水稻干燥过程应力裂纹产生的机理研究.pdf

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1、第6期总第240期农业科技与装备No．6TotalNo．240呈Q!兰±鱼旦垒鲤!竺堑旦型苎!!呈里!竺壁!!!堕望旦!旦gY!里鱼里旦旦!P里竺里!』旦翌：呈Q!兰水稻干燥过程应力裂纹产生的机理研究黄丙申，初旭宏，张玲玉，葛宜元，薛向磊(佳木斯大学机械工程学院，黑龙江佳木斯154007)摘要：通过水稻干燥和缓苏过程中稻谷爆腰产生的玻璃化转变分析，确定稻谷在玻璃态下干燥时对爆腰增殖无影响。建议采用2种措施：一是使稻谷在玻璃态下干燥，抑制爆腰产生；二是使稻谷在较高温度下干燥一定时间后，给稻谷缓苏足够时间以降低内部水分梯度，使内部水分均匀，有效地降低稻谷裂纹率

2、和提高产米率。关键词：水稻；干燥过程；应力裂纹；玻璃化转变中图分类号：S375文献标识码：A文章编号：1674—116l(2014)06—0024—02稻谷内部裂纹主要有干燥裂纹和吸湿裂纹两种。从谷物颗粒的横截面来看．干燥裂纹是由谷物不均匀收缩导致脱水不均匀造成的。水分梯度是谷物产生爆腰或裂纹的主要原因。但干燥过程中颗粒内部水分梯度比较大，而水稻裂纹真正在加热干燥时产生不多．往往在干燥结束后72h内持续出现．这是由于稻谷颗粒的材料特性和物理结构发生了变化。因此，稻谷爆腰应是稻谷颗粒内部水分梯度和物质状态变化的综合结果。1干燥过程中稻谷爆腰产生的玻璃化转变分

3、析稻谷干燥一定时间后，颗粒表面已处于玻璃态，水分梯度大，产生的拉应力也大：而稻谷内部进人玻璃化转变区的时间较慢或者尚处于橡胶态．水分梯度较小，因此有较大的塑性，能承受较大的变形。稻谷形成玻璃态层后，在玻璃态层的玻璃化转变开始点处，除承受玻璃态部分收缩引起的拉应力外，同时受到橡胶态层的膨胀力和弯曲力，所以承受拉应力最大。且水分梯度大，此处最容易产生微裂纹，进而引起爆腰。由于爆腰起始点在颗粒玻璃态层的玻璃化转变开始点处．而干燥过程中玻璃化转变起始点处于颗粒表层，颗粒表层强度较大，因此，干燥过程中一般不产生爆腰。如果干燥过程一直在水稻颗粒玻璃化转变温度收稿日期：

4、2014—01—22基金项目：黑龙江省教育厅科研项目(12511549)；佳木斯大学重点科研项目(Ljz2012—08)；黑龙江省大学生创新创业训练项目(201310222048)作者简介：黄丙申(1964一)，男，教授，从事农业机械及农产品加工机械设计工作。以下进行，则颗粒干燥强度低，没有玻璃态的转变．颗粒内部虽有很大水分梯度，但不能起到产生爆腰的作用。在橡胶态下干燥后立即冷却同样要产生裂纹。如果稻谷干燥结束时表面已玻璃化，由于玻璃态的稻谷弹性模量大，急冷时收缩使颗粒内部产生很大且不均匀的应力，其内部由于温度迅速降低而进入玻璃态。稻谷干燥结束时，颗粒内部

5、还存在部分橡胶态区．在稻谷温度急速下降的情况下，其内部不同含水率部分就会在不同水分梯度下分别进入玻璃态．从而引起内部各部分的不均匀收缩和各不相同的应力、应变．所以冷却过程会使颗粒玻璃态层玻璃化转变开始点处承受很大的应力，因而产生爆腰。水稻颗粒内部部分节点的模拟水分梯度(在风温58℃，初始水分为18％的条件下干燥30min后立即冷却)当稻谷干燥结束后，颗粒温度从高于玻璃化转变温度(对应于当时颗粒内部含水率分布)冷却到室温的过程中，颗粒外部先行收缩，内层随后冷却收缩。玻璃态面的弹性模量大，可达到玻璃化转变前的5倍左右，表面小变形即能产生很大的拉应力。此过程中，

6、颗粒表层玻璃态的玻璃化转变开始点逐步往颗粒内部推进。玻璃化转变开始点处承受三方面的拉应力：首先是因表层玻璃态降温引起的拉应力；其次是内部橡胶态因水分均化引起的膨胀力和弯曲力。当颗粒各点都进入玻璃态后，稻谷内部的水分均化仍需很长时间。进入玻璃态时，由于颗粒内部各部分是在不同水分梯度下分别进人玻璃态，既有水分梯度引起的应变，还有温度变化引起的应变，从而引起内部各部分的不均匀收缩和各不相同的应力、应变，致使颗粒内部产生大面积的银纹。银纹不断扩展，最终产生爆腰。因此．干燥后的爆腰可持续很长时间。2014年第6期黄丙中等：水稻干燥过程应力裂纹产生的机理研究252缓苏

7、过程中稻谷爆腰产生的玻璃化转变状态分析在稻谷干燥过程中，常采用间歇干燥工艺。在两个干燥过程之间使用缓苏操作工艺。缓苏是在不加热的情况下，使稻谷在仓内保温一定时间，这是降低颗粒内部水分梯度的主要方法。缓苏时，水稻颗粒内部水分主要沿短轴扩散。缓苏后，颗粒内部的水分分布趋于均匀。由于在缓苏过程中稻谷内部也有水分梯度和玻璃化转变存在，所以缓苏也会影响稻谷裂纹的形成。研究表明，稻谷在风温为50．0℃，47．5℃．45．0℃条件下干燥后立即用30．0℃的密闭环境保存48h，其爆腰率分别为87．2％，70．O％和41．6％，这说明缓苏温度对稻谷温度有很大影响。稻谷温度决

8、定了是否有玻璃化转变的存在．所以缓苏温度对稻谷的爆腰有影响。稻谷的