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儲糧生態系統多場耦合傳遞過程數值模擬 版權信息
- ISBN：9787030705143
- 條形碼：9787030705143 ; 978-7-03-070514-3
- 裝幀：一般膠版紙
- 冊數：暫無
- 重量：暫無
- 所屬分類：>>
儲糧生態系統多場耦合傳遞過程數值模擬 內容簡介
儲糧生態系統多場耦合傳遞過程數值模擬是研究儲糧生態系統熱濕傳遞、蟲霉演替規律及儲糧狀態調控的新方法。本書闡述了儲糧生態系統中物理與生物因子耦合機理和倉儲糧堆熱濕傳遞的數值模擬方法，介紹了儲糧通風工藝的數值仿真優化結果。本書共9章。～4章介紹了儲糧生態系統的糧食儲藏原理、多場耦合傳遞機理及數學模型、數值模擬原理和方法。第5章和第6章闡述了局地氣候條件下倉儲糧堆內部空氣自然對流、熱濕耦合傳遞以及蟲霉發展規律的數值模擬方法和研究成果。第7～9章論述了機械通風時倉儲糧堆內部溫度、水分變化規律及通風工藝的數值優化結果。
儲糧生態系統多場耦合傳遞過程數值模擬 目錄
目錄
前言
第1章 糧食儲藏原理簡介 1
1.1 糧食儲藏系統及特征 1
1.2 糧食儲藏過程和設施 1
1.2.1 糧食儲藏過程 1
1.2.2 糧食儲藏設施 2
1.3 糧食儲藏原理及安全溫度和水分 4
1.4 影響糧食安全儲藏的因素 5
1.4.1 外部因素的影響 6
1.4.2 內部因素的影響 7
參考文獻 9
第2章 儲糧生態系統多場耦合傳遞過程及控制方程 10
2.1 儲糧生態系統中熱濕傳遞過程 10
2.2 儲糧生態系統多尺度多場耦合特征 11
2.2.1 糧粒尺度的熱量傳遞和水分遷移 11
2.2.2 糧堆尺度的熱濕傳遞過程 11
2.2.3 糧堆內部多場耦合特征 13
2.3 儲糧生態系統多場協同模型 16
2.4 儲糧生態系統多場耦合傳遞過程的控制方程 16
2.4.1 非通風情況下倉儲糧堆內部自然對流和熱濕傳遞模型 17
2.4.2 通風過程中糧堆流動和傳熱傳質模型 19
2.4.3 通風時糧堆內部流動和各向異性阻力模型 20
2.4.4 蟲霉發展和分布的預測模型 21
2.4.5 霉菌生長發展的預測模型 22
2.4.6 稻谷黃變模型 23
2.4.7 氣調和熏蒸模型 23
參考文獻 24
第3章 儲糧生態系統數值模擬研究進展及其原理 25
3.1 儲糧生態系統研究方法 25
3.2 儲糧生態系統數值模擬研究進展 26
3.2.1 儲糧通風過程中流場、溫度和水分場數值模擬 28
3.2.2 非通風時儲糧內部自然對流及溫度梯度引起的水分遷移 28
3.2.3 氣調、殺蟲劑、害蟲分布數值模擬 29
3.3 基于計算流體動力學的儲糧生態系統數值模擬原理 29
3.3.1 計算流體動力學概述 29
3.3.2 計算流體動力學的特點 29
3.3.3 計算流體動力學的數值模擬原理 30
3.4 基于計算流體動力學的儲糧生態系統數值模擬方法 31
3.4.1 儲糧生態系統流動和熱濕傳遞的數值計算過程 31
3.4.2 確定初始條件與邊界條件 34
3.4.3 劃分計算網格 34
3.4.4 建立離散方程 34
3.4.5 離散初始條件和邊界條件 35
3.4.6 給定求解控制參數 35
3.4.7 求解離散方程 35
3.4.8 判斷解的收斂性 35
3.4.9 顯示和輸出計算結果 36
3.4.10 數值模擬結果可靠性檢驗 36
3.5 基于計算流體動力學的數值模擬軟件簡介 36
3.5.1 前處理器 36
3.5.2 求解器 37
3.5.3 后處理器 37
3.5.4 常用的CFD商用軟件 37
