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。     

竖向压力和剪切速率对小麦直剪强度及剪胀特性的影响

为了得出粮仓设计中粮堆强度和剪胀特性等关键指标,通过直剪试验研究粮堆剪切破坏面上,在竖向压力50~300 k Pa、剪切速率0.78~2.33 mm/min条件下,小麦粮堆单元体的强度和剪胀特性。结果表明:小麦粮堆单元体剪切分为弹性、塑性变形和籽粒压缩3个阶段。小麦粮堆单元体抗剪强度符合莫尔库伦强度准则,剪切速率从0.78 mm/min增大至2.33 mm/min,咬合应力从7.5 k Pa增大至12.9 k Pa,内摩擦角从38.2°变化为35.0°,剪胀角介于5.1°~4.8°之间。弹性阶段发生剪缩,最大剪缩体变小于0.4%;塑性变形阶段发生剪胀,最大剪胀体变大于最大剪缩体变,竖向压力越大最大剪胀体变越小,剪切速率越大随着压力的增大最大剪胀体变的变化越小。研究结果可用于粮仓内粮堆应力、变形的计算,为粮食仓储结构的设计提供依据。     

内衬塑料地下粮食筒仓粮堆温度场研究

为了研究地下仓储粮期间粮堆的温度变化,该研究以湿基含水率为23%的高水分玉米为研究对象,首先采用试验方法对内径3 m,高5 m的地下筒仓在静态储藏条件下的仓内温度场的变化进行了分析。然后基于多孔介质传热理论,使用多物理场数值模拟软件COMSOL对试验仓进行了模拟研究。数值模拟基于实际堆粮高度,充分考虑了仓内谷物颗粒呼吸作用对粮堆内温度场分布的影响,研究了不同初始粮温、粮食种类和装粮季节对仓内温度场的影响。结果表明：静态储藏阶段,粮食的呼吸作用较强,粮堆首先在底部开始升温,并逐渐形成高温热芯,随后热芯位置逐渐向粮堆中上部移动,并最终稳定于距装粮线1 m处。初始粮温为35 ℃时,仓内粮堆温升最高,为6.1 ℃,温度达到峰值后出现下降趋势;在5种不同种类（玉米、油菜籽、大豆、小麦和稻谷）粮堆中,油菜籽堆平均温升最高,为1.6 ℃,玉米堆平均温升最低,为1.2 ℃;不同季节外部环境温度的变化对仓内粮堆温度变化影响很小,仓内粮堆温度在不同季节条件下表现出一致的变化趋势。该研究对地下仓高水分粮储藏期间的温度变化进行了研究,并拓展了数值模拟,可为实际工程提供参考。     

浅圆仓环壁通风降温系统的性能试验与风道设置优化

通风降温是实现粮食保质储藏的重要措施。以大直径浅圆仓为研究对象,建立了环壁分层通风快速降温实验系统,进行了不同工况的降温实验,研究在粮食初入仓阶段的降温过程中,影响粮堆内温度、水分均匀性的因素。结果表明:外界热环境对降温速度有明显影响,过渡季高温期工况和夏季工况下,降温速度分别为0.43和0.16℃/h,纵向层间温差分别为0.5和1.6℃,降温后粮堆平均温度为17.24和22.76℃,分别达到准低温储粮(20℃)和常温储粮(25℃)的范围。采用露点以上温度进行送风,降温过程粮堆内空气相对湿度较为稳定,波动幅度在5%以内。采用计算流体力学(computer fluent dynamic,CFD)方法对环壁风道的配置进行了模拟研究,模拟结果与实验结果的平均相对误差为6.43%,证实了模拟的合理性与准确性。模拟结果表明,环壁风道上移后,增强了上部粮堆的降温效果,提高了整体降温速度,改善了粮堆温度的均匀性。     

