农业物料的工程性质概述

教学内容：1形状和尺寸、密度及其应用；

2农业物料的机械特性、热特性；

3农业物料的电磁辐射特性、电特性、磁特性；

4农业土壤的工程特性。

学习要求：1掌握基本概念。

2掌握农业物料各工程特性；

3掌握农业物料各工程特性的应用；教学重点：1基本概念；

2农业物料各工程特性的应用。第一章农业物料的工程性质11.1研究农业物料工程性质的重要意义

谷物、种子、蔬菜、水果、鸡蛋、饲料以及纤维等农业油料的基本物理参数。（2）指导本科生毕业论文（设计）草莓梨苹果小麦玉米蔬菜大麦饲料

农业物料的形状、尺寸、体积、密度、孔隙率、表面积和含水量等在许多设计和研究中有重要意义。21.1研究农业物料工程性质的重要意义在设计收获、输送、分级、清选、干燥、冷却、贮藏、加工、检测控制仪表等机械和设备时，必须了解物料这些最基本的工程参数。收获分级输送贮藏秸杆加工水果加工线蔬菜加工线31.2农业物料的形态特征1.2.1尺寸和形状

在许多应用中，如机械分选和分级、气流输送和分离以及产品的热处理等都必须精确地确定物料的形状和尺寸。物料的形状和尺寸是不可分割的两个参数,要充分地描述一个物料的形状，同时需要这两个参数。41.2农业物料的形态特征1.2.1尺寸和形状

农业物料的形状大多是不规则的。按其形态来说，有块体(如水果、块根等)、粒体(如种子和谷粒等)、粉体(如面粉和饲料等)以及茎叶体等。由于栽培和饲养条件、气象条件、含水量等不同，即使同一个品种或同一棵植株上的果实或谷粒，它们的形状也是各不相同的。由于农业物料形态差异很大，所以难以用统一的方法定义物体的形状和尺寸。目前采用的方法大部分是根据研究者的实际需要而自行定义的。51.2农业物料的形态特征1.2.1尺寸和形状

圆形扁圆长椭圆圆锥形卵形歪斜形倒卵形椭圆形平头形不对称1.2.1.1圆形与球形

61.2农业物料的形态特征1.2.1尺寸和形状

1.2.1.1圆形与球形

为了将物体的实际形状与基准形状（如球体和圆等）进行比较，引入圆度与球度概念。(1)圆度

圆度是表示物体角棱的锐度，表明物体在投影面内的实际形状和圆形之间的差异程度。用下式计算：R1R2R3R4R5R71.2农业物料的形态特征1.2.1尺寸和形状

1.2.1.1圆形与球形

(2)球度

球度是表示物体实际形状和球体之间的差异程度。假定物体的形状为三维椭球，它们和三个座标轴的截距分别为a、b和c，外接球的直径是椭球的最大截距a，则根据上述定义球度s为：81.2农业物料的形态特征1.2.1尺寸和形状

1.2.1.2尺寸的表示(1)粒径

粒径是用来表示粒状或粉状物料的形状和尺寸的一种方法。可分为单个粒子的单一粒径和表示许多不同尺寸组成的粒子群体的平均粒径。

表单一粒径表示法名称计算式名称计算式二轴算术平均值（a+b）/2几何平均值圆等值径(4f/π)1/2调和平均值定向径dg体积平均值3abc(ab+bc+ac)-1注：f——投影面积。91.2农业物料的形态特征1.2.1尺寸和形状

1.2.1.2尺寸的表示(1)粒径：粒子群体的平均粒径。

101.2农业物料料的形态态特征1.2.1尺寸和形状

1.2.1.2尺寸的表表示(2)粒径计算算方法：：1)粗颗粒按按质量与与粒子数数根据球球体积公公式计算算平均匀匀粒径；；2)细粉平均均粒径：：筛分法法。a.确定测定定全部粒粒子的粒粒径分布布。将一一定量粉粉料用筛筛孔尺寸寸d1、d2、……dm+1个筛子的的m+1个筛子进进行分级级；b.d1至d2的粒子其其平均直直径为D1=（d1d2）1/2，其质量量百分数数为x1;d2至d3的粒子其其平均直直径为D2=（d1d2）1/2，其质量量百分数数为x2;……dm至dm+1的粒子其其平均直直径为Dm=（dmdm+1）1/2，其质量量百分数数为xm;c.调和平均均径为ds={∑(xi/di)}-1d.算术平均均径为ds=∑∑(xidi)111.2农业物料料的形态态特征1.2.1尺寸和形状

1.2.1.2尺寸的表表示(3)粒度分布布粒度累积分布曲线

d50粒径累积分布量(%)粒度累积积分布曲曲线粒度频率分布曲线

d50粒径分布量(%)121.2农业物料料的形态态特征1.2.2密度

农业物料料的体积积、密度度和比重重在许多多场合是是必不可可少的原原始数据据。干草的干干燥和贮贮存、青青贮仓和和贮存仓仓的设计计、青贮贮料的机机械压缩缩、颗粒粒饲料和和草饼的的稳定性性、分离离和分组组、气流流和水力力输送、、种子纯纯度测定定和成熟熟度评定定等都需需要密度度和比重重的数据据。物体每单单位体积积内所具具有的质质量称密度。物体的质质量与同同体积的的l大气压、、4℃的纯水的的质量之之比称比比重。131.2农业物料料的形态1.2.2密度

1.2.2.1真实密度度真密度又又称固体体密度，，是把试试料仔细细粉碎除除去物料料内部空空洞所占占体积求求得的密密度。农业物料料的密度度及测量量：浮力法、、比重瓶瓶法，比比重梯度度法、气气比法和和定容积积压缩法法液浸法—悬浮法气体置换换法——压力比较较法141.2农业物料料的形态态特征1.2.2密度

