小黑麦含水量对谷类自发热和对地窖墙壁压力的影响

1、.：.；译文：小黑麦含水量对谷类自发热和对地窖墙壁压力的影响摘要作者提出了在一个地窖模型中，关于小黑麦谷粒的温度和程度压力的研讨结果。 研讨实验中最初的含水量分别为13%， 16%和18%，且这些谷粒的存贮时间是25天。 研讨阐明，谷粒的温度是受它最初含水量影响的。 最高的温度值出如今最初的含水量为18%的谷粒中。并且，最初的含水量越高，压力添加越快。 关键字小黑麦，含水量，地窖，发热导言温度和含水量是影响谷粒在存储期间质量的最重要的要素。季节性和昼夜温度变化对被存放的谷物有一个消极作用，它会引起水分在存储的谷物中迁移和变化。因此，要有效地管理通风透气这个过程，准确预测存贮过程中谷粒含水量和温

2、度是必要的，这样也可以为谷粒提供一个最宜的储存条件并且也可使得昆虫出没最少2。 水的自在迁移取决于一些要素：存贮谷粒的种类和质量、谷粒的大小和外形，温度、最初的含水量和空气条件。同时，它也取决于存贮的时间和在谷粒吸附性和分散性。这些要素呵斥水分迁移的过程是不稳定的。 在大量的谷粒中，水倾向于从暖和的区域转移到凉爽的区域，并且，水分迁移速度是在高含水量处比在低含水量处快10。 水迁移在植物中的作用许多作者都在设法描画水迁移景象。Holman和Carter 10研讨了多余12种不同大小和种类的大豆种类中水迁移的整个过程。他们表示，水迁移在一切种类的大豆中都可以发生，这是水分在储存物质的更高层堆积呵

3、斥的。 Schmidt19做了一个实验，包括丈量麦粒在整个存贮期间的含水量。 他发现水迁移通常开场在9月下旬或在10月初。 从4月到8月，Hellevang和Hirning9 进展了关于16种不同大小的豆子的研讨。 他们发现上层平均湿度为2.56%，而在下面0.6到1.8 m处，湿度含量添加0.45%。 谷粒存贮期间发生的变动知识对适用目的是非常重要的。谷物作为一件商业物品，在谷物存储期间，运用一种适当的模型定量和定性的计算并决议水分布和温度情况，可以协助 在各种各样的谷物在各种气侯情况下都能适当的存贮。 Khankari 11建立了一个数字模型，以演算谷物大量储存时的水迁移。他运用当前天气数

4、据，获得了一个描画自在对流的温度、湿度和自然对流率的非线性方程。这个运用水迁移演算计算谷物中温度和湿气的数字模型，已在明尼苏达广泛运用13.。这个模型根据假设自然空气对流是在大量谷物之内的流行景象，然后用实验进展了测试。测试步骤是这样的，Khankari运用了一条圆柱形地窖模型，高10m、直径10m，他将玉米存放于其中，并且平均含水量为14%、平均温度为25，使玉米在这样的环境中存放一年，从10月开场，不透气。然后他按照实验的结果，经过模型计算出了导热性值。 Khankari等.12也给出了玉米存放过程中分散的其他参量.他们发现随着温度的添加，水迁移也越快。在储存期初期，即，在秋天多雨季节和早

5、冬季节，水迁移仅出如今接近地窖墙壁的区域。自然对流对水流的作用出如今12月底和在1月初，这时温度到达最高值。所以，水迁移率在冬天是最快的。 研讨表示谷物导热性的添加对自然空气对流有限制的作用，并且，水迁移在一切大小地窖都会发生，虽然它在更小的地窖里发生得早一些。秋天将谷物冷却至0，可使其含水量坚持整年稳定。 Khankari等。 17运用Chen和Clayton建立的方程，模拟了一个等式，是关于混凝土贮仓中存贮的麦粒的含水量的幅度变化. 在这个等式中他假设含水量变动只与温度有关。 Thompson 20和Fan等。 3做了一个实验，关于通风透气这个的过程。根据实验，Thompson20建立了一

