基于温度场云图的储粮数量监控方法研究

为保障储备粮按照计划进出仓库,同时减少储粮监管与稽核的工作量,该文提出了基于温度场云图RGB颜色特征的储粮监管方法。调用历史粮温数据并进行预处理,生成粮堆各平面温度场云图,利用温度场云图的RGB颜色特征分布计算云图的相似度,据此设定异常判定阈值,计算相邻时间粮堆各平面云图的相似度,依据阈值进行异常检测,从而实现储粮监管。同时该文通过模拟5种粮堆异常情况,进行了模拟检测试验,并与基于温度场云图LBP纹理特征的检测算法进行对比,结果显示:基于温度场云图RGB颜色特征的算法平均查全率、平均查准率、运算速率均优于基于云图LBP纹理特征的算法,分别为98.6%、97.3%、320 ms/次。进行了储粮监管检测试验,结果表明,该方法不仅能够应用于储粮数量的监管,也能够检测出粮堆局部发热。该研究结果为储粮数量监控方法的提出奠定基础。     

玉米粮堆霉变发热过程中的温湿度场变化规律研究

为模拟储粮粮堆局部含水率偏高引起的霉变发热现象,进而研究此现象中温、湿度场的变化规律,该文在试验仓内湿基含水率14.0%的玉米粮堆中心加入湿基含水率18.2%的玉米,在30℃室内储藏40 d。试验粮堆由于霉变引起自发热。试验过程中,通过计算玉米粮堆中垂面内高温区和高湿区的面积变化,从而揭示玉米粮堆霉变发热过程中温、湿度场的变化规律。试验结果表明,粮堆中垂面高湿区面积缓慢扩大,高温区面积开始扩大缓慢,但在与周围粮温最高温差升至3.7℃后,面积扩大速率加快,且高温区与高湿区面积的当量半径r与温度差?T成正比,此正比关系经过了粮库浅圆仓的验证。这为进一步定量分析粮食仓储过程中的高温区和高湿区扩散提供了依据。     

粮食筒仓储粮和卸粮状态下的仓壁侧压力试验研究

为了研究粮食筒仓在储粮状态下的仓壁静态侧压力及中心卸粮状态下的仓壁动态侧压力,该研究利用仓身直径400 mm、仓壁高度700 mm的模型筒仓,以小麦为储料,分别进行了100%、80%和50%仓容3种状态下的静态储粮及中心卸粮的侧压力测试试验,并将仓壁压力实测结果与中国、欧洲和美国相关规范的计算值进行对比。试验结果表明:100%、80%和50%仓容时,仓壁静态侧压力实测值与中国规范计算值的偏差率最小,与美国规范计算值的偏差率最大,其中,距储粮顶面600(100%仓容状态)、160(80%仓容状态)和250 mm(50%仓容状态)处的仓壁静态侧压力实测值超过中国规范的计算值,经过修正后,仓壁静态侧压力实测值均小于规范的计算值;仓壁静态侧压力实测值均小于欧洲和美国规范;在相同高径比时,储粮仓容越小,仓壁静态侧压力实测值与各国规范静态侧压力计算值偏差率越大。与中国规范相比,欧洲和美国规范更偏于安全。仓壁动态侧压力试验结果表明:对于相同高径比的筒仓,中心卸粮情况下,在小麦顶面处于整体流动状态时,不同初始仓容卸粮至同一高度时,同一测点的动态侧压力不同,100%仓容卸粮至50%仓容时C1测点(距仓壁下边缘100 cm处)的动态侧压力为3.376 kPa,80%仓容卸粮至50%仓容时C1测点的动态侧压力为1.528k Pa;小麦由整体流动变为管状流动的过程中均出现超压现象,100%、80%和50%仓容的最大超压系数分别为2.76、2.90和2.68;100%、80%和50%仓容出现管状流动状态的高度位置逐渐下降,说明管状流动的出现位置与初始的储粮仓容相关,初始仓容越小,粮食上表面出现管状流动的位置越低;相同卸粮口卸粮时,出粮高度随时间的变化曲线斜率均约为16.1,即卸粮速率一致;下部测点出现动态侧压力峰值的时间滞后于上部测点。试验结果可为筒仓规范的编制修订提供依据,为粮食筒仓设计提供参考。     

基于卸料流态模拟与观测的储粮仓壁动态压力增大机理研究

粮食筒仓在卸料过程中产生的动态侧压力是筒仓破坏的重要原因。该文基于室内粮食筒仓卸料模型试验,利用高速摄像仪拍摄筒仓中心卸料的全过程,运用图像处理技术分析贮料的流动形式,并测量卸料过程中产生的动态侧压力。在此试验的基础上,利用颗粒流程序PFC3D(particle flow code in 3 dimensions)进行数值模拟,追踪特定颗粒的运动情况。通过比较试验与数值模拟结果,从流态方面探索深仓中心卸料时超压现象产生的机理。研究表明:筒仓在卸料过程中动态侧压力在测点深度4 m的位置达到峰值15.92 kPa。卸料时存在着整体流动和管状流动2种流动形式,2种流动形式的混合区域主要分布在高径比约为1的高度位置,即中上部贮料进行整体流动,底部贮料进行管状流动,且底部贮料流动速度大于中上部贮料的流动速度。在2种流动形式混合区域容易产生承压拱,承压拱的存在阻碍了中上部贮料的正常流动,导致在该区域内产生明显的超压现象,最大超压系数达到2.5。通过研究筒仓在卸料过程中动态压力的增大机理,可为筒仓的安全设计提供参考。     