1.2.2.2容积密度度与孔隙隙率容积密度度松散物料料孔隙所所占体积积和整个个物料所所占体积积之比为为孔隙率。固体农业物料组成物的密度组成成分密度(kg/m3)组成成分密度(kg/m3)葡萄糖1560脂肪900～950蔗糖1590盐2160淀粉1500柠檬酸1540纤维素1270～1610水1000蛋白质1400151.2.3农业物物料形形态特特性在在农业业工程程中的的应用用1.2.3.1品质评评定良好的的谷粒粒和种种于都都是颗颗粒健健壮饱饱满、、容积积密度度大的的。1.2.3.2确定物物料清清选和和分级级工艺艺(1

(2)根据形状分级、清选

1617181.3农业物物料的的机械特特性1.3.1应力、应变与破坏农业物物料的的机械械特性性主要要包括括应力力、应应变与与破坏坏特性性、流流体动动力学学特性性、流流变特特性、、摩擦擦特性性等。。农业物料料的机机械特特性是是运输、、选择择、搅搅拌、、计量量等工艺设设计和和机械械配备备的设设计依依据，，是应应优先先考虑虑的问问题之之一。。破坏的的弊端端：谷物物破损损易招招虫和和吸湿湿霉变变，种种子破破损后后发芽芽率降降低，，蔬菜菜和水水果碰碰撞受受伤后后很快快褐变变霉烂烂，等等等。。破坏的的应用用：比如如小麦麦制粉粉、饲饲料粉粉碎、、青贮贮铡断断、薯薯类打打浆等等，都都希望望易于于破碎碎或部部分易易于粉所以必须了解物料破坏原因及受力与变形、破坏的关系。191.3农业物料料的机械特性性1.3.1应力、应变与破坏1.破坏原因因：机械力；；其它应力力；物料自身身的生化化作用。2.破坏形式式：切割、拉拉伸、压压缩、撞撞击、扭扭转等。。3.农业工程程中应根根据物料料的特性性，选择择适当201.3农业物料料的机械特性性1.3.2流体动力学特性在农业工工程中以以空气或或水作为为载运体体，利用用流体动动力学原原理对农农业物料料进行加加工、输输送和分分离是比比较常用用的方法法。这时时，固体体物料存存在于流流体之中中，并受受到来自自流体的的力的作作用。因因此，了了解农业业物料流流体动力力学特性性是十分分必要的的。1.阻力与升升力V——流体流速；FL——升力；FD——阻力。211.3农业物料料的机械特性性1.3.2流体动力学特性1.阻力与升升力流体对物物体的阻阻力是由由摩擦阻力力和形面阻力组成。摩擦阻力为作用在物体体表面上的切切向力沿相对对运动方向上上的总和。形面阻力或压压差阻力是由于流体的的附面层在物物体后部产生生分裂而形成成涡流，使后后部的压力降降低所致，其其数值为作用用在物体表面面上所有压力力沿相对运动动方向上的总总和。在层流或低速流动中中，流体的密密度变化不大大，粘性作用用支配着流体体的流动，形形面阻力可以以忽略不计。。在紊流或高速流动中中，流体受压压缩而不受粘粘性作用支配配，摩擦阻力力可忽略不计计，形面阻力力占主导地位位。221.3农业物料的机械特性1.3.2流体动力学特性1.阻力与升力流体的阻力可式中：FD——阻力；

A——物体投向相对速度垂面上的面积；

ρf——流体的密度；

C一阻力系数，与物体的形状、表面状态和雷诺数有关，一般由实验确定。

231.3农业物料的机械特性1.3.2流体动力学特性1.阻力与升力圆球和圆盘的的阻力系数241.3农业物料的机械特性1.3.2流体动力学特性1.阻力与升力表面光滑的圆柱周围的静压系数分布正压负压0°100°180°