6、个模型，表现存贮的谷物温度变化、含水量和枯燥分布情况。他得到了一个结论：当谷类与自在流通的空气以低流量率通风时，空气和谷物之间的真实的平衡是能够维持的。 Fan等。 3研讨了各不同种类麦子的水分散情况。 他们发现谷物的水分散系数表达成一个绝对温度的指数函数，并且对于硬质小麦来说，这个系数在26-54的温度范围内是不会改动的。他们确定了几种麦子在温度范围为26到98内的分散系数。根据温度和麦子种类不同，这些值的范围是从2x10-12到2x10-12 到 245 x 10-12 m2 s-1的范围。 Chang等。2 以为存放的时间为t + t的谷物平均含水量为：Wu=W0+(H0-Hu)Mr (

7、1)这里： Wu-在谷物层，在时间t期的最后或者随后模拟的平均含水量值，kg kg-1 (小数， d.b.); W0 -含水量，在时间t期最初或在之前模拟的值，kg kg-1 (小数， d.b.); H0 -自在流通的空气湿气比率，kg kg-1; Hu 远离谷物层的空气湿气比率， kg kg-1; Mr -在t.期间内进入到枯燥谷物中空气的比率。 Chang等。 1研讨了存放在高6.6 m和直径4.2m的地窖里最初的含水量为11.8%的麦粒。根据研讨，他们以为，在15个月的期间内，据丈量，谷物含水量的模拟价值与获取湿气价值相符，并且，在夏天期间，层数接近外表的区域含水量减少了2到2.5%，而

8、在地窖的中央和底部，谷物含水量的变化只是细微的。 而在地窖存放的大米的塑造温度和含水量那么是Freer 4和Haugh8等感兴趣的主题。Haugh等。 8以为，谷物温度是在谷物存贮的最重要的参量，并且应该坚持在10-15，而不思索谷物含水量程度的广大的范围。 根据那些作者的结论，虽然谷物含水量也很重要，但谷物的温度才是最重要的。 根据Freer等. 4，可以知道在地窖附近的气温，以计算在谷物在地窖和周围温度之间的温度区别。思索到活动范围、糙米的含水量决议和质量亏损，他们提出了计算一年中昼夜温度的演算方程式。 他们的研讨的实验性部分执行为一个二维模型，人们用它分析在温度的变化和含水量、质量亏损程

9、度和水凝结程度。 在他们的研讨中他们运用了最初的谷物温度10， 20和30， 含水量程度11， 13和15%和三倍的电。 在测试程序他们估计了最初的谷物温度、最初的谷物含水量和充电的时间(将谷物填装地窖的时间)。察看进展了12个月。研讨发现，充电的时间对参量有少许作用。 在谷物温度为30最初的含水量为15%的环境下，相对高的质量亏损被发现了。 往地窖的上面，高的最初的温度和含水量程度有对水迁移的艰苦作用。因此意味着顶面区域有助于谷物的变坏和添加微生物的活动。 添加的谷物温度导致在地窖墙壁和底部上的谷物施加的压力添加。 储存的物质物产(沙子、玉米、麦子和高梁)在侧向压力包括热量上的作用那么由Pu

10、ri等研讨18。 18. 实验的结果阐明，在储存箱的热量诱导应力取决于被存放的资料的容积密度 计算热量超压力(Pt)作为温度下降功能(T)他们运用了线性 方程： Pt=Cp(T) (2)这里，Cp-热量压力系数(kPa-1)。 Zhang等。 21,23,25改良了谷物存贮在地窖的期间，热量景象呵斥的装载的预言的模型。运用有限元素分析，新的模型被开发了。 基于弹塑性的实际，它被Lade14和Zhang等开发了。22. 实际结果由作者实验性地测试，经过丈量装满谷物的、0.8 mm的由铝制成(直径的0.9 m和1.2 m)高圆筒框的热量包括诱导应力。在他们的实验中，他们运用了在32-22之内的范围