參考文獻 39
第4章 空氣和糧堆的基本性質 42
4.1 空氣的物理性質 42
4.2 空氣的力學特性 42
4.2.1 空氣的物理狀態參數 42
4.2.2 空氣的熱力學特性 46
4.2.3 空氣動力學性質 48
4.3 糧堆的物理性質 53
4.3.1 糧堆的力學特性 53
4.3.2 糧堆的熱力學特性 54
4.3.3 糧堆的吸濕性和解吸濕特性 57
4.3.4 糧堆的通風阻力 60
參考文獻 60
第5章 淺圓倉密閉儲糧自然對流及熱濕耦合傳遞的研究 61
5.1 國內外倉儲糧堆內自然對流和傳熱傳質問題的研究現狀 61
5.2 具有呼吸特性的吸濕性倉儲糧堆內自然對流熱濕耦合傳遞機理 62
5.2.1 密閉儲存的倉儲糧堆內自然對流和熱濕傳遞的影響因素 62
5.2.2 糧堆(糧粒)的吸濕/解吸濕與水分遷移的關系 63
5.2.3 糧粒及蟲霉的呼吸作用對糧堆內部熱濕傳遞的影響 63
5.2.4 具有呼吸特性的吸濕性倉儲糧堆內自然對流熱濕耦合傳遞過程 65
5.3 糧堆自然對流熱濕耦合傳遞的數學模型 66
5.3.1 倉儲糧堆自然對流熱濕耦合傳遞數學模型的建立 66
5.3.2 數學模型的相應處理 69
5.4 近似冬夏季條件下鋼板圓筒倉內糧堆熱濕耦合傳遞的數值模擬研究 70
5.4.1 數學模型及其驗證 70
5.4.2 數學模型驗證 73
5.4.3 數值研究對象和初始條件、邊界條件 75
5.4.4 模擬結果與分析 76
5.4.5 研究結論 80
5.5 局地氣候條件下密閉鋼板圓筒倉內具有呼吸作用的糧堆內部熱濕耦合傳遞的數值模擬研究 81
5.5.1 物理模型和模擬條件 81
5.5.2 模擬工況 81
5.5.3 模擬結果與分析 83
5.5.4 研究結論 92
5.6 鋼板圓筒倉內自然對流對糧堆內熱濕耦合傳遞的數值分析 92
5.6.1 物理和數學模型及模擬條件 92
5.6.2 初始和邊界條件 95
5.6.3 結果及分析 97
5.6.4 研究結論 99
5.7 影響倉儲糧堆內部自然對流和熱濕傳遞過程的數學分析 100
5.7.1 糧堆內部自然對流和熱濕傳遞過程的數學分析及驗證 101
5.7.2 結論 108
參考文獻 108
第6章 房式倉糧堆熱濕耦合傳遞及蟲霉演替的數值預測研究 110
6.1 研究背景及內容 111
6.1.1 研究背景及意義 111
6.1.2 研究內容和方法 113
6.2 糧堆內部熱濕耦合傳遞和蟲霉演替數學模型及驗證 113
6.2.1 數學模型 113
6.2.2 數學模型的評價和驗證研究 116
6.3 房式倉儲藏稻谷過程中溫度和水分變化的數值模擬和實倉驗證研究 128
6.3.1 物理模型和模擬條件 129
6.3.2 模擬結果與實測結果的對比與分析 130
6.3.3 長期儲藏糧食時通風降溫效果的數值模擬分析 143
6.4 倉儲稻谷多場耦合傳遞過程的模擬研究 146
6.4.1 蟲霉演替和稻谷黃變的預測模型 146
6.4.2 蟲霉演替和稻谷黃變的模擬結果 147
參考文獻 149
第7章 儲糧通風模式及其數值模擬方法 151
7.1 儲糧通風的目的 151
7.2 儲糧通風系統和通風模式 151
7.2.1 儲糧通風的功能 151
7.2.2 通風系統組成和通風模式 152
7.2.3 通風籠(槽)布置形式及技術參數 155
7.3 糧堆內部流動及熱濕傳遞原理 160
7.3.1 糧堆內部熱濕傳遞特點 160
7.3.2 多孔介質內部熱濕傳遞的描述方法 161
7.3.3 糧堆內部流動及熱濕傳遞控制方程 161
7.4 糧堆內部流動及熱濕傳遞數值模擬方法 165