(a)251.3农业物料的机械特性1.3.2流体动力学特性2.物料在流体中中的临界速度度沉降速度：物料从静止止的流体中自自由下落，最最终达到匀速速向下运动，，把这一速度度称为该物料料的沉降速度度。悬浮速度：如果流体以物物料沉降速度度向上运动，悬浮速度和沉降速度其意义不同而数值相同，把沉降速度和悬浮速度统称为临界速度。261.3农业物料的机械特性1.3.2流体动力学特性2.物料在流体中中的临界速度度物料在静止流流体中自由下下落达到临界界速度时，物物料受到的流体阻阻力、重力和和流体浮力将将达到平衡，，即Fg=Fb+Fr式中：Fg——重力，Fg=mg；Fb——浮力；Fb=m/ρsρfg，ρs——物料密度，ρf——流体密度；Fr——流体对物体的的阻力，Fr=0.5CAρfv2则有物料的临界速速度：FgFbFr271.3农业物料的机械特性1.3.2流体动力学特性2.物料在流体中中的临界速度度(1)球形物料的临临界速度质量：投影面积：临界速度：281.3农业物料的机械特性1.3.1流体动力学特性2.物料在流体(2)不规则物料的的临界速度物料形状对临临界速度影响响很大。C不规则>C球→当物料达到临临界速度时，，由于不规则则形状物料和和当量球体所所受重力和浮力相等，所以二者所受受阻力也相等等，即291.3农业物料的机械特性1.3.2流体动力学特性2.物料在流体中中的临界速度度(2)不规则物料的的临界速度式中：vts——不规则物料的的临界速度；；vts———当量量球球体体的临临界界速速度度；；φ————形状状修修谷粒的形状修正系数谷粒种类水稻小麦高梁玉米大豆形状修正系数3.022.472.172.111.33301.3农业业物物料料的的机械械特特性性1.3.2流体动力学特性2.物料料在在流流体体中中(2)不规规则则物物料料的的临临界界速速部分农业物料的临界速度物料临界速度(m/s)物料临界速度(m/s)物料临界速度(m/s)小麦9-11玉米9.8-14苹果38.5-41.3面粉2-3花生12.5-15砂糖8.7-12大麦8.4-10.8高梁9.8-11.8李子31.9稻谷8.1-10.1小米13.2大豆10菜籽8.2茶叶6.9马铃薯23.2-32.9311.3农业业物物料料的的机械械特特性性1.3.2流体动力学特性2.临界界速速度度应应用用(1)气流分级、分离机风臂筛网风机喂料单道气流分选机321.3农业业物物料料的的机械械特特性性1.3.2流体动力学特性2.临界界速速度度(1)物料料清清选选分分离离1、阶阶梯梯抖抖动动板板2、风风扇扇3、筛筛子子4、谷谷物物螺螺旋旋推推运运器器5、杂杂余余螺螺旋旋推推运运器器气流流筛筛子子式式构构造造331.3农业业物物料料的的机械械特特性性1.3.2流体动力学特性2.临界界速速度度应应用用(2)气力力输输送送影响响物物料料流流动动状状态态的的因因素素主主要要是是气气流流速速度度和和物物料料在在气气流流中中的的浓浓度度。。高速速气气流流物物料料悬悬浮浮流流动动，，管管内内下下部部密密度度大大(图a)；气流流速速度度降降低低时时，，物物料料出出现现疏疏密密不不均均状状态态，，在在管管底底出出现现砂砂丘丘：：比比堆堆积积层层(图b)；流速速再再降降低低时时，，砂砂丘丘堆堆积积流速进一步降低会使管底物料堵塞不动，仅有一部分在管顶呈波状前进(图d)。341.3农业业物物料料的的机械械特特性性1.3.2流体动力学特性2.临界界速速度度应实际际设设计计中中，，应应有有足足够够的的式中φ——速度系数。部分农业物料的常用气流输送速度物料输送速度(m/s)物料输送速度(m/s)物料输送速度(m/s)小麦15-24玉米25-30碗豆17-27面粉10-18花生15砂糖25大麦15-25棉籽23盐27-30稻谷16-25亚麻籽23大豆18-30大米16-20谷壳14-20荞麦15-23351.3农业物物料的的机械特特性1.3.2流体动力学特性2.临界速速度应应用(2)气力输输送361.3农业物1.3.2流体动力学特性2.临界速速度应应用(3)水力输输送水力输输送主主要用用于饲饲料、、畜禽禽粪便便、水水果和和蔬菜菜等的的输送送。按输送送方式式可分分为敞敞开式式沟槽槽和封封闭式式管道道两种种。水力输输送的的优点点是比比较经经济而而且可可减小小物料料的损损伤，，在输输送过过程个个又对对物料料进行行了清清选。。371.3农业物物料1.3.3流变特性农业物物料的的流变变特性性是研研究物物料在在外力力作用用产生生的变变形和和流动动，以以及载载荷作作用的的时效效。用用应力力、应应变和和时间间三个个参数数来表表示。。研究应应力、、应变变和时时间关关系及及物体体的变变形与与流动动科学学称为为流变变学。。农业物物料如如种子子、水水果、、蔬菜菜、研究农业物料的流变特性有利于深入了解物料的结构，改进农业产品加工中的质量，为加工设备提供设计论据，等。381.3农业物物料的的机械特特性1.3.3流变特性1.理想物物体的的流变变特性性物体在在外力力作用用下产产生变变形，，其表表现形形式为为变形理想弹性体——虎克体理想粘性体——牛顿流体理想塑性体——圣维南体

研究时常以上三个理想体的不同组成合建立实际物料的流变模型。39理想弹弹性本本应力力应变变关系系可用用虎克克定律律表示示如下下：E=σ/εE——弹性模模量σ——拉伸或或压缩缩应力力ε——拉伸或或压缩缩应变变当理想想弹性性体受受到剪剪应力力时，，其剪剪切模模量可可由下下式求求出G=τ/γG——剪切模模量τ——剪切应应力γ——剪切应应变1.1.3.3流变特性1.理想物物体的的流变变特性性（1）理想想弹性性体当理想想弹性性体受受到静静液压压力作作用时时，体体积模模量由由下式式求出出K=P/εVK——体积模量P——静液压力εV——体积变化应变ε应力σ40τ=η式中：τ——剪切应力η——粘度——剪切应变速速率1.3农业物料的的机械特性1.3.3流变特性1.理想物体的的流变特性性（2）理想粘粘性体液体阻碍碍或抵抗抗自己流流动的性性质称为为粘性。流体在在静止、、流动状状态下都剪切速度剪切应力τ411.3农业物料料的机械特性性1.3.3流变特性1.理想物体体的流变变特性（3）理想塑塑性体当σ<σσbε=0当σ>σbε→∞应变ε应力σ421.3农业物料料的机械特性性1.3.3流变特性2.粘弹性实际物料料性质与与理想物物料的性性质有很很大的差差别。表表现在：：

(2)应力和应变关系与应变速率及时间的高阶微分方程有关。粘弹性：物料的应力、应变、应变速率与时间相关产生的特性，既有液体的特性，又有固体的特性，是两种特性的综合。431.3农业物料料的机械特性性1.3.3流变特性3.流变模型型农业物料料不是简简单的弹弹性体、、粘性体体、塑性性体，单单一模型型不能表表达物料料的性

