在儲(chǔ)藏過(guò)程中,環(huán)境溫度和濕度是影響儲(chǔ)藏品質(zhì)的重要因素。利用傳感器可實(shí)時(shí)反映糧倉(cāng)局部糧堆糧情,但存在檢測(cè)設(shè)備成本高、無(wú)法有效預(yù)測(cè)糧情和滯后等問(wèn)題;而數(shù)學(xué)模型模擬方法能便捷地獲取倉(cāng)內(nèi)溫濕度等參數(shù)的變化規(guī)律,利于了解糧情變化趨勢(shì)和提前采取相應(yīng)的控溫控濕操作。基于連續(xù)介質(zhì)假設(shè)的模型,將倉(cāng)內(nèi)糧食顆粒與孔隙空間假設(shè)為連續(xù)均勻介質(zhì),與糧堆結(jié)構(gòu)不符。孔道網(wǎng)絡(luò)模型能解釋孔隙空間內(nèi)許多現(xiàn)象,但存在無(wú)法有效描述多孔介質(zhì)骨架信息的問(wèn)題。本文創(chuàng)新性地從糧食顆粒堆積結(jié)構(gòu)出發(fā),通過(guò)EDEM軟件模擬一定容器中的玉米顆粒自然堆積過(guò)程,通過(guò)voro++軟件處理堆積體中的顆粒坐標(biāo)及半徑等數(shù)據(jù),并設(shè)計(jì)相應(yīng)算法編程獲取孔、喉、顆粒間的連接關(guān)系及各自尺寸等參數(shù),建立了倉(cāng)儲(chǔ)糧堆孔道網(wǎng)絡(luò)物理模型,減少了模型與真實(shí)堆積體間的差異;提出了描述該物理模型的三大結(jié)構(gòu)參數(shù):模型規(guī)模數(shù)、幾何信息和拓?fù)湫畔ⅰ＿@三大結(jié)構(gòu)參數(shù)能夠清楚描述多孔介質(zhì)的各項(xiàng)參數(shù),為后續(xù)的數(shù)值模擬計(jì)算奠定了理論基礎(chǔ)。以已有描述干燥過(guò)程的二維多尺度規(guī)則孔道網(wǎng)絡(luò)模型為基礎(chǔ),改進(jìn)了容器尺度和顆粒尺度上的質(zhì)量、熱量和動(dòng)量守恒方程,以及兩尺度間的熱質(zhì)交換方程,結(jié)合初始條件和邊界條件,得到了可描述糧堆機(jī)械通風(fēng)降水過(guò)程的三維多尺度不規(guī)則孔道網(wǎng)絡(luò)數(shù)學(xué)模型。本文利用C++程序語(yǔ)言開(kāi)發(fā)了一款基于孔道網(wǎng)絡(luò)理論的倉(cāng)儲(chǔ)糧堆三維模擬軟件,采用DHE數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)非規(guī)則凸多面體的構(gòu)造和拼接,為物理模型結(jié)構(gòu)參數(shù)獲取及存儲(chǔ)提供了新途徑,并通過(guò)MKL求解庫(kù)實(shí)現(xiàn)數(shù)學(xué)模型的高效求解,實(shí)現(xiàn)了孔隙氣相內(nèi)的分壓、蒸汽密度和溫度,玉米顆粒的平均含水率和溫度、玉米顆粒不同層的含水率等參數(shù)的分布以及變化規(guī)律的模擬預(yù)測(cè)。利用自行搭建的實(shí)驗(yàn)臺(tái)進(jìn)行了機(jī)械通風(fēng)降水實(shí)驗(yàn),測(cè)定了孔隙氣相溫度、孔隙氣相相對(duì)濕度以及相應(yīng)孔隙周?chē)w粒的含水率,獲得了上述參數(shù)的分布以及變化規(guī)律。對(duì)構(gòu)建的規(guī)則糧堆進(jìn)行機(jī)械通風(fēng)降水模擬,結(jié)果表明:模擬結(jié)果與實(shí)驗(yàn)結(jié)果基本一致,該倉(cāng)儲(chǔ)玉米多尺度孔道網(wǎng)絡(luò)模型能夠滿(mǎn)足定性分析要求。
【學(xué)位單位】：中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類(lèi)】：S379
【部分圖文】：

