基于cfd的储粮装具设计及其仿真

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1、·１８·粮食储藏２０１２（６）檱檱檱檱檱檱檱檱檱殗殗檱檱粮食储藏技术檱檱殗殗檱檱檱檱檱檱檱檱檱＊基于ＣＦＤ的储粮装具设计及其仿真胡耀华１１１２１曾智伟陈康乐张强侯俊才（１西北农林科技大学机械与电子工程学院７１２１００）（２加拿大马尼托巴大学生物系统工程马尼托巴Ｒ３Ｔ２Ｎ２）摘要粮食储藏直接关系着人们所食用粮食的质与量，先进的、适用的储藏技术能最大限度降低储藏期间的粮食损耗，而性能合理的粮仓则是优越储藏技术发挥作用的基础。我国粮食存储的主体是农户，但目前农户储粮在我国是最薄弱的环节，因此，研究适合农户使用的储粮

2、装具就显得至关重要。本研究是在参考现有粮仓的基础上，设计了一种适合农户家用的储粮仓。通过ＣＦＤ软件对不同温湿度条件下粮仓内部温度场和湿度场的模拟，对于在不同环境条件下的储粮安全性进行了分析。研究表明，在低温和中温条件下，该装具有较好的储粮效果，在极端高温或者高湿条件下，由于粮食的呼吸作用加强，容易导致粮食发生霉变和虫害，发生储粮损失。关键词储粮装具ＣＦＤ数值模拟温度场湿度场民以食为天，食以粮为先，粮食安全关系到社控制方程以发现各种流动规律的学科，目前广泛应会的安定和整个国民经济的发展。我国是世界上最用于工业制

3、造、汽车制造、土木工程、环境工程等大的粮食生产、储藏及消费大国，粮食储藏是粮食［７］领域，多用于求解流体的流动和换热问题。运用生产和粮食消费的中间环节，因此，搞好粮食储藏ＣＦＤ技术，可以模拟出整个储粮装具内部的温度［１］具有重要的意义。我国粮食产后损失的最主要且场和湿度场分布及流动情况，对于研究新型储粮装［２］最大的环节就是农村储粮环节。我国约６０％的具及改善现有储粮装具性能都具有其独特的现实意粮食储存在农村，由于储粮条件简陋，技术落后，义。近十多年来，ＣＦＤ有了很大的发展，从最初损失率高达８％～１０％，全国

4、每年粮食损失可达的应用于航天领域，发展到今天的应用于工业领２００多亿千克。如何把农村储粮损失降到最低，如域、环境工程以及农业领域。对于这些问题，过去何开发农村储粮这块无形粮田，促进农民增产增主要借助理论分析方法和物理实验，现在则大多采收，是一个严峻的现实问题。选择合适的具有防鼠用ＣＦＤ方法解决。防潮性能的储粮装具是搞好农户储粮的关键。本研究的目的就是通过运用计算流体力学技储粮是一个由粮食、储粮装具、微生物、昆术，设计出一种适合西北地区农户储藏小麦的装虫、鼠、鸟及周边环境构成的复杂的生态系统。在具，并分析该装具

5、的储粮效果。这个生态系统中的两个物理因子———温度与粮食水分对储粮的品质有着重要的影响。预测储粮系统的１材料与方法温度和湿度对研究者来说是一个挑战。有限元的方１．１模拟粮仓的设计法已经被用在建立谷物储藏的温度和水分转移的模型上［３～６］，但是对粮食储藏过程中温度和湿度随环考虑家庭储粮需要，容量设计为１５００ｋｇ，小麦的密度为８００ｋｇ／ｍ３，所以仓体的大小参照体积境变化的情况研究很少。计算流体动力学（ＣｏｍｐｕｔａｔｉｏｎａｌＦｌｕｉｄＤｙ－公式①：２·ｈ①ｎａｍｉｃｓ）是基于计算机技术的一门用数值方法求解Ｖ

6、＝π·ｒ＊基金项目：西北农林科技大学青年学术骨干项目（项目编号：Ｚ１１１０２０９０３）和杨凌现代农业国际研究院项目（Ａ２１３０２１００５）资助通讯地址：陕西杨凌第４１卷基于ＣＦＤ的储粮装具设计及其仿真·１９·其中，Ｖ为体积；π为圆周率；ｒ为仓体直径；示。ｈ为仓体高。表１小麦在不同含水量下的呼吸强度参照公式①得粮仓仓体的参数为ｒ＝６０ｃｍ，ｈ粮食含水量（％）呼吸强度［ｍＬ／（ｋｇ·２４ｈ）］＝１８０ｃｍ。铁皮密闭仓在防鼠和隔湿方面有很大优１４．４０．６７势，基本可以隔绝鼠患，隔绝仓内外水分流通。具１６．０２．８

7、４体结构如图１所示。１７．０５２．８１１９．２７４．６６２１．２１４２．３３１．３边界条件１．３．１壁面边界温度场仿真时需要考虑壁面内外界的热交换，此时，因为粮仓仓体的尺寸和放置位置及条件的不同，仓体周围的温度环境可能会存在差异。现在此定义：在仿真计算时，仓体各壁面的外界温度条件保持一致。壁厚均为１ｍｍ，导热系数为６０．４Ｗ／ｍ·Ｋ，比热容为０．４５ｋＪ／℃。１．３．２内部边界仓体储粮部分高为１８０ｃｍ，顶部仓室高为２０ｃｍ。定义其仓体储满小麦，中间间隔不影响空气、温度和水分的交换。１．３．３热源项边界储存物

8、质为小麦，比热容为１．６７ｋＪ／（ｋｇ·℃），孔隙度大约为４８．２％。图１仓体结构尺寸图１．３．４外界温度边界储存小麦时，在自然气候１．２数值模拟条件下，温度越低，小麦越不易变质，粮食一般在流体流动需要满足的三大基本定律分别是质量室内储藏，温度差异在一定范围内变化，该研究拟［８］守恒定律、动量守恒定律和能量守恒定律。如果仿真的最低温为６℃，最高温为西北地区历史最高流动包含不同组分的混合，则系统需满足