建立流变模型必须满足以下条件：

(1)模型必须能预测任何应力—应变情况下的实际物料性质；

(2)模型必须能适应拉伸和压缩应力及其对应的应变；

(3)在实际物料中，当流变特性发生变化时必须能依据模型参数加以解释。441.3农业物料料的机械特性性1.3.3流变特性3.流变模型型EηABσp=σv=ηγσs=Eεs弹性元件件粘性元件件塑性元件件(1)流变模型型的基本本单元和和流变方方程式451.3农业物料料的机械特性性1.3.3流变特性3.流变模型型(2)麦克斯韦韦模型应变ε应力σ时间t时间t麦克斯韦模型应力松弛曲线麦克斯韦模型Eησ461.3农业物料料的机械特性性1.3.3流变特性3.流变模型型(3)开尔文模模型应变ε时间t时间t应力σ开尔文模型Eση471.3农业物料料的机械特性性1.3.3流变特性4.实际物料料的流变变特性481.3农业物料的机械特性1.3.4摩擦特性1.滑动摩擦角滑动摩擦角表示散粒物料料与接触固体体相对滑动时时，散粒物科科与接触面间间的摩擦特性性，其正切值影响滑动磨擦擦角的因素：：(1)物料的含水率率。一般随含含水率增加而而增加。(2)接触面的材料料和粗糙度。。(3)运动速度。式中：F——摩擦力；N——正压力。491.3农业物料的机械特性1.3.4摩擦特性1.滑动摩擦角物料农业物料的滑动摩擦角钢板木板橡胶板水泥板小麦22283032大麦25323331稻谷27293136玉米20222324大豆192425高梁20233727面粉333519豌豆141526蚕豆202426向日葵272430马铃薯272930501.3农业物料的机械特性1.3.4摩擦特性1.滑动摩擦角应用：(1)维持或改变物物料的运动状状态。如：在物料输送中中，选用摩擦擦系数较小的的材料做螺旋旋叶片和外壳壳，减少正压压力以降低摩摩擦力；添加加润滑剂以降降低摩擦系数数；物料精选选中选用具有有相应摩擦系系数的筛片或或网面。

(2)应用摩擦特性。

如：常用带式摩擦分选装置主要部件为一条具有一定倾角的回转带。511.3农业物料的机械特性1.3.4摩擦特性1.滑动摩擦角应用：(3)合理设计结构构。整体流漏漏斗流如果散粒物料料在料仓和料料斗的中心部部分产生漏斗斗状的局部流流动，而周围围其它区域漏斗流流动时，先装进去的物料后流出来，漏斗状通道周围的静止物料形成死区，减少了料仓的有效空间。在狭窄的漏斗状通道中流动不稳定，速度不均匀，容易在料斗内“结拱”，引起流动中断。521.3农业物料的机械特性1.3.4摩擦特性1.滑动摩擦角应用：(3)合理设计结构构。设计料斗时应应使物料获得得整体流。料斗锥顶半角一般在15～20°之间较为合适。531.3农业物料的的机械特性1.3.4摩擦特性2.流体物料的的摩擦特性性流体接触固固体部分受受摩擦牵动动后会影响响其相邻层层，并不断断向远处传传递，其逐逐层摩擦牵牵动主要受受流体粘性性的作用。。流体粘性性越大，其其摩阻也越越大，驱动动时要更大大的力，流流动中减速速也快。液体的流动动性用粘度来表示。粘度的定义义：是指距距离lm的流体内有有影响粘度的因素：1）温度2）压力（高压）↑→液体的粘度↑3）溶液浓度↑→液体的粘度↑541.3农业物料的的机械特性1.3.4摩擦特性2.流体物料的的摩擦特性性551.3农业物料的的机械特性1.3.4摩擦特性2.流体物料的的摩擦特性性应用：主要用于评评定物料的的质量。561.3农业物料的的机械特性1.3.4摩擦特性3.散粒物料的的摩擦特性性休止角指散散粒物料从从一定高度度自然连续续地下落到到平面上时时，所堆积积成的圆锥锥体母线与与底平面的的夹角。休止角反映映了散粒物物料的内摩擦特性性和散落性性能，表示单粒物料在料堆堆上滚落能能力。571.3农业物料的的机械特性1.3.4摩擦特性3.散粒物料的的摩擦特性性影响休止角角的因素：：形状：粒子愈接接近于球形形，其休止止角愈小。。尺寸：对于同一种种物料，粒粒径愈小休休止角愈大大。这是由由于细小的的粒子之间间相互粘附附较大的缘缘故。含水率：随含水率率增加而增增大等有关关。这是因因为每个粒粒子被潮湿湿的表层包包围，使其其内摩—按力和粒子子间粘附作作用增加。。堆放条件：如果对物料料进行振动动，则休止止角减小。。物料粒子子愈接近于于球形、粒粒径愈大，，振动影响响愈显著。。581.3农业物料的的机械特性1.3.4摩擦特性3.散粒物料的的摩擦特性性应用：散粒物料的的半流体性性质对仓壁壁有较大。。侧压卸料口口应安排在在仓底中部部以防侧口口卸料造成成仓壁偏压压倒塌。侧偏力卸料侧卸形成侧偏591.4农业物料的的热特性农产品销售售前往往经经受各种类类型的热加加工，如加加热、冷却却、干燥、、冷冻、脱脱水等，产产品温度的的变化很大大程度上取取决于它本本身的热特特性。农业物料的的加热或冷冷却可采用用导热、对对流和辐射射等方式完完成。比热、导热热率、导温温系数、对对流换热系系数、热辐辐射系数等等是设计热热加工设备备或预测加加工过程的的基本数据据。在加热或冷冷却过程中中为保持产产品品质，，必须限制制产品的温温度，这同同样需要了了解其热特特性。热处处理理必必须须选选择择适适当当的的温温度度与与时时间间以以保保证证最最佳佳效效果果，，这这些些参参数数的的选选择择都都与与热热特特性性密密切切相相关关。。农业业物物料料的的热热特特性性随随成成分分、、物物理理结结构构、、物物质质状状态态、、含含水水率率、、温温度度的的变变化化面面改改变变。。601.4农业业物物料料的的热特特性性1.4.1传热的基本方式热量量传传递递有有三三种种基基本本方方式式：：导导热热、、对对流流和和辐辐射射。。1.导热热热量量从从温温度度较较高高的的物物体体传传到到温温度度较较低低的的物物体体，，或或者者从从从从一一个个物物体体中中温温度度较较高高的的部部分分传传到到温温度度较较低低的的部部分分为为导导热热。。2.对流换热热流体各部部分之间间发生相相对位移移，把热热量从一一处带到到另一处处，这种种现象称称为对流。流体内部部存在温温度差时时，因流流体密度度随温度度改变所所引起的的流体流流动称为为自然对流流。流体依依赖外力力产生的的流动称称为强制对流流。流体对流流时和固固体表面面之间热热量传递递过程称称为对流热热热。3.辐射辐射是固固体、液液体和气气体因温温度不同同，物体体间相互互进行的的辐射和和吸收形形成的换换热过程程。611.4农业物料料的热特性1.4.2农业物料具有的热特性