仓储稻谷热湿耦合传递及黄变的数值模拟

为了研究稻谷在整个储藏周期的温度、含水率分布规律以及黄变情况,该研究以南昌地区混凝土结构浅圆仓为研究对象,基于多孔介质的传热传质理论和局部热平衡原理,建立了仓储稻谷储藏过程中粮堆内部流动和热湿耦合传递的数学模型,并结合稻谷黄变数学模型,采用数值预测的方法模拟分析了全年自然（密闭）储藏和全年自然（密闭）储藏加机械通风时仓储稻谷内部温度和含水率的分布规律以及稻谷黄变规律。研究发现,当稻谷全年自然（密闭）储藏时,由于谷物呼吸放热,粮堆内部大部分区域温度都非常高,超过了35.0 ℃,并且这部分区域的稻谷极易黄变;自然（密闭）储藏期间,在自然对流的微气流作用下,粮堆内部水分向粮面迁移,导致粮面附近的含水率升高。在自然（密闭）储藏期间进行机械通风时,粮堆内部温度下降,且由于太阳辐射的影响,粮堆高温区在南墙壁附近和靠近南侧的粮面附近,这部分区域的稻谷黄变也较严重;通风后的自然（密闭）储藏期间,在自然对流的微气流作用下,粮堆内部水分向仓底附近迁移,仓底附近的稻谷含水率较高。研究结果为粮食仓储企业安全储粮提供参考和理论依据。     

温室大跨度薄膜风筒送风特性模拟及试验研究

现代大型温室普遍使用送风末端为长距离柔性薄膜风筒的空气处理机组（air handling unit,AHU）作为温度控制功能单元来完成大空间内的热量输送。为探究此类风筒AHU的性能,该研究采用理论分析和数值模拟方法研究其送风特性,并通过试验验证计算模型的正确性。结果显示,薄膜风筒内不同截面的静压在开孔部位急剧减低至0,同时气流速度明显增加,但是影响范围不大,对风筒内的压力场和流场影响较小。在风筒同一截面上不同开孔位置流出的气体速度和速度分布基本一致,以风筒入口端风速2.45 m/s为例,在风筒60.06 m处风筒壁开孔处气流最大速度为5.64 m/s,位于开孔中心处,并垂直与开孔平面向外流动,速度分布为中心流速最高,越靠近孔边缘流速越低。对风筒沿长度方向通过筒壁各开孔流出的风量进行计算发现,在不同风筒入口风速条件下送风量基本保持恒定,均匀性系数均大于0.92,说明此类风筒能够沿长度方向均匀地配送气流,可将热量或者冷量在温室大空间内进行均匀投送,从而为现代大型温室内空间内维持温度场均匀提供保障。     

低屋面横向通风牛舍空气流场CFD模拟

低屋面横向通风(low profile cross ventilated,LPCV)牛舍作为中国大型奶牛场一种新的牛舍建筑形式近年来得到了广泛应用,但实际运行中存在舍内气流分布不均匀、夏季高温高湿、冬季低温高湿等环境控制技术瓶颈。为了研究LPCV牛舍空气流场的分布规律,以指导该种牛舍的改进和优化设计,该文在现场实测的基础上,采用计算流体动力学CFD(computational fluid dynamics)方法,根据现场和实验室实测值所确定的风机、湿帘等边界条件,对LPCV牛舍的气流分布进行了三维数值模拟。模拟时将牛只按与实物原型等比例引入到模型中。模拟结果表明:挡风板和颈枷下面矮墙的设置影响了舍内气流分布的均匀性。在既有牛舍挡风板设置和矮墙高度不能改变的情况下对牛舍进行了局部改造,改造后舍内气流分布得到明显改善,平均风速增加了52.8%,气流不均匀性指标降低了41.8%。模拟值与实测值的对比表明,28个测点测试值与模拟值平均相对误差的平均值为17.1%,说明现场实测与数值模拟有较好的吻合度。该研究可为中国LPCV牛舍结构优化设计和环境调控提供参考。     

长沙地区低温粮仓双层通风屋顶最佳保温隔热层厚度分析

粮仓围护结构保温隔热性能对储粮安全和粮仓能耗有重要影响。粮仓屋顶面积大,是粮仓围护结构接受太阳辐射最强的部位,外界热量主要通过屋顶传入粮仓,因此屋顶是粮仓围护结构保温隔热设计的最重要部位。双层通风屋顶、高反射率的屋面隔热涂料和保温隔热材料等节能技术近年来在粮仓屋顶设计中得到迅速发展和应用。考虑屋顶不同外表面太阳辐射反射率和自然通风对双层通风屋顶传热的影响,该文给出并试验验证了多层屋顶非稳态传热模型和双层通风屋顶传热模型,利用经过验证的屋顶传热模型进行屋顶能耗计算,采用经济性模型和全生命周期理论对长沙地区低温粮仓普通屋顶和双层通风屋顶最佳保温隔热层厚度进行分析,并对采用最佳保温隔热层厚度时的生命周期总投资、净收益及回收周期进行计算和比较分析。研究结果表明:屋顶外表面太阳辐射反射率对长沙地区低温粮仓屋顶最佳保温隔热层厚度和经济性有较大影响,双层通风屋顶可以减小屋顶最佳保温隔热层厚度,长沙地区低温粮仓可采用双层通风屋顶和高反射率的屋面隔热涂料降低粮仓能耗,减少因能源消耗而引起的环境污染问题。长沙地区低温粮仓普通屋顶挤塑聚苯乙烯和膨胀聚苯乙烯最佳保温隔热层厚度为0.106~0.183 m,生命周期内最大净现值为417~633.38元/m2,投资回收年限为2.39~2.96 a。低温粮仓屋顶最佳保温隔热层厚度随屋顶外表面太阳辐射反射率的增大而减小,双层通风屋顶可以减少屋顶保温隔热层投资回收年限。该屋顶最佳保温隔热层厚度确定方法对于指导低温粮仓屋顶保温隔热设计具有一定指导意义。     