7.4.1 流動方程的處理 165
7.4.2 水分遷移方程的處理 166
7.4.3 對流傳熱方程的處理 166
參考文獻 167
第8章 不同通風模式房式倉糧堆溫度和水分的數值模擬研究 168
8.1 就倉冷卻干燥(豎向)通風過程中溫度和水分變化的模擬與分析 168
8.1.1 物理模型的建立與網格劃分 168
8.1.2 熱濕傳遞過程的假設和數學模型 169
8.1.3 數值模擬工況及參數 169
8.1.4 模擬結果與分析 169
8.1.5 研究結論 172
8.2 就倉加熱干燥(垂直)通風過程中溫度和水分變化的模擬與分析 173
8.2.1 實驗系統和工況 173
8.2.2 數學模型和數值模擬方法 174
8.2.3 模擬結果與分析 175
8.2.4 研究結論 178
8.3 通風方向對稻谷降水效果影響的數值模擬研究 178
8.3.1 實驗裝置和實驗工況 178
8.3.2 數學模型和數值方法 180
8.3.3 模擬結果與分析 180
8.3.4 研究結論 185
8.4 通風量對儲糧通風效果影響的數值預測研究 185
8.4.1 研究對象、邊界條件及模擬工況 185
8.4.2 模擬結果與分析 186
8.4.3 研究結論 191
8.5 進風相對濕度對儲糧通風效果影響的數值預測研究 192
8.5.1 研究對象、邊界條件及模擬工況 192
8.5.2 模擬結果與分析 192
8.5.3 研究結論 196
8.6 儲糧橫向分布式谷冷通風的數值模擬研究 196
8.6.1 控制方程、物理模型及初始條件和邊界條件 197
8.6.2 模擬結果與分析 198
8.6.3 研究結論 201
8.7 房式倉橫向降溫保水通風的數值模擬研究 202
8.7.1 研究對象、邊界條件及模擬工況 202
8.7.2 不同進風相對濕度下的模擬結果及分析 203
8.7.3 研究結論 211
8.8 橫向與豎向降溫保水通風效果的對比研究 211
8.8.1 研究對象、初始條件及邊界條件 212
8.8.2 不同通風模式下的模擬結果與分析 212
8.8.3 研究結論 216
8.9 房式倉雙側吸出式斜流通風數值模擬和實驗的比較研究 216
8.9.1 研究對象、邊界條件及模擬工況 217
8.9.2 模擬結果與分析 220
8.9.3 研究結論 224
參考文獻 224
第9章 淺圓倉徑向與豎向通風過程中溫度和水分的數值模擬研究 225
9.1 淺圓倉徑向通風系統及工作原理 225
9.1.1 淺圓倉徑向通風系統 225
9.1.2 淺圓倉徑向通風工藝的特點 226
9.2 淺圓倉徑向通風工藝參數的數值模擬優化研究 226
9.2.1 淺圓倉徑向通風數學模型 226
9.2.2 不同中心集風管形式的徑向通風數值模擬分析 226
9.2.3 不同垂直支風道數量的徑向通風數值模擬分析 229
9.2.4 不同垂直支風道高度的徑向通風數值模擬分析 231
9.2.5 研究結論 237
9.3 淺圓倉不同裝糧高度時徑向與全孔板豎向通風模擬對比研究 237
9.3.1 數值模擬的物理模型 237
9.3.2 通風過程數學模型及模擬條件 238
9.3.3 模擬結果與分析 238
9.3.4 研究結論 242
9.4 淺圓倉徑向和梳狀地上籠豎向通風數值模擬對比研究 242
9.4.1 數值模擬對象 242
9.4.2 通風數學模型及數值模擬條件 242
9.4.3 模擬結果與分析 243
9.4.4 研究結論 246
參考文獻 247
前言
第1章 糧食儲藏原理簡介 1
1.1 糧食儲藏系統及特征 1
1.2 糧食儲藏過程和設施 1
1.2.1 糧食儲藏過程 1