1.比热一定量物物质温度度每升高高1K所吸收或或放出的的热量称称为该物物质的比比热。恒压过程程中的比比热称为为定压比比热。恒容过程程中的比比称称为为定容比比热。农业物料料的比热热随组成成成分、、含水率率、温度度而变化化。1892年Siebel提出，农农业物料料比热可可取物料料中水的的比热以以及与水水结合在在一起的的固体物物质的比比热之和和。由下下式计算算：C=（Cw-Cd）M+Cd式中：C——农业物料料的比热热；Cw———水的比热热；Cd———固体干物物质的比比热；M——湿基含水水率621.4农业物料料的热特性1.4.2农业物料具有的热特性

1.比热631.4农业物料料的热特性1.4.2农业物料具有的热特性

1.比热(1)农业物料料的比热热随含水水率而变变，一般般呈线性性关系；；由于物物料干物物质的比比热远小小于水的的比热，，所以农农业物料料的比热热值视含含水量而而变。(2)一般，农农业物料料的比热热随温度度的升高高而增大大。641.4农业物料料的热特性1.4.2农业物料具有的热特性

2.导热系数数导热系数数又称导导热率，，是两个个具有温温度梯度度的平面面间的单单位面积积传导的的热量，，反映了了物料的的导热能能力。农业物物料含含有大大量水水分，，和比比热一一样，，物料料的导导热率率也可可根据据它们们的含含水率率和固固体干干物质质导热热加以以计算算，如如下式式：K=MKw+(1-M)Kd式中：：Kw、Kd分别为为水和和固体体干物物质的的导热热率。。651.4农业物物料的的热特性性1.4.2农业物料具有的热特性

2.导热系系数(1)农业物物料的的导热热率随随含水水率而而变，，一般般呈线线性关关系。。661.4农业物物料的的热特性性1.4.2农业物料具有的热特性

2.导热系系数(2)除水和和甘油油外，，大多多数液液体物物料的的导热热率随随温度度的升升高而而降低低，气气体的的导热热率随随温度度升高高而增增加，，冰的的导热热率大大于水水。谷谷物农农业物物料的的导热热率在在冰点点以上上随温温度升升高而而增大大；冰冰点下下则相相反。。(3)物料的的导热热率受受子粒粒尺寸寸的影影响。。在相相同含含水率率和温温度时时，籽籽粒尺尺寸越越大大大，其其导热热率也也越大大。(4)物料的的导热热率受受容积积密度度的影影响。。在相相同含含水率率和温温度时时，物物料的的导热热率随随容积积密度度的增增加而而增加加。671.4农业物物料的的热特性性1.4.2农业物料具有的热特性

3.导温系系数导温系系数α又称热热散系系数，，是单单位时时间沿沿法向向通过过单位位面积积的热热量除除以比比热、、密度度和温温度梯梯度的的乘积积，是是衡量量物料料受热热后温温度传传导能能力的的一个个重要要参数数。α=K/Cρ=dQ/{dA(dT/dx)Cρ}如果导热率率一定，体体积热容愈愈大则导温温系数愈小小，即物料料贮存热能能能力愈大大，物料不不易加热升升温。681.4农业物料的的热特性1.4.3农业物料热特性在农业工程中的应用