11、的三个充分的温度变化周期。压力价值被丈量了在三个程度。作者研讨了循环顺序和温度变化对侧面压力系数Cp的作用.其目的，对于三个程度，添加压力、降低温度，第一轮0.22 kPa -1，第二轮0.36 kPa -1，第三轮0.38 kPa -1，然而当升高温度时，对应的值分别为0.38, 0.40和0.41 kPa -1。 作者以为侧向热量压力和温度变化之间的关系是线性的，并且，在温度增量期间的第一个，第二个和第三个周期压力分别是72.2， 11.1和7.8%，分别高于在下降的温度情况下。 思索到装载由地窖墙壁呵斥的本钱负担，并且地窖墙壁谷物和地窖底部谷物接口，张等提出存贮的颗粒状资料的另一个模型。

12、 25.模型没有反射在温度上的变化。 因此，Li等. 16经过包括在平均温度范围之内的被存放资料的价值典型，扩展了根据有限元分析的模型的一个新版本。在麦子最初含水量10%和容积密度825 kg/ m3的条件下，模型被测试了。装了麦子的地窖服从了32和22之间的循环温度变化与振幅10每h。 在40 kPa的额外加载运用以后，谷物休憩2的h。他们测试了另外的谷物填装在各种深度，允许地窖墙壁变形23。 休憩的两小时期间允许谷物获得压力丈量仪器的一个稳定形状，不记录张力的任何变化。空的地窖测试表示，地窖15的高部和低部都没有发生变形。 Zhang等。24从地窖轴和谷物层数深度的间隔 ，学习了在压力商数

13、上k的价值的变化，静态和在浅和深地窖热量装载之下的作用。运用第二代模型，他们分析了在圆柱形谷粮仓的压力。他们运用了分析于二个谷粮仓：一个3m直径和9 m高，另一个9 m直径和9 m高。两个都由波纹状的金属片制成并且充溢了10%含水量和最初的容积密度801 kg/ m3的麦子。在两种情况下他们确定了大量谷物之内压力的主要方向在和侧面比垂直压力的斜率k。他们在从地窖轴的方向发现侧向和垂直的静压不是一致的，但是减少往墙壁会减少。而垂直的热量压力减少了，从地窖轴间隔 的增长侧向热量压力也添加了。当谷物温度下降到30时，侧向压力比垂直的添加了更多。当温度下降到30时，接近墙壁的侧向压力的添加比轴向的更大

14、。在静态负载不思索到地窖轴的间隔 在情况下，k值的变化是细微的，但是当热量装载时其添加了20-63%。当思索到谷层深度与静态负载时，k值的变化是细微的，但是当热负载从地窖的顶部究竟部时，k值减少(普通为20%)。k的平均值高于静止时。 地窖通常充溢各种各样的含水量的谷物。Grochowicz等。5和Kusi.ska 6,7研讨了谷物层数含水量对温度和水的分布和在由在地窖墙壁上谷物的压力施加的作用。他们表示，在谷物含水量上的夹层区别导致强的增量在地窖墙壁上和压力施加的五谷温度在夹层界限。 以上问题的提出阐明对谷物温度和含水量研讨的剧烈需求，并且，那些要素对施加在地窖构造元素上压力的作用。在压力上

15、的变化可以不仅由改动外在温度呵斥。由于这影响微生物和昆虫演化的过程，导致添加的温度和含水量，他们受谷物的最初的含水量的剧烈影响。 范围和方法 研讨提出介入压力的丈量的式样调查结果，包括丈量实施在地窖墙壁上的压力和谷物温度。用于的资料是最初的含水量程度的小黑麦五谷的13， 16和18%，被存放在一个恒定的外在温度15，存放25天。含水量13， 16或者18% w.b.由充分水容量的加法到达并由等式计算： Mw=Mg (w2-w1)/(100-w2) (3)这里： Mw -到达w2含水量的必需的水容量， kg; Mg -大量被浇过水的谷物， kg; w1 -最初的谷物含水量， % w.b.; w2

16、 -必需的谷物含水量， % w.b。 被浇灌过的谷物在72h内用紧紧封锁的桶存放。它每隔几小时被转动以调平含水量 在开场测试之前，含水量是受控的。 图1.是一张提出实验合格的简图。主要关于是带有水套的地窖(1)。地窖的外在直径是600 mm，并且它的高度是1200 mm。水套用在一个必需的温度，是的水温的水供应了受控的经过超温箱(6)。地窖充溢了具最初的含水量的小黑麦谷粒。 一切实验最初的谷物温度是一样的，在15。然后，最初的压力对地窖墙壁被丈量了在地窖底部(175,275,375,475,575,675,775和875 mm)之上的八高程度。在实验期间，压力价值经过应变仪(4)和测力计类型A