1.2.2 糧食儲藏設施 2
1.3 糧食儲藏原理及安全溫度和水分 4
1.4 影響糧食安全儲藏的因素 5
1.4.1 外部因素的影響 6
1.4.2 內部因素的影響 7
參考文獻 9
第2章 儲糧生態系統多場耦合傳遞過程及控制方程 10
2.1 儲糧生態系統中熱濕傳遞過程 10
2.2 儲糧生態系統多尺度多場耦合特征 11
2.2.1 糧粒尺度的熱量傳遞和水分遷移 11
2.2.2 糧堆尺度的熱濕傳遞過程 11
2.2.3 糧堆內部多場耦合特征 13
2.3 儲糧生態系統多場協同模型 16
2.4 儲糧生態系統多場耦合傳遞過程的控制方程 16
2.4.1 非通風情況下倉儲糧堆內部自然對流和熱濕傳遞模型 17
2.4.2 通風過程中糧堆流動和傳熱傳質模型 19
2.4.3 通風時糧堆內部流動和各向異性阻力模型 20
2.4.4 蟲霉發展和分布的預測模型 21
2.4.5 霉菌生長發展的預測模型 22
2.4.6 稻谷黃變模型 23
2.4.7 氣調和熏蒸模型 23
參考文獻 24
第3章 儲糧生態系統數值模擬研究進展及其原理 25
3.1 儲糧生態系統研究方法 25
3.2 儲糧生態系統數值模擬研究進展 26
3.2.1 儲糧通風過程中流場、溫度和水分場數值模擬 28
3.2.2 非通風時儲糧內部自然對流及溫度梯度引起的水分遷移 28
3.2.3 氣調、殺蟲劑、害蟲分布數值模擬 29
3.3 基于計算流體動力學的儲糧生態系統數值模擬原理 29
3.3.1 計算流體動力學概述 29
3.3.2 計算流體動力學的特點 29
3.3.3 計算流體動力學的數值模擬原理 30
3.4 基于計算流體動力學的儲糧生態系統數值模擬方法 31
3.4.1 儲糧生態系統流動和熱濕傳遞的數值計算過程 31
3.4.2 確定初始條件與邊界條件 34
3.4.3 劃分計算網格 34
3.4.4 建立離散方程 34
3.4.5 離散初始條件和邊界條件 35
3.4.6 給定求解控制參數 35
3.4.7 求解離散方程 35
3.4.8 判斷解的收斂性 35
3.4.9 顯示和輸出計算結果 36
3.4.10 數值模擬結果可靠性檢驗 36
3.5 基于計算流體動力學的數值模擬軟件簡介 36
3.5.1 前處理器 36
3.5.2 求解器 37
3.5.3 后處理器 37
3.5.4 常用的CFD商用軟件 37
參考文獻 39
第4章 空氣和糧堆的基本性質 42
4.1 空氣的物理性質 42
4.2 空氣的力學特性 42
4.2.1 空氣的物理狀態參數 42
4.2.2 空氣的熱力學特性 46
4.2.3 空氣動力學性質 48
4.3 糧堆的物理性質 53
4.3.1 糧堆的力學特性 53
4.3.2 糧堆的熱力學特性 54
4.3.3 糧堆的吸濕性和解吸濕特性 57
4.3.4 糧堆的通風阻力 60
參考文獻 60
第5章 淺圓倉密閉儲糧自然對流及熱濕耦合傳遞的研究 61
5.1 國內外倉儲糧堆內自然對流和傳熱傳質問題的研究現狀 61
5.2 具有呼吸特性的吸濕性倉儲糧堆內自然對流熱濕耦合傳遞機理 62
5.2.1 密閉儲存的倉儲糧堆內自然對流和熱濕傳遞的影響因素 62
5.2.2 糧堆(糧粒)的吸濕/解吸濕與水分遷移的關系 63
5.2.3 糧粒及蟲霉的呼吸作用對糧堆內部熱濕傳遞的影響 63
5.2.4 具有呼吸特性的吸濕性倉儲糧堆內自然對流熱濕耦合傳遞過程 65
5.3 糧堆自然對流熱濕耦合傳遞的數學模型 66
5.3.1 倉儲糧堆自然對流熱濕耦合傳遞數學模型的建立 66
5.3.2 數學模型的相應處理 69
5.4 近似冬夏季條件下鋼板圓筒倉內糧堆熱濕耦合傳遞的數值模擬研究 70