1.为烘干和冷冷却设计工工艺参数和和规范加热烘干热热量多少——比热，从而而确定烘干干温度与时时间；物料热处理理灭菌与消消毒；水果、蔬菜菜气冷贮藏藏时需要物物料的热特特性。2.物料品质检检测应用测定物物料比热的的方法，判判断物料的的纯度。691.5农业物料的的电磁辐射射特性电磁辐射是是电磁波、、特别是相相关的电磁磁能量以波波形式发射射的过程。。电磁波类类型依波的的长短不同同有红外线波、可见光波、紫外线波和X射线波等。各种农业物物料都对不不同波长的的电磁波具具有不同的的反射、折折射、绕射射、散射和和吸收作用用，有时引引起物料内内部组织和和结构的各各种特定变变异。根据这些特特性可对农农业物料进进行检查、、分析、加加工和处理理。701.5农业物料的的电磁辐射射特性1.5.1农业物料的的可见光特特牲1反射特性用反射率R表示，指被被物料反射射回来的光光波强度IR与射向物料料总光波强强度IO之百分比，，即R=（IR/IO）×100%物料对光的的作的作用用711.5农业物料的的电磁辐射射特性1.5.1农业物料的的可见光特特牲1反射特性影响因素：：(1)物料类型；；(2)不同发育成熟阶段.722光透射特性性用透射率T表示，是通过物物料的光波波强度IT与射向物料料光波强度度Io的百分比：：T=（IT/Io）×100%通常用吸光光度A表示:A=log(1/T)影响因素：物料的致致密度和厚厚度；物料对光的的折射与散散射等。应用：反映外表表特性和内内部特性。。例如检查查鸡蛋的新新鲜度。733物料的延迟迟发光特性性夜光表、发发光工艺品品和道路桥桥梁标志经经光照吸收收可见光后后在相当一一段时间内内仍能保持持其较强的的荧光，叶叶绿素经光光照后的数数秒甚至数数分钟内，，表面也会发光光，称延迟迟发光（DLE）。影响因素：(1)光照时间(2)光照强度(3)暗处理（激激发光照射射前是在暗暗室中放置置10～20mln）(4)叶绿素含量量(5)样品的温度度等。744微弱发光目前已经发发现，除了了一般的生生物发光和和化学发光光之外，所所有生物机机体都存在在一种极微微弱的光子子辐射，称称之为超微微弱发光，，其发射光光谱在180－800nm范围，光强强很弱，只只有10－104光子/sec··cm2，量子效率率为10-14－10-9。光虽虽很很弱弱，，但但生生物物机机体体的的这这种种普普遍遍发发光光现现象象却却与与氧氧化化代代谢谢、、解解毒毒作作用用、、细细胞胞分分裂裂和和死死亡亡、、光光合合作作用用、、致致癌癌作作用用以以及及生生长长的的调调节节等等过过程程有有着着内内在在联联系系。。754微弱弱发发光光微弱弱发发光光测测量量仪仪764微弱弱发发光光著名名的的大大豆豆发发芽芽期期间间光光子子发发射射二二维维强强度度分分布布774微弱弱发发光光茶多多酚酚对对于于羟羟自自由由基基（（·OH）引引起起的的DNA损伤伤发发光光有有抑抑制制作作用用0150300450600750900012345Non-DNADNA0.125μg/ml0.25μg/ml0.5μg/ml1.0μg/ml2.0μg/ml随着着茶茶多多酚酚浓浓度度增增加加DNA损伤伤发发光光逐逐渐渐减减弱弱781.5.2农业业物物料料的的其其它它光光辐辐射射特特牲牲可见见光光：波波长长约约为为0.40～0.77μμm不可可见见光光：波波长长0.77～1000μμm的红红外外线线电电磁磁波波波长长0.39～0.04μμm的紫紫外外线线电电磁磁波波1红外外线线作作用用（1）热热效效应应和和穿穿透透能能力力；；（2）散散发发水水分分而而获获得得均均匀匀干干燥燥；；（3）杀虫虫灭灭菌菌；；（4）近红红外外的的光光谱谱分分析析法法可可以以准准确确快快速速地地测测定定谷谷物物、、饲饲料料、、烟烟草草等等农农产产品品的的品品质质和和主主要要成成分分；；（5）远红红外外探探测测器器可可探探测测森森林林灾灾情情、、作作物物长长势势和和预预报报病病虫虫害害等等。。792紫外外辐辐射射（（紫紫外外光光））（1）具有光激发发光现象；（2）根据种子细细胞和化学成成不同，在紫紫外光照射下下发不同色的的光，检验外外观相同的种种子纯度，（3）剔除受霉菌菌（包括玉米米黄曲霉素））感染的谷物物（4）紫外辐射对对动、植物有有较强的生化化反应；强度适当的照照射能促使维维生素D的转化；强度过大只用用于对禽畜舍舍消毒和饮用用水杀菌。801.5.3农业物料的其其它电磁辐射射特牲1微波波长0.1～0.01m，更接近于红外线波；；特点：反射、折射射、散射和吸吸收作用比短短波显著，主要是利用其其辐射的热特特性和生物效效应，有利于于干燥。微波热特性表表现为透入物物料内都的能能量会被物料料吸收而转化为为热能。应用：（1）加热干燥；；（2）杀灭食品和和谷物的有害害微生物；；（3）恰当的剂量量下，可激活活细胞，处理理种子时会增增加发芽率。。81X射线和放射性同位位素波长比紫紫外线还短，，穿透力也强强。γ射线穿过农业生物物有机体时，，会使其中的的水和其它物物质电离，生生成游离基或或离子，从而而影响到有机机体的新陈代代谢。用γ射线辐射处理理可推迟果菜菜的完熟期，，抑制块根、、块茎和鳞茎茎的发芽和延延缓蘑菇的破破膜开伞。应用：（1）诱变育种。（2）杀菌保鲜（γ），出口农产品品需经γ射线杀菌处理理。2放射性辐射波波821.5.4电磁辐射的应应用831.5.4电磁辐射的应应用841.6农业物料的电电特性和磁特特性1.6.1生物电生物体内存在在电位，比如如电鳗具有伤伤及其他生物物的高电压，，许多禽畜在活细胞、组组织和肌体的的不同点之间间均能测得电电位差。在植物中也发发现有生物电电，发芽期间种子胚胚芽和其他部部位间就有电电位差，光合合作用中阳光光照射的明暗暗部位也有电电位差。植株受到机械械、化学或热热流的刺激时时，在受伤和完整整的部位间存存有电位差，，而且电位差差值还随伤势势而增加。851.6.2介电特性定义：大多数农业业物料是吸湿湿性电介质，，即在失去自自由水后是电电介质，具有有自由水时是是导体或半导体，反反映这种变化化的特性为介介电特性。介电常数：在电场充满某某种电介质物物料的情况下下，电通量密密度D与电场强度E之比是一常数数。ε=D/E相对介电常数数：εr=ε/ε0式中：ε0——真空介电常数数。意义：表示该物料可可能贮存电场场能量的能力力，即提高电电容量的能能力。影响因素：电波频率、、含水率和温温度。861.6.2介电特性影响农业物料料介电特性的的因素：(1)电波频率、温温度；水：频率为27MHz时，水在O℃时，ε=89，当水温提高高到25℃和60℃后,则分别下降到到78.3和65.8．去皮花生的介介电特性与含含水率（MC）和电波频率率（f）的关系：ε=3.153—0.049f＋0.136（MC）(2)含水率,如图稻谷含水水率与介电常常数关系；(3)散粒体容积密密度↑→ε0↑；(4)液体压力↑→→ε0↑。871.6.3电阻率大部分农业物物料都含有一一定的水分，，有一定的导导电性，也就就有可测的电电阻率．对干吸湿性物物料，其电阻阻率ρ和水分W有如下关系:logρ=-aW+b影响因素：品种、密度度、温度等。。应用实例：将两根探针捕捕入西瓜，可可测出其电阻阻率和含糖量量的关系；不不仅可对比西西瓜品种；更更能测定西爪爪的成熟度和和内部甜度分分布状况。881.6.4磁特性应用：人体机能有良良好的调理作作用，对其它生物也也有一定调控控作用。例如：（1）植物：利用磁化水（（经磁场处理理的水）灌慨慨农田则有利利干根系吸收收水分和叶与与茎的生长，，使冬小麦增增产10％～36％，玉米增产产10％～18％。891.6.4磁特性（2）动物：蜜蜂远放仍仍能回巢就是是因其腹部有有超顺磁铁。。浇磁化水浇灌灌丝瓜对其根根系生长的影影响901.6.5农业物料电特特性在农业工工程中的应用用1含水率测定：水分与许多多电特性有较较好的线性关关系电阻式、电容容式、电感式式和介电式等等水分测定仪仪2物料的干操：电能加热干干燥湿控准确确，便于自动动化。选用介电损耗耗原理，采用高频（l～150MHz）和超高频（（915～2450MHz。）更有优越越性。3质量评定：区别有生命体和无生命命体、正常体体和伤残体如：用电导仪测牛奶是是否正常；鸡鸡蛋的主频率率值也可判定定其新鲜度.4种子处理：高低频电流处理种子小麦麦、黄瓜和番番茄等能明提提高发芽率；；高压静电常用于茶梗分分检和种子清清选；介电分选；利用直流电促进或抑制洋洋葱、马铃薯薯等的细胞分分裂过程。911.7农业土壤的工程性质1.7.1土壤及农业土壤的形成土壤是指陆地上能能够生长植物物的疏松表层层，是疏松多多孔、含有各各种化学元素素、通气透水水的物质。土壤之所以能能生长植物，，是因为土土壤具有肥力力，指土壤供供给和协调植植