17、PAR AR 923一天一次被丈量了(5)。同时在地窖里面的谷物温度被丈量了在40丈量点经过热电偶(2)和温度丈量仪类型AR 592 (3)。温度丈量点位于的高度和应变仪一样，在从0， 75，150，225和300 mm地窖轴的间隔 。丈量的准确性0.01 N运用了在一个测定的1N和2 N范围的应变仪。 25 mm直径的钢活塞与应变仪附有了丈量的点，并且谷物经过稀薄橡胶膜被加压了。 它由等式计算： P=F/S (4)这里： P -墙壁对谷物的压力，Pa; F 谷物压力， N; S -活塞外表， m2。 应变仪用托架衔接墙壁。在清洗地窖之前，丈量系统由一个静态方法一致校准。温度丈量精度为0.1。

18、一切丈量反复三次。 结果图2和3显示的是压力和温度丈量的平均值.在一切的情况下，地窖中投入的小黑麦的最初的温度是15。存贮期间，地窖轴处的小黑麦温度到达了最高值，这就是为什么图表描画温度变化在沿轴位的丈量点。 在最初的含水量为13% w.b的情况下，小黑麦谷物的温度随存储时间段的添加而升高。 在位于高度在地窖底部之上的675和775 mm的丈量点处，在温度的最强的增量被发现了。 在25天以后，在那个程度的小黑麦温度是22。在最初的含水量为16% w.b的题条件下，小黑麦温度的更高的增量为被记录了. (图2)。在温度上的最强的变化发生在存贮时间为20天的时候。在高度675 mm的区域温度到达了3

19、6，而最低的丈量点温度为-30。在20天和天25之间，温度的变化只是细微的。主要地窖的低部，温度添加了2度。在与最初的含水量为18% w.b的情况下，小黑麦最高温度值被发现了 (图2)。 在25天以后，发现的最大价值在高度675 mm 处(44)。那时在地窖的底部的温度是36。在这个含水量的条件下，温度增量最强也是直到存贮20天。 在一切实验中，在最高丈量程度处的温度比在高度675和775 mm时的温度低。这归结于水蒸发。 最高的温度出如今高度为675mm和775 mm处的现实阐明水从地窖底部往上分散，并且它的吸收(主要)在那些程度。在地窖墙壁的温度低于在位于地窖轴处的温度(在存贮25天以后，

20、根据谷物的含水量，平均温度为2-5)。小黑麦含水量的平均值在第一个案例中添加了0.5%， 第二个添加了1.2%，第三个大约怎加了2.1%。 添加的含水量导致了在地窖墙壁上压力的变化。在地窖墙壁的最低压力增量被发现于在含水量为13% w.b的小黑麦。当地窖被填装了后，在地窖低部的墙壁压力是9.18 hPa，并且在最高的丈量程度是2.06 hPa。在25天存贮以后那些值分别添加到10.7和2.2 hPa。在最初含水量为16% w.b的情况下，小黑麦的最初的墙壁压力是8.9 hPa在底部和1.8 hPa在上面。低压值，当与那些最初含水量为13% w.b的小黑麦的相比时，湿气归结于更低的容积密度。贮藏

21、期期间，压力价值逐渐增长到达他们的最大值，直到存贮中的最后阶段(底部12.1hPa和顶部2.4 hPa)。最高的压力增量发现于地窖的底部向上775 mm处。在高度885 mm处，墙壁压力的增量只是细微的。 在含水量为18% w.b的情况下，发现了小黑麦的最高墙壁压力增量值。 存贮第一天，底部和顶部压力分别是8.5 hPa和1.6 hPa。 5天以后，压力少许添加了，除在高度775 mm处的记录值之外，它到达7.3 hPa。 那时，在被存放物质的水储积增量变得明显。 在5天和10天之间，发现了一个压力的迅速增量值，地窖的底部的值为15.2hPa。 存储时间延伸至10天至25天，发如今地窖低处和4