5.4.1 數學模型及其驗證 70
5.4.2 數學模型驗證 73
5.4.3 數值研究對象和初始條件、邊界條件 75
5.4.4 模擬結果與分析 76
5.4.5 研究結論 80
5.5 局地氣候條件下密閉鋼板圓筒倉內具有呼吸作用的糧堆內部熱濕耦合傳遞的數值模擬研究 81
5.5.1 物理模型和模擬條件 81
5.5.2 模擬工況 81
5.5.3 模擬結果與分析 83
5.5.4 研究結論 92
5.6 鋼板圓筒倉內自然對流對糧堆內熱濕耦合傳遞的數值分析 92
5.6.1 物理和數學模型及模擬條件 92
5.6.2 初始和邊界條件 95
5.6.3 結果及分析 97
5.6.4 研究結論 99
5.7 影響倉儲糧堆內部自然對流和熱濕傳遞過程的數學分析 100
5.7.1 糧堆內部自然對流和熱濕傳遞過程的數學分析及驗證 101
5.7.2 結論 108
參考文獻 108
第6章 房式倉糧堆熱濕耦合傳遞及蟲霉演替的數值預測研究 110
6.1 研究背景及內容 111
6.1.1 研究背景及意義 111
6.1.2 研究內容和方法 113
6.2 糧堆內部熱濕耦合傳遞和蟲霉演替數學模型及驗證 113
6.2.1 數學模型 113
6.2.2 數學模型的評價和驗證研究 116
6.3 房式倉儲藏稻谷過程中溫度和水分變化的數值模擬和實倉驗證研究 128
6.3.1 物理模型和模擬條件 129
6.3.2 模擬結果與實測結果的對比與分析 130
6.3.3 長期儲藏糧食時通風降溫效果的數值模擬分析 143
6.4 倉儲稻谷多場耦合傳遞過程的模擬研究 146
6.4.1 蟲霉演替和稻谷黃變的預測模型 146
6.4.2 蟲霉演替和稻谷黃變的模擬結果 147
參考文獻 149
第7章 儲糧通風模式及其數值模擬方法 151
7.1 儲糧通風的目的 151
7.2 儲糧通風系統和通風模式 151
7.2.1 儲糧通風的功能 151
7.2.2 通風系統組成和通風模式 152
7.2.3 通風籠(槽)布置形式及技術參數 155
7.3 糧堆內部流動及熱濕傳遞原理 160
7.3.1 糧堆內部熱濕傳遞特點 160
7.3.2 多孔介質內部熱濕傳遞的描述方法 161
7.3.3 糧堆內部流動及熱濕傳遞控制方程 161
7.4 糧堆內部流動及熱濕傳遞數值模擬方法 165
7.4.1 流動方程的處理 165
7.4.2 水分遷移方程的處理 166
7.4.3 對流傳熱方程的處理 166
參考文獻 167
第8章 不同通風模式房式倉糧堆溫度和水分的數值模擬研究 168
8.1 就倉冷卻干燥(豎向)通風過程中溫度和水分變化的模擬與分析 168
8.1.1 物理模型的建立與網格劃分 168
8.1.2 熱濕傳遞過程的假設和數學模型 169
8.1.3 數值模擬工況及參數 169
8.1.4 模擬結果與分析 169
8.1.5 研究結論 172
8.2 就倉加熱干燥(垂直)通風過程中溫度和水分變化的模擬與分析 173
8.2.1 實驗系統和工況 173
8.2.2 數學模型和數值模擬方法 174
8.2.3 模擬結果與分析 175
8.2.4 研究結論 178
8.3 通風方向對稻谷降水效果影響的數值模擬研究 178
8.3.1 實驗裝置和實驗工況 178
8.3.2 數學模型和數值方法 180
8.3.3 模擬結果與分析 180
8.3.4 研究結論 185
8.4 通風量對儲糧通風效果影響的數值預測研究 185
8.4.1 研究對象、邊界條件及模擬工況 185
8.4.2 模擬結果與分析 186
8.4.3 研究結論 191
8.5 進風相對濕度對儲糧通風效果影響的數值預測研究 192