不同储粮工况下柱承式立筒仓结构动力特性

柱承式立筒仓广泛应用于国家粮食储备,不同储粮工况对其结构动力特性影响显著。为揭示粮食散体对柱承式立筒仓动力特性的影响规律,结合某实际柱承式立筒仓设计制作了缩尺比例为1/25的有机玻璃筒仓模型,在空仓、半仓、3/4仓和满仓4种储粮状态下,进行了振动台模态试验、有限元数值分析和自振频率理论计算。结果表明：不同储粮工况对柱承式立筒仓试验模型的固有频率影响显著,随储粮状态变化,固有频率减小幅度较大,应在结构设计中加以考虑;空仓状态下阻尼比最小,满仓状态比空仓增大42.65%,仓内原有储粮越多,阻尼比增值越大,减震耗能效果越明显;有限元模型一阶固有频率与试验值平均误差为5.1%,所建有限元模型较为合理,为结构动力响应分析及结构设计提供一种合理的数值模拟方法;简化的三质点串联多自由度的弹性动力模型较为准确计算柱承式立筒仓在4种储粮工况下的固有频率,试验值与理论值平均误差为5.6%。研究结果可为柱承式立筒仓结构动力特性计算提供参考,为其抗震性能设计提供理论基础和试验依据。     

不同仓型的粮堆温度场重现及对比分析

为了揭示不同仓型粮堆内温度场和水气分压场随季节的变化规律及其对储粮安全的影响,该文以天津地区的钢板浅圆仓和平房仓为研究对象,以小麦为储粮目标,采用阵列式分布的温度传感器监测粮堆温度,利用温度拟合算法和WU模型构建粮堆温度场模型,重现粮堆在冬末春初之际和夏季的温度场和水气分压场分布;根据温湿度场耦合理论分析其云图特征,并在此基础上比较2种仓储粮状态的差异。结果表明:夏季,浅圆仓和平房仓的小麦粮堆中均存在大体积的冷芯,使整个粮堆可以安全度夏;冬春交替之际,2种仓的粮堆中均存在多区域分层现象,但由于浅圆仓的表层粮堆水分吸收速率大于平房仓,致使次年春季浅圆仓的粮堆表层更易发生结露;根据平房仓小麦粮堆的等温曲线变化方向可推测有邻仓存在,且由2个毗邻的平房仓温度场融汇度可判定邻仓有储粮。研究结果将为粮堆结露研究提供新思路,为结露预测提供理论依据。     

基于粮温统计特征的粮仓库存状态检测方法

粮仓历史库存状态的准确检测可以为清仓查库工作提供线索,该文通过分析粮温统计特征,提出了一种基于历史粮温统计特征的粮仓库存状态(主要包括空仓、新粮、通风3种状态)检测方法。利用粮堆上下相邻层温差和粮温的新异众比例检测空仓态,利用相邻层温差和粮温标准差检测新粮态,利用层温变化率和粮温标准差变化率检测通风态。提出了一种类多变量决策树的粮仓库存状态检测方法;通过分析11个粮仓历史粮温的统计特征,确定了决策树节点特征参数的最优阈值。最后选择7个不同省份的粮仓,利用提出的检测方法进行库存状态检测试验,试验结果显示空仓态、新粮态、通风态的查准率分别为78%、74%、91%,查全率分别为82%、70%、88%。试验结果表明基于历史粮温统计特征的粮仓库存状态检测方法能够较好的实现对空仓态和通风态的检测,能够基本实现对新粮态的检测。     

基于空载温度场模拟与试验的冷藏车冷板布置方式优选

该文通过计算流体力学(computational fluid dynamics,CFD)对常见的3种不同冷板布置方式(冷板顶置、冷板侧置、冷板部分顶置部分侧置)下的空载冷藏车厢内温度场进行了10 h的非稳态数值模拟研究。结果表明:在10 h的非稳态模拟研究中,在车厢高度方向上由上往下,空气温度都呈现逐渐上升的趋势;在车厢长度方向上,靠近车厢中心的区域空气温度更低。壁面附近空气温度较高,温度梯度较大。其中,在冷板侧置的方式下,厢内整体温度较低,各测点温度在-9.5~-7℃范围内,且温度均匀性较好;在冷板部分顶置部分侧置的方式中,各测点温度在起始阶段温差较大,在末段温差有所缩小,最终各测点温度为-9~-7.2℃,测点整体温度与温差稍好于冷板顶置的方式。同时,冷板侧置的方式下,车厢的可用空间较小;冷板顶置的方式的可用容积较大,但是冷板布置于车厢顶部,充注共晶液后会导致车辆重心的上升,降低了冷藏车在运行时的稳定性;冷板部分顶置部分侧置的方式可用空间及重心介于冷板侧置的方式与冷板顶置的方式之间。综上所述,考虑到冷板侧置的冷板布置方式对货物的影响,优先选用冷板部分顶置部分侧置、冷板顶置的方式。综合考虑冷板布置方式对货物的影响,冷藏车厢内可用容积、冷藏车厢的重心高度等因素,研制了2种不同冷板布置方式的冷板冷藏车厢,对车内的温度场进行空载试验,结果表明冷板部分侧置、部分顶置的方式较为合理。同时经过10 h的试验,实测温度与模拟仿真温度的平均偏差为0.9℃,绝对误差在2.5℃以内,说明计算模型可以用于冷藏车厢内温度场的模拟。研究结果可为优化冷板冷藏车的冷板布置方式提供依据。     