22、75 mm处墙壁压力添加极少，并且在那个程度以上压力还有减退，这与发霉的谷物是一样的。 结论1.小黑麦最初的含水量影响了存贮温度和在地窖墙壁上的小黑麦施加的压力。 2. 最高的温度发生在小黑麦最初的含水量为18% w.b、存贮25天以上的地窖上部，并且最低温度发生为小黑麦含水量为13% w.b情况下。 3. 在小黑麦含水量程度分别为13%和16% w.b的情况下，压力的增量是一致的。存贮期间，更高的最初的含水量导致更强的压力增量。 4. 在小黑麦含水量为18% w.b.的情况下，直到存贮10天以后，墙壁压力值才会随着475 mm高度以上小黑麦变坏压力的减小而添加。 参考文献 1. Chang

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31、us heating of grain and on the pressure against the silo wallE. Kusinska Department of Engineering and Machinery,University of Agriculture, Doswiadczalna 44, 20-236 Lublin Received October 9, 2000; accepted May 29, 2001 Abstract.The author presents the results of studies on the temperature and horiz

32、ontal pressure of triticale grain in a model silo. The studies included grain with an initial moisture content of 13, 16 and 18% w.b. The grain storage duration was 25 days. The study showed that grain temperature is affected by its initial moisture content. The highest temperature values were obser

33、ved in grain with an initial moisture content of 18% w.b. Also, a higher initial moisture content results in greater increases in pressure. Keywords: triticale, moisture content, silo, heating INTRODUCTIONTemperature and moisture content are the most important factors affecting grain quality in the

34、course of its storage. Seasonal and diurnal variation in temperature have a negative effect on stored grain, cause water migration and changes in its distribution within the material stored. The accurate prediction of moisture content and the temperature of grain in storage is necessary for the effe

35、ctive control of the process of ventilation, applied to provide optimum storage conditions for grain and the minimizing of conditions for infestation by insects 2. The free migration of water depends on a number of factors -the kind and quality of grain in storage, the size and shape of the grain, i

36、ts temperature, initial moisture content, and atmospheric conditions. It also depends on the duration of storage, as well as on the sorptive and diffusive properties of the grain. Those factors cause the process of water migration to be unstable. Water tends to migrate from warmer to cooler areas wi

37、thin grain mass. The migration rate is faster in grain with a higher moisture content than in dry grain 10. EFFECTS OF WATER MIGRATION IN PLANT MATERIALSNumerous authors have tried to describe the phenomenon of water migration. Holman and Carter 10 studied the process in over a dozen soybean varieti

38、es with different bean sizes. They showed that water migration takes place in all soybean varieties, which results from water accumulation in higher layers of material in storage. Schmidt 19 conducted experiments involving measurements of the wheat grain moisture content during storage. He found tha

39、t water migration generally begins in the second half of September or at the beginning of October. Hellevang and Hirning 9 performed a study on 16 varieties of beans of various sizes during the period from April to August. They observed an average moisture content drop by 2.56% in the upper layer an

40、d a 0.45% increase in the layer located 0.6 to 1.8 m below. Knowledge of changes occurring in the course of cereal grain storage is very important for practical purposes. The application of a suitable model for the calculation and determination of the quantitative and qualitative distribution of wat

41、er and temperature within the grain mass in storage, the grain being a commercial commodity, can help the proper storage of various cereals under a variety of climatic conditions. A numerical model for the calculation of water migration within grain mass in storage has been developed by Khankari 11.