8.5.1 研究對象、邊界條件及模擬工況 192
8.5.2 模擬結果與分析 192
8.5.3 研究結論 196
8.6 儲糧橫向分布式谷冷通風的數值模擬研究 196
8.6.1 控制方程、物理模型及初始條件和邊界條件 197
8.6.2 模擬結果與分析 198
8.6.3 研究結論 201
8.7 房式倉橫向降溫保水通風的數值模擬研究 202
8.7.1 研究對象、邊界條件及模擬工況 202
8.7.2 不同進風相對濕度下的模擬結果及分析 203
8.7.3 研究結論 211
8.8 橫向與豎向降溫保水通風效果的對比研究 211
8.8.1 研究對象、初始條件及邊界條件 212
8.8.2 不同通風模式下的模擬結果與分析 212
8.8.3 研究結論 216
8.9 房式倉雙側吸出式斜流通風數值模擬和實驗的比較研究 216
8.9.1 研究對象、邊界條件及模擬工況 217
8.9.2 模擬結果與分析 220
8.9.3 研究結論 224
參考文獻 224
第9章 淺圓倉徑向與豎向通風過程中溫度和水分的數值模擬研究 225
9.1 淺圓倉徑向通風系統及工作原理 225
9.1.1 淺圓倉徑向通風系統 225
9.1.2 淺圓倉徑向通風工藝的特點 226
9.2 淺圓倉徑向通風工藝參數的數值模擬優化研究 226
9.2.1 淺圓倉徑向通風數學模型 226
9.2.2 不同中心集風管形式的徑向通風數值模擬分析 226
9.2.3 不同垂直支風道數量的徑向通風數值模擬分析 229
9.2.4 不同垂直支風道高度的徑向通風數值模擬分析 231
9.2.5 研究結論 237
9.3 淺圓倉不同裝糧高度時徑向與全孔板豎向通風模擬對比研究 237
9.3.1 數值模擬的物理模型 237
9.3.2 通風過程數學模型及模擬條件 238
9.3.3 模擬結果與分析 238
9.3.4 研究結論 242
9.4 淺圓倉徑向和梳狀地上籠豎向通風數值模擬對比研究 242
9.4.1 數值模擬對象 242
9.4.2 通風數學模型及數值模擬條件 242
9.4.3 模擬結果與分析 243
9.4.4 研究結論 246
參考文獻 247
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儲糧生態系統多場耦合傳遞過程數值模擬 節選
第1章 糧食儲藏原理簡介 1.1 糧食儲藏系統及特征 糧食儲藏系統是由糧堆、空氣、維護結構以及調控設備所組成的封閉或半封閉的生態子系統。所以，糧食儲藏系統又稱為儲糧生態系統。其中，糧堆是高能量生命體，儲藏期間會有自身呼吸、發芽、后熟等現象，造成糧食陳化、劣變，并易受蟲霉侵害，儲存保質保鮮難度大。糧倉圍護結構的半封閉性，又決定了大氣環境因素對糧堆的影響特性和程度，也形成了相對獨立的糧堆生態場。 我國儲糧生態系統的特征是高能量、大體積、不穩定。一方面，從糧倉內部來說，糧堆中的生物(糧粒和蟲霉)與非生物(溫度、濕度和氣體濃度)因子共同影響糧堆生態系統的穩定性，這是影響儲糧安全的內部因素。另一方面，大氣環境因素通過糧倉圍護結構對糧堆內部溫度和濕度產生影響，從而影響儲糧的安全，這是影響儲糧安全的外部因素。因此，糧食儲藏系統不僅受到外界因素的影響，還受到內在因素的影響，糧堆內部的穩定狀態和非穩定狀態逐步交替[1]。 我國糧食儲備具有倉容大、糧堆高、儲期長三個特征。要保證儲糧安全，必須解決四個基本問題，即保持儲糧品質、防治儲糧害蟲、控制儲糧微生物和降低糧食損耗。同時，要實現綠色、節能、環保儲糧。 1.2 糧食儲藏過程和設施 1.2.1 糧食儲藏過程 糧食儲藏過程如圖1.1所示。