圖１－１孔道網(wǎng)絡(luò)模型示意圖逡逑孔道級(jí)傳輸模型，視物料為離散介質(zhì)，通過(guò)孔（節(jié)點(diǎn)）和喉道來(lái)描述多孔介質(zhì)孔隙的拓?fù)浣Y(jié)逡逑構(gòu)，能從物料結(jié)構(gòu)、分布等方面考慮其對(duì)干燥過(guò)程的影響［４４］（如圖１－１所示）。模型以傳輸過(guò)程逡逑中流體在孔道內(nèi)的流動(dòng)、擴(kuò)散、相變機(jī)理為基礎(chǔ)，描述孔道內(nèi)多相流體的傳輸過(guò)程ｔ２１］�？椎兰�(jí)傳逡逑輸模型以孔道網(wǎng)絡(luò)理論為基礎(chǔ)，孔道網(wǎng)絡(luò)理論和侵入滲流理論一直在石油、水文、干燥、燃料電逡逑池以及土壤科學(xué)領(lǐng)域有廣泛的應(yīng)用，主要用于描述土壤、砂巖和谷物等多孔介質(zhì)內(nèi)部的多相流動(dòng)、逡逑傳質(zhì)等問(wèn)題。在干燥領(lǐng)域中，運(yùn)用孔道網(wǎng)絡(luò)理論描述多孔介質(zhì)中的傳輸現(xiàn)象，多孔介質(zhì)中的流體逡逑僅在孔道空間中進(jìn)行傳輸，僅在骨架表面與孔道發(fā)生質(zhì)量傳遞和動(dòng)量傳遞；熱量傳遞則在骨架和逡逑孔道空間中同時(shí)發(fā)生。雖然糧食干燥不同于糧食儲(chǔ)藏，但是二者的傳輸過(guò)程都涉及到濕熱傳遞，逡逑因而糧食儲(chǔ)藏中也可以運(yùn)用孔道網(wǎng)絡(luò)理論分析儲(chǔ)藏過(guò)程中的問(wèn)題，并建立對(duì)應(yīng)的孔道網(wǎng)絡(luò)模型。逡逑孔道級(jí)傳輸模型具體實(shí)現(xiàn)方法是：根據(jù)研宄的多孔介質(zhì)具體特點(diǎn)

在重力的作用下，糧食顆粒從糧倉(cāng)入口處落入糧倉(cāng)底部并不斷堆積，Ｍ軟件中模擬顆粒堆積的過(guò)程類(lèi)似，因而本文通過(guò)ＥＤＥＭ軟件模擬糧倉(cāng)內(nèi)部糧取穩(wěn)定狀態(tài)下顆粒在倉(cāng)內(nèi)的空間坐標(biāo)和尺寸信息。文中軟件版本為ＥＤＥＭ２．３，默認(rèn)的Ｈｅｒｔｚ－Ｍｉｎｄｌｉｎ無(wú)滑動(dòng)接觸模型，為了簡(jiǎn)化后續(xù)孔隙信息提取，假設(shè)玉米粒，設(shè)置玉米顆粒以及倉(cāng)壁的物性參數(shù)［１（）１］，具體如下表：逡逑表２－１玉米種子物性參數(shù)泊松比剪切模量絕干密度逡逑邐０．４邐１．３７ｅ＋０８邐１．１９７邐０．１８２邐０．４３１邐０．０７８２逡逑邐０．２５邐２．７ｅ＋１０邐２．７邐０．６２１邐０．３４２邐０．０５１５逡逑擬容器尺寸，顆粒尺寸之后（具體設(shè)置后文有介紹），將模擬瑞利時(shí)間步長(zhǎng)百輸出時(shí)間步長(zhǎng)為０．０１邋ｓ，網(wǎng)格大小２邋ｍｍ，模擬時(shí)間總長(zhǎng)為２０邋ｓ。當(dāng)顆粒堆積達(dá)，模擬完畢。在模擬過(guò)程中，設(shè)置的模擬容器尺寸增加、堆積顆粒數(shù)量增加，所需要的時(shí)間也隨之增加。同時(shí)考慮到后續(xù)計(jì)算耗時(shí)，本文在后續(xù)模擬堆積、均采用固定數(shù)量的顆粒進(jìn)行研宄分析。逡逑

邐第二章倉(cāng)儲(chǔ)糧堆多尺度孔道件（ＭＡＴＬＡＢ中的ＱＨＵＬＬ軟件）可以處理類(lèi)似問(wèn)維相關(guān)問(wèn)題，其優(yōu)勢(shì)明顯。它是通過(guò)Ｃ＋＋語(yǔ)言實(shí)現(xiàn)模，因而具備較好的靈活性；它能夠直接針對(duì)每個(gè)細(xì)數(shù)據(jù)的截?cái)嗾`差，同時(shí)能夠處理復(fù)雜的邊界條件：準(zhǔn)似計(jì)算曲面表面（圖２－２的右圖）。同時(shí)，ｖ0ｒ0＋＋軟體顆粒對(duì)應(yīng)一個(gè)凸多面體，而凸多面體的頂點(diǎn)和棱邊為本文物理模型的構(gòu)建提供了思路。逡逑員獲取數(shù)據(jù)以進(jìn)行后續(xù)研宄工作，取圖２－２右圖的圓柱應(yīng)的凸多面體進(jìn)行分析，對(duì)應(yīng)＋／ｅｘａｍｐｌｅｓ／ｃｙｌｉｎｄｅｒ／，如圖２－３所示。為便于觀(guān)察，將中，設(shè)置尺寸容器并處理ＥＤＥＭ軟件得到的顆粒信邋％ａ邋％ｎ邋％Ｆ邋％ｖ％ｆ邋％ｔ”將得到的凸多面體的信息保存，部分信息加粗顯示）：逡逑

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2828780