42、 He derived non-linear equations describing the temperature, moisture and rate of free convection, using current weather data. The numerical model for the calculation of water migration was used for the calculation of temperature and moisture distribution in grain, for conditions prevalent in Minnes

43、ota. The model was based on the assumption that natural air convection is the prevalent phenomenon within grain mass. The mathematical model was then tested experimentally 13. For the tests, Khankari used a cylindrical silo, 10 m high and 10 min diameter, in which he stored maize grain with an avera

44、ge moisture content of 14% at an average temperature of 25C for the period of one year, beginning from October, without ventilation. Values of thermal conductivity calculated by means of the model conformed to the results of the experiment. Khankari et al. 12 also gave the values of the other parame

45、ters of diffusion for maize grain. They found that water migration increases with increasing temperature. During the initial period of storage, i.e., during the autumn rainy period and early winter, water migration is limited to areas close to the silo walls. The effect of natural convection on wate

46、r flow appears at the end of December and at the beginning of January, when temperatures reach the maximum levels. Therefore, water migration rate is the fastest in winter. The studies showed that the increased thermal conductivity of grain has a limiting effect on natural air convection, and that w

47、ater migration takes place in silos of all sizes, though it begins earlier in smaller silos. Cooling the grain down to 0C in the autumn permits its moisture content to be kept stable throughout the year. Lo et al. 17 used Chens and Claytons equation for the simulation of radial changes in the moistu

48、re content of wheat grain stored in a concrete silo. The equation was based on the assumption that moisture content changes are only related to temperature. Thompson 20 and Fan et al. 3 were involved with modeling the process of ventilation. Thompson 20 developed a model representing temperature cha

49、nges of grain in storage, its moisture content, and dry mass distribution. He arrived at the conclusion that a true balance between the air and the grain is possible to maintain when the grain is ventilated with ambient air at low flow rates. Fan et al. 3 studied water diffusion in various varieties

50、 of wheat. They found that the coefficient of water diffusion in wheat grain can be expressed in the form of an opposite to the exponential function of absolute temperature,and the coefficient does not change its value for hard wheat within the temperature range of 26-54C. They determined the coeffi

51、cients of diffusion for several wheat varieties within a temperature range from 26 to 98C. The values spanned a range from2x10-12 to 245 x 10-12 m s-1, depending on the temperature and the wheat varieties. Chang et al. 2 maintain that the average moisture content of grain stored during time t + t is

52、: Wu=W0+(H0-Hu)Mr (1)where: Wu -average moisture content in the grain layer, final or subsequent simulation for t period, kg kg-1 (decimal, d.b.); W0 -moisture content, initial or prior to simulation for t period, kg kg-1 (decimal, d.b.); H0 -humidity ratio of ambient air, kg kg-1; Hu -humidity rati

53、o of air leaving the grain layer, kg kg-1; Mr -mass ratio of inlet air to the dry grain during t.Chang et al. 1 studied wheat grain with an initial moisture content of 11.8%, stored in silos 6.6 m high and 4.2m in diameter. On the basis of the studies, they concluded that the simulation values of th

54、e grain moisture content coincided with the gain moisture values measured during a period of 15 months and that the moisture content in the layer close to the surface decreased by 2 to 2.5% during the summer months, while in the central and bottom parts of the silos, the changes in grain moisture co

55、ntent were only slight. Modeling of temperature and the moisture content of rice stored in silos was the subject of interest for Freer 4, and Haugh et al.8. Haugh et al. 8 conclude that grain temperature is the most important parameter in grain storage and should be maintained at 10-15C irrespective

56、 of the broad range of the grain moisture content levels. According to those authors, grain temperature is the most significant, though grain moisture content is also very important. According to Freer et al. 4, the air temperature around the silo should be known in order to calculate the temperatur

57、e differences between the grain in the silo and the ambient temperature. They presented equations for the calculation of the mean diurnal temperature for the year, taking into account the latitude, and for the determination of the moisture content of unpolished rice, as well as of dry mass losses. T

58、he experimental part of their study was performed by mans of a two-dimensional model which they used to analyze changes in temperature and moisture content, the level of dry mass losses, and the level of water condensation. In their study they used initial grain temperatures of 10, 20 and 30C, moist

59、ure content levels of 11, 13 and 15%, and three charging times. In the test program they assessed the initial temperature of grain, the initial grain moisture content, and the charging time (the time of filling the silo with grain). Observations were conducted for 12 months. The charging time was fo

60、und to have had little effect on the parameters under study. Relatively high losses of dry mass were observed at grain temperature of 30C at 15% initial moisture content. High initial temperatures and moisture content levels had a significant effect on water migration towards the top of the silo, wh