糧食入倉后，大部分時間是密閉存儲的，屬于非人工干預階段。由于倉外大氣環境的周期改變，糧堆通過糧倉的維護結構與外界進行熱量傳遞，導致糧堆內部溫度升高以及水分遷移，進而可能引起害蟲生長和暴發，以及霉菌的滋生和演替，使得儲糧處于不安全狀態。因此，糧食儲藏過程中，倉內的溫度、濕度和糧食水分是動態變化的，而且伴隨著糧食的自呼吸和蟲霉的演替。 為了保證糧食的安全，首先抑制儲糧中的生物活性，一方面有助于保持儲糧處于休眠狀態，減緩儲糧的陳化；另一方面將細菌和昆蟲的生長水平降到*低，避免儲糧中蟲霉的滋生。要抑制儲糧中生物活性的水平，一是保持儲糧的低溫環境，二是保證儲糧水分處于安全水平。低溫低水分可以降低糧粒、細菌和昆蟲等生物體的活動。因此，在低水分和低溫度條件下，糧食可以長期儲存。 圖1.1 糧食儲藏系統及調控過程 儲糧的自發熱如果控制不好，將導致糧堆處于較高的溫度和水分水平，從而引起更高水平的生物活性，然后又進一步增強儲糧的生物活性。因此，如果不對水分和溫度進行控制，儲糧就會加劇自呼吸作用，產生自熱，導致儲糧質量迅速惡化。 當超過安全溫度和水分時，需要對儲糧進行調控，此階段為人工干預階段。儲糧調控的手段和方法有自然通風、谷冷通風、氣調熏蒸和環流均溫等[2]。 1.2.2 糧食儲藏設施 糧食儲藏設施主要包括糧倉維護結構、出入倉設備和儲糧調控設備。糧倉根據結構形式分為房式倉(包括高大平房倉)和淺圓倉(包括立筒倉)，如圖1.2和圖1.3所示。儲糧調控設備主要有干燥設備、通風設備、氣調熏蒸設備等。 房式倉結構包括地坪、墻壁、倉頂屋面、門窗和通風口。房式倉的跨度一般為 20m，長度一般為 60m，裝糧高度為 5～8m。房式倉有較大的倉容，沿著長度方向中間有隔墻，將整個糧倉分成幾個厫間。房式倉的隔熱性和密閉性相對于淺圓倉稍差一些，而且糧食出入倉比較麻煩，需要配套糧食進出倉的輸送設備。 圖1.2 房式倉示意圖 圖1.3 淺圓倉示意圖 淺圓倉(立筒倉)結構包括地坪、墻壁、倉頂屋面、門窗、通風地槽和通風口。淺圓倉具有占地面積小、儲量大的優點。淺圓倉的直徑一般大于 20m，裝糧高度小于直徑的1.5倍。裝糧高度大于內部直徑的 1.5倍時，淺圓倉就稱為立筒倉。淺圓倉的隔熱性和密閉性優于房式倉，而且淺圓倉附帶有進出倉的機械輸送設備以及糧食的清理設備，機械化程度高，因此糧食出入倉比較方便。但是，由于淺圓倉糧堆高度較高、通風阻力大、能耗較高，而且通風后溫度和水分梯度大，糧堆溫度和水分分層現象嚴重，其管理難度大于房式倉。 通風設施是儲糧通風工藝中的關鍵設備，儲糧通風工藝技術是借助通風系統強制地把糧堆外部具有一定溫度和濕度的空氣送入糧堆內部，使糧堆內的濕熱空氣與糧堆外部的空氣進行熱質交換，從而改變儲糧的溫度和水分，以保障糧食的安全儲存。 根據通風目的可以把儲糧通風分為控制溫度通風、控制水分通風、調質通風、熏蒸殺蟲通風、氣調和排毒排異味通風；根據儲糧通風工藝中氣流流向的不同，又可以把儲糧通風分為豎向通風、橫向通風、膜下通風和環流通風等通風模式。豎向通風中，又分為上行式通風和下行式通風。 儲糧通風系統通常由以下幾部分組成：糧堆內部風道(水平風道或垂直風道)、糧堆外部風道、通風機(軸流風機或離心風機)、進出風口以及通風窗(可調節開啟度的窗戶)，有時還有覆蓋糧堆頂層的薄膜等，如圖1.4所示。 圖1.4 儲糧通風系統的基本組成及設備 1.3 糧食儲藏原理及安全溫度和水分 糧食收獲以后，大部分甚至全部要儲存起來。糧食儲存方式有很多，包括：散存、袋裝；臨時儲藏和長期儲藏；低溫和準低溫儲藏。儲藏的主要目的是防止糧食質量的劣變。而防止儲糧劣變的主要手段是通過控制儲糧溫度、水分，以及防止微生物、昆蟲和嚙齒動物的侵害。 