物生长发发育所需要的的水分、养分分、空

气、、热量、扎根根条件和无毒毒害物质的能能力。水、、肥、气、热热是土壤的四四大

肥力因因素，它们之之间相互作用用，共同决决定着土壤肥肥力的高低。。921.7农业土壤的工程性质1.7.1土壤及农业土壤的形成土壤的形成：：岩石风化→碎碎屑→风力、、水力及重力力搬运和堆积积→土壤母质质细菌、放线菌菌、真菌、原原生动物、藻藻类等的滋生生繁衍，其代代谢产物及死死亡分解为植植物能吸收的的养分，改变变土壤母质的的物理，化学学物质，为植植物生长创造造了条件。。植物腐败的枝枝叶及死亡的的机体又回归归到土壤中。。这种经自然然现象和生物物及微生物反反复作用结果果即形成自然然土壤．农业土壤：人类通过耕作作、施肥、灌灌溉或排水，，施用土壤改改良剂，平整整土地，栽培培农作物等农农业措施，使使土壤适合于于农作物生长长。通常旱田田农业土壤的的最上层是厚厚约15～20cm的耕作层。931.7农业土壤的工程性质1.7.2土壤孔隙率、土壤水和空气小试验：一方普通的土块，用力将土压实，土块体积变小，约为一半。结论：土壤中有空隙。土壤孔孔隙度度：单位土土壤体体积内内孔隙隙所占占的比比例。。土壤孔孔隙度度（%）=（1―容重∕∕比重重）×100

