大豆粮堆通风均匀度方差、回归分析见表5、表6。由表5可知，因变量通风均匀度J与自变量送风方式A、粮面表观风速B(m/s)、粮层厚度C(m)之间存在显著的线性关系。通风方式对通风均匀度影响不显著。由表6可知，回归处理后所得线性回归方程为J=0.004A+0.042B+0.031C+0.957(R2=0.556)。自变量标准系数分别为：βA=0.16，βB=0.307，βC=0.685，表明大豆的通风均匀性与粮面表观风速和粮层厚度呈正相关，吸出式通风下的均匀性大于压入式；比较自变量标准系数绝对值可得|βC|>|βB|>|βA|，表明试验条件下，各因素对大豆通风均匀性影响程度从大到小依次为：粮层厚度、粮面表层风速、送风方式。

表5 大豆通风均匀度方差分析表

表6 大豆通风均匀度回归分析表

4 结论

当粮食堆放状态和试验条件相同时，大豆粮堆的单位粮层阻力使用二次函数拟合最为精确，幂函数次之；当通风方式(横向与竖向)一致时，吸出式通风方式下的单位粮层阻力大于压入式；当送风方式(吸出与压入)一致时，横向通风和竖向通风的单位粮层阻力相近，说明大豆粮堆通风具有各向同性的特性。大豆粮堆的通风均匀度与粮面表观风速和粮层厚度呈正相关，竖向与横向通风的均匀度差异不明显。

[1] 张来林.储粮机械通风技术[M].郑州:郑州大学出版社,2014:129-131.

[2] 曹 阳,魏 雷,赵小津,等.粮仓横向通风方法及其系统:200910085093[P].2009-11-04.

[3] 张来林,陶金亚,陈 朝,等.粮堆通风性能参数检测装置:201420643851.3[P].2015-02-18.

[4] 赵思孟.评价储粮机械通风均匀性的方法[J].粮食流通技术,2001(3):14-16.

[5] KHATCHATOURIAN O A,TONIAZZO N A,GORTYSHOV Y F.Simulation of airflow in grain bulks under anisotropic conditions[J].Biosystems Engineering,2009,104(2):205-215.

(责任编辑：俞兰苓)

Comparative study on the performance parameters of transverse and vertical ventilation in soybean heap

ZHANG Lai-lin1,ZHENG Feng-xiang2,QIAN Li-peng3,ZHENG Song4,FANG Jiang-kun4

(1.School of Food Science and Technology, Henan University of Technology,Zhengzhou 450001,China; 2.Fujian Grain Reserve Management Co. Ltd., Fuzhou 350001,China; 3.COFCO Trading Co. Ltd., Beijing 10005,China; 4. Zhangzhou Depot, Fujian Grain Reserve Management Co. Ltd.,Zhangzhou 363000,China)

In order to correctly evaluate the performance and application effect of horizontal ventilation in grain storehouse,with the help of simulated ventilation device,through the frequency converter to adjust the wind speed, we can mensurate the static pressure value of soybean heap under four different ventilation modes (transverse and vertical, positive pressure and negative pressure). The result showed that the resistance of unit grain layer can be described by quadratic function and power function, quadratic function was more precise. When the direction of ventilation (transverse ventilation and vertical ventilation) were the same, the unit grain layer resistance of negative pressure ventilation was greater than that of positive pressure ventilation in the soybean heap. When the type of ventilation (positive pressure and negative pressure) were the same, the unit grain layer resistance of transverse ventilation and vertical ventilation were similar. The heap of soybean was not anisotropic. Ventilation uniformity of soybean heap was positively correlated with the frequency and grain depth. The uniformity of transverse ventilation and vertical ventilation had no significant difference.

soybean;grain storehouse;mechanical ventilation;transverse ventilation;static pressure value

2016-08-13；

2016-12-25

张来林(1955-)，男，教授，研究方向为粮油储藏技术与仓储工艺设计。

10.7633/j.issn.1003-6202.2017.01.003

S565.1;S379.2

A

1003-6202(2017)01-0010-05