基于温湿度场云图的小麦粮堆霉变与温湿度耦合分析

为了研究粮堆霉变和温度场、湿度场的时空耦合关系,该文建立了模拟仓装置,在模拟仓内装入体积比为9∶50的高水分小麦(20.1%,w.b.)和低水分小麦(11%,w.b.),于18℃恒温室内储藏800 h。试验过程中,高水分小麦中心插入30℃的加热元件,短时加热引发粮仓内部湿热迁移,通过构建温、湿度场云图,检测CO_2气体浓度和储藏霉菌变化,揭示温、湿度场与粮堆霉变的时空耦合关系。通过云图观察到湿空气上移而形成窝状高湿区,在温度适宜的条件下,高温中心区由于湿度偏低,几乎不发生霉变,窝状高湿区霉变最严重。当温度降低后,模拟仓内粮堆霉变受到抑制,微生物生长速度减慢。试验结果表明,在温度和湿度的变化和耦合过程中,粮堆霉变不仅是时间的函数,也是空间的函数。由于粮温散失较快,试验过程中,粮堆内没有观察到自发热点。该文可为今后进一步建立粮堆多场耦合规律和储粮过程中霉变发热的监测预报奠定基础。     

山东省粮食作物的化肥施用状况分析

在农户抽样调查数据的基础上，分析了山东省粮食作物上施用化肥的状况。通过对山东省不同地区2003年施肥状况调查并结合统计资料分析表明，粮食作物上施肥占化肥总投入的比例逐年在下降，但单位面积化肥投入量却稳步提高。在氮肥的品种构成中，低浓度的碳酸氢铵提供了46．8％的施氮量，仍占有重要地位。山东省粮食作物单位面积化肥平均用量为251．1kg／hm^2，其中小麦平均施肥量最高，达到277．6kg／hm^2；另外就施氮量来说，玉米施氮量最高，平均用量为175．2kg／hm^2；小麦施磷量最高，平均用量为97．6kg／hm^2；薯类施钾量最高，平均用量为55．7kg／hm^2。从施肥的氮磷比例来看，小麦上施用化肥的氮磷比例为1：0．7，高于推荐施肥比例，玉米上施用化肥的氮磷比例为1：0．25，低于推荐施肥比例。     

山东省粮食作物的化肥施用状况分析

在农户抽样调查数据的基础上,分析了山东省粮食作物上施用化肥的状况。通过对山东省不同地区2003年施肥状况调查并结合统计资料分析表明,粮食作物上施肥占化肥总投入的比例逐年在下降,但单位面积化肥投入量却稳步提高。在氮肥的品种构成中,低浓度的碳酸氢铵提供了46.8%的施氮量,仍占有重要地位。山东省粮食作物单位面积化肥平均用量为251.1 kg/hm2,其中小麦平均施肥量最高,达到277.6 kg/hm2;另外就施氮量来说,玉米施氮量最高,平均用量为175.2 kg/hm2;小麦施磷量最高,平均用量为97.6 kg/hm2;薯类施钾量最高,平均用量为55.7 kg/hm2。从施肥的氮磷比例来看,小麦上施用化肥的氮磷比例为1∶0.7,高于推荐施肥比例,玉米上施用化肥的氮磷比例为1∶0.25,低于推荐施肥比例。     

农户用机械通风钢网式小麦干燥储藏仓的气流场分析

为保障农户收获后高水分粮食不落地安全储藏,针对一种仓壁透气中心带通风立筒的圆形钢网式农户储粮干燥仓,应用CFD法对收获后高水分小麦在进行机械通风时的气流场进行仿真分析,将仓内小麦堆等效为多孔介质,分析静压、动压、流量等空间分布规律。结果表明:仓内静压和动压值随半径(横向)增加呈指数衰减;柱面流量随半径呈幂函数衰减;横截面流量随高度呈指数衰减;粮堆区竖向通风均匀度显著优于横向(径向);流量分布为仓底上粮面仓壁,仓壁气流流量只占总流量的24.6%;实仓风速测试结果与仿真分析结果规律一致,平均相对误差为16.35%,表明基于多孔介质模型和CFD法分析钢网式储粮干燥仓的流场分析具有较好的准确性,研究结果为此类钢网式储粮仓流场分析和优化提供了方法和依据。