糧食儲藏期間的管理目標是將糧食的代謝活動降低到足夠低的水平，使糧食質量足夠穩定。其*終目的是防止儲糧陳化和變質，保證其食用品質，抑制蟲霉的發展，防止蟲霉大面積暴發，即保質保量保鮮。目前主要有兩種方法：①將儲糧的水分含量降低到安全水平并保持低溫；②改變糧食儲藏系統的環境條件，調節儲糧內部的氣體濃度。 圖1.5～圖1.8是糧食發熱、發芽以及害蟲生長的溫度和水分范圍，圖1.9是糧食安全儲藏的溫度和水分條件[3]。水分高的糧食未經冷卻就儲存起來，會自然發熱。圖1.5顯示了防止這種發熱所必需的糧食水分和溫度范圍。這種稱為“潮濕”糧食的自發熱，往往是由糧食的呼吸作用引起的，與昆蟲和其他害蟲引起的發熱不同。自發熱的糧食處于劣變的危險狀態，糧堆中的高溫區域會形成自然對流，從而導致水分的重新分布，發熱會導致儲糧的霉變，并引起發熱點繼續擴散。霉菌本身耐受高溫，這種與濕度有關的霉菌滋生會產生毒素，食用含有毒素的糧食會對人體產生危害，而且霉菌中的孢子可能會引起人體過敏和呼吸道疾病。圖1.6給出了導致糧粒發芽的溫度和水分范圍。由圖1.7可知，如果糧食保持在 15℃以下，可以防止害蟲的侵害。從圖1.7還可以看出，害蟲對糧食溫度的反應完全不受水分含量的影響。防止螨蟲發展所需的溫度和水分范圍如圖1.8所示，控制這種害蟲需要較低的溫度。當圖1.5～圖1.8合并時，得到圖1.9，圖中陰影部分即儲糧處于危險狀態，其中，縱坐標為溫度，橫坐標為水分，它是安全儲糧的溫度和水分范圍，在這個范圍內糧食免受所有風險的影響。 圖1.5 糧食發熱的溫度和水分范圍 圖1.6 糧粒發芽的溫度和水分范圍 圖1.7 害蟲暴發的溫度和水分范圍 圖1.8 螨蟲侵害的溫度和水分范圍 圖1.9 糧食安全儲藏的條件 由于糧堆與倉外大氣環境通過糧倉維護結構不斷產生相互作用，導致糧倉內外不斷進行熱量和水分的交換，糧堆溫度和水分隨著時間與空間而變化。在較溫暖的地區，水分含量應該“低”，以便安全儲存，而在較冷的地區，水分含量可以適當提高。 1.4 影響糧食安全儲藏的因素 儲糧劣變是物理(溫度、濕度和水分)、化學(氧氣和二氧化碳氣體)和生物(害蟲和霉菌)因子相互作用的結果，如圖1.10所示。在儲糧生態系統中，*重要的生物體就是糧食本身。儲糧的非生物環境因子又稱為物理因子，如溫度、濕度、水分和二氧化碳及氧氣。儲糧生態系統中的生物因子包括真菌和細菌等微生物、昆蟲和螨蟲等節肢動物。儲糧的劣變在開始時比較緩慢，也不那么劇烈，但是如果不控制而任其在糧食中肆意生長，則可能導致儲糧完全損壞[3]。 圖1.10 影響儲糧安全的物理、化學和生物因子及其耦合關系 在糧食儲藏過程中，糧倉內部的溫度和濕度是儲糧中害蟲、霉菌等生物因子生存和發展的重要條件，也是糧食發熱、霉變的主要影響因素。糧食收獲后，一般要被干燥至 12%～13%的水分，在這樣的水分范圍內儲存糧食是安全的。然而，由于氣溫的季節性變化，糧堆內部發生熱量傳遞和水分遷移，引起糧堆中局部溫度和水分的升高，導致霉菌和害蟲的生長，使得儲藏中的糧食變得不安全。糧食在散裝儲存時，糧堆是由糧粒隨機堆積而形成的靜態深層顆粒床，而且糧堆中的糧粒又具有吸濕特性和呼吸作用。因此，糧倉內部糧堆中熱濕遷移過程、糧堆的溫度和水分變化主要是由糧倉外部的大氣環境(外部因素)和糧倉內部儲糧的生物特性(內部因素)共同決定的，如圖1.11所示[4-6]。 1.4.1 外部因素的影響 一方面，由于倉外氣溫的季節性和日變化，糧堆不斷地通過糧倉的圍護結構與外界環境產生熱量交換，使得糧堆的溫度發生動態變化；另一方面，由于倉外氣溫的季節性
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