[发明专利]散装粮堆多场耦合实验装置

说明书

本发明公开了一种散装粮堆多场耦合实验装置，包括上开口模型箱体，箱体内设置有温、湿度传感器，模型箱体的前、后侧壁设置有观察窗；箱体的左、右侧壁均为空腔结构，在其内分别布置有与外部高、低温控制系统相连通的循环水管，箱体开口处设置有伺服柔性加载控制系统：该系统包括扣压在箱体开口处的盖板，盖板下水平设置有压力气囊，气囊下发设有压力传感器。本发明结构简单，操作方便，准确度高，采用装满粮食的模型箱体作为粮仓内的某一具体位置，通过压力控制系统、温度控制系统、通风控制系统、可视化窗口，及红外热数字图像和液滴法，多项措施相互结合，实现了对粮堆内压力场、温度场、湿度场、微气流场的多场耦合规律的研究。

技术领域

本发明涉及大型仓储粮堆的测量，尤其是涉及一种散装粮堆一维多场耦合实验装置。

背景技术

粮食的安全储藏问题关系到国计民生和国家安全。在粮食储藏的所有仓型中，平房仓以其仓容大、造价低、进出粮方便等特点而被广泛应用。目前国家储备粮库中所建的粮仓仓型85%以上为散装粮食平房仓，故平房仓的储粮安全尤为重要。

根据联合国粮农组织调查，全世界每年粮食储藏因霉变损失3％，因虫害损失5％，总合计8％。近年来，我国粮食产量连续提高，年产粮超过6亿吨，全国粮食库存处于历史高位，部分主产区收储矛盾极为突出，确保储粮质量安全难度较大，粮食产后损失数量惊人。

相关研究表明，储藏于粮仓内的大体积粮堆中，存在着压力场、温度场、湿度场、微气流场等多个物理场，各物理因子之间存在着密切的相关联性，即耦合关系，且各物理场是影响储粮品质，甚至是导致粮食霉变、虫害的重要因素。因此，构建粮堆多物理场耦合模型，掌控粮堆压力场、温度场、湿度场、微气流场等多物理因子之间的状态变化规律，指导粮食储藏，减少粮食虫害与霉变，保证储粮品质已成为粮食仓储迫切需要解决的主要问题之一。

在粮食储藏过程中，因外界环境和粮食自身呼吸作用等都会引起粮堆的发热、霉变和虫害，若不及时处理会导致大量粮食变质。所以在粮仓中常通过机械通风来控制粮食温度、湿度，进而抑制粮堆的发热与霉变等现象，而粮堆孔隙率则是研究粮仓机械通风的关键参数。粮堆孔隙率是指粮堆内孔隙体积与粮堆总体积之比。随着装粮高度的增加和粮堆压力的增大，粮食被压实、粮堆密度增加、孔隙率减小、通风阻力增大，在短时间内不易取得理想的降温降湿效果。所以，研究粮堆压力与孔隙率的关系对确定合理的通风指标、减少储粮损失具有重要意义。

目前对粮堆多场耦合的研究多集中于粮堆两个物理场之间的耦合，如粮堆热湿传递的数值模拟研究、粮堆流-力的数值模拟研究、粮堆结露模拟实验等，加拿大曼尼托巴大学研究主要集中于储粮生态系统建模，粮堆热点和安全储存条件，粮堆气流流动，害虫在粮食中的迁移、分布与采样、诱捕之间的关系，图像处理技术评估储粮品质等，关于粮堆压力场、温度场、湿度场、微气流场的耦合规律则研究较少。国家粮食局科学研究院搭建了小麦粮堆结露模拟实验平台，主要目的是为了研究粮食储藏过程中的温度、水分分布和变化过程，但是仅考虑了粮堆的温度和水分，没有考虑大体积粮堆因自身重力而引起的粮堆空间压力场分布的不均匀性对粮食储藏带来的影响。

在大体积粮仓粮堆储藏过程中，因装粮高度的不同，粮堆在自身重力作用下，孔隙率发生改变，而粮堆孔隙率的变化，会影响粮堆微气流和水分的迁移，从而引起粮堆温度、湿度分布的不均匀性。

夏季，仓房在太阳辐射作用下，仓壁四周温度逐步升高，因粮食自身不良导热特性的影响，粮堆自身会形成一个四周热中间冷的“热皮冷芯”状态，形成粮仓稳态场。能量热由仓壁四周指向粮堆内部，同样，按照水分迁移的原理，水分与能量热转移的方向一致，即表层的高温使水分迁移至里层，以致于表层温度升高，水分降低。而高温高湿的环境有利于微生物和害虫的生长，高温低湿的环境粮食则不会被毁坏。因为中间冷芯区域较大，迁移至冷芯的水分相对来说是微小的，也即低温低湿环境，同样不会衍生微生物。外围高温低湿，里层低温低湿，在里外温差的作用下，形成微气流循环，这样的状态是一个稳定状态。