固相：矿物质(骨架)，有机物，微生物，约占总体积的50%。土壤

液相：土壤水分。

气相：土壤空气。941.7农业土土壤的的工程性性质1.7.2土壤孔隙率、土壤水和空气土壤水水：水分作作为土土壤的的重要要组成成部分分，参参与土土壤中中不断断进行行的各各种物物质和和能量量的转转化。。吸湿水水：土粒粒依据据分子子引力力和静静电引引力从从土壤壤空气气中吸吸收的的气态态水分分，是是最靠靠近土土粒表表面的的一层层水膜膜。影响空气湿湿度。。膜状水水：土壤壤含水水量达达到吸吸湿系系数后后，土土粒剩剩余的的分子子引力力和静静电引引力吸吸附的的液态态水膜膜。毛管水水：土壤壤含水水量超超过最最大分分子持持水量量时依依靠毛毛管力力保持持在毛毛管孔孔隙中中的液液态水水。重力水水：土壤壤含水水量超超过田田间持持水量量后，，多余余的由由于重重力作作用沿沿大孔孔隙向向下渗渗漏的的水分分。951.7农业土土壤的的工程性性质1.7.2土壤孔隙率、土壤水和空气土壤空空气：一般情情况下下，土土壤空空隙被被水和和空气气共同同占据据。土土壤也也和自自然界界许多多生物物活体体类似似，在在不停停地进进行着着“呼吸”。土壤空空气组组成复杂，，最重重要且且所占占分量量最多多的是是O2的CO2。一般般，土土壤中中CO2含量比比大气气含量量高5-10倍，O2含量比比大气气稍低低；土土壤空空气湿湿度在在99%以上；；还原原性气气体如如CH4、H2S比大气气中多多。植物根根系、、微生生物和和一些些小动动物生生长都都需要要氧，，同时时排出出CO2，如果土土壤中O2含量过低低，或和和CO2和其他还还原性气气体积累累过多，，就会影影响植物物的生长长。综上，土土壤空气气是土壤壤肥力的的的重要要要素之之一，参参与土壤壤中不断断进行的的各种物物质和能能量的转转化。961.7农业土壤壤的工程性质质1.7.3土壤含水率与土壤状态土壤含水水率与其其力学性性质密切切相关。。随着含水水率增加加，土壤壤的性质质可由固固体经塑塑性体最最后变化化为流体体。抗剪剪力、粘粘结力在在塑性左左右接近近最大。。含水率小→大物理状态固体略有可塑性塑限可塑液限粘滞性流体力学性质抗剪强度大→最大→小粘附力大→大→小可压缩性大→大→小粘结力大→大→小对动力机的牵引力大→大→小表粘性性力土壤壤力学性性质和含含水量关关系971.7农业土壤壤的工程性质质1.7.3土壤含水率与土壤状态981.7农业土壤壤的工程性质质1.7.4土壤强度与破坏土壤强度度是土体体在外力力作用下下，由于于土壤的的粘结力力和颗粒粒相互位位移的摩摩擦力等等影响，，不会引引起屈服服应变和和破坏的的最大应应力。外力：剪剪切，压压缩，拉拉伸，穿穿透等。。破坏形式式：断裂裂、压缩缩、塑流流等。理想土垡垡的翻转转991.7农业土壤壤的工程性质质1.7.4土壤强度与破坏(1)抗剪强度度耕层土壤壤在耕作作机械工工作部件件（如犁犁体、中中耕铲等等）作用用下，往往往出现现剪切破破坏，其其剪应力力大致服服从库伦伦定律：：τ=c+σσtgφφ式中τ—剪应力（（kN/cm2）σ—剪切面上上的法向向压应力力（正应应力）；；c—单位粘结结力（kN/cm2），是同同类粒子子间相互互结合在在一起的的作用力力；tgφ——土壤与土土壤之间间的摩擦擦系数，，又称土土壤的内内摩擦系系数；φ—土壤的内内摩擦角角。1001.7农业土壤壤的工程性质质1.7.4土壤强度与破坏(2)承压强度度土壤承压压强度表表示支持持车辆等等载荷不不使其下下陷的支支承能力力。土壤的抗抗压性、、抗楔性性和抗位位移等力力学特性性等，是是构成土土壤耕耕作阻力力的主要要因素。。(1)抗剪强度度1)土壤的抗抗剪强度度与含水水率有关关。随着着含水率率增加，，土壤强强度急剧剧下降。。2)耕作时为为了保证证适当的的碎土性性能，应应选适宜宜的含水水率时耕耕作。1011.7农业土壤壤的工程性质质1.7.5土壤结持度1.凝聚力：：土壤颗颗粒间的的粘结力力，是土土壤产生生强度的的重要原原因。2.附着力：：是土壤壤与其接接触物体体间的的的粘附力力。土壤同金金属接触触面之间间的附着着力，几几乎完全全是因水水膜的表表面张力力所造成成的。因因此，附附着力也也与土壤壤质地、、含水量量、接触触面的材材料和光光洁度等等因素有有关。土土壤沿着着耕地机机械工作作表面的的滑移阻阻力T=F+F′=μN+μ′N′A′式中μ—土壤对钢钢的摩擦擦系数N—作用在工工作表面面上的法法向载荷荷μ′—附着系数数N′—由水膜吸吸附作用用而产生生的法向向载荷A′—吸附水膜膜的面积积当摩擦力力和附着着力大于于土壤凝凝聚力和和内摩擦擦力时，，农具的的工作表表面就会会粘土。。工作部部件表面面粘土，，不但会会使耕作作质量变变坏，而而且会增增加牵引引阻力。。1021.7农业土壤的的工程性质表各各种土壤的的粘结力及及对铁片的的粘着力1.7.5土壤结持度土壤干土的相对粘结力(以灰色纯粘土作为100)湿土对铁片的粘着力(磅/英尺2)

1.硅质纯砂土

2.腐殖质

3.菜园土

4.砂粘土

5.壤粘土

6.灰色纯粘土0.08.77.657.368.8100.03.88.86.47.910.617.21031.7农业土壤的的工程性质A——粘土的粘结结B——细吵壤土粘粘结C——Cecil粘土的粘结结1.7.5土壤结持度1041.7农业土壤的的工程性质1.7.6土壤压实