水稻直播机气流式分层施肥系统设计与试验

针对水稻不同生长期施肥劳动强度大和肥料易堵塞的问题,该文提出了一种水稻分层施肥技术,根据水稻种植农艺要求和根系分布特点,在水稻直播时将整个生长期所需肥料一次性分层施入土壤中,浅层施肥深度为30～40 mm,距离水稻行距离为50 mm,为水稻苗期生长提供养分;深层施肥深度为70～100 mm,深层施肥沟在2行水稻中间,为水稻的后期生长提供养分。设计了一种气流式分层施肥系统,根据分层施肥要求确定肥料分配器结构及分层施肥量调节比例;利用Solid Works软件对肥料混合器变截面处不同截面高度的进肥口风速和出口处的负压进行仿真分析和试验验证,确定气流肥料混合器变截面通道高度为20 mm;对气流式分层施肥系统进行性能试验,以风速、肥量分配比例调节板开度和施肥管道长度为主要因素进行正交试验。试验结果表明,当风速为18 m/s、肥量分配比例调节板开度为30°、施肥管道长度为1 000 mm时,浅层施肥量变异系数为1.61%、深层施肥量变异系数为1.58%、2个浅层施肥量和深层的施肥量分配比例误差为1.91%。将气流式分层施肥系统安装在2BDH-10型水稻直播机上进行田间作业性能试验,田间试验结果表明,2个浅层施肥量与深层施肥量分配比例最大误差为7.76%,浅层施肥量最大变异系数为3.98%,深层施肥量最大变异系数为4.41%,满足水稻种植分层施肥的要求。研究结果可为水稻气流式分层施肥技术研究提供重要参考。     

密闭式蛋鸡舍外围护结构冬季保温性能分析与试验

蛋鸡舍围护结构的保温隔热性能是影响鸡舍温度的稳定性,进而影响蛋鸡健康和生产性能的关键因素。由于蛋鸡舍一般不采暖,依靠蛋鸡的自身显热产热量来维持冬季蛋鸡舍内温度,因此如果蛋鸡舍冬季饲养密度较低、通风过度或围护结构保温性能不足,都难以满足蛋鸡舍温度环境的要求。如何确定不同气候区鸡舍围护结构必要的保温性能和饲养密度要求是解决蛋鸡舍冬季通风和保温矛盾问题的关键。该文通过建立蛋鸡舍动态热平衡理论模型,系统分析了不同气候区鸡舍围护结构的最低热阻需求,得出不同气候区鸡舍围护结构的保温性能要求与蛋鸡饲养方式(密度)的关系。结果表明:冬季舍外计算温度分别为-25℃(东北、内蒙古)、-15℃(华北、西北)、0℃(长江以南)的地区,蛋鸡舍墙体、屋面的最小热阻应分别不小于0.778、0.972;0.573、0.716;0.266、0.333(m~2·℃)/W;对应3层全阶梯笼养、4层半阶梯笼养和4层叠层、6层叠层、8层叠层笼养等饲养模式最大饲养密度下,所能够适应的围护结构冬季室外计算温度应分别不低于-14、-17、-19、-22、-23℃。研究结果为不同气候地区选择适宜饲养模式以及密闭式蛋鸡舍围护结构保温系统的设计提供了理论依据。     

Trace metals in roof runoff

In this paper we present the concentration of heavy metals (Cd, Cu, Pb, Zn) in runoff from five different roofs (tar felt, pantiles, asbestos cement, Zn sheet, gravel) during two rainfall events. The heavy metal load of roof runoff is assessed and the different processes influencing the fate of heavy metals on roof surfaces and in roof runoff are discussed. The extent of contamination with heavy metals of runoff from different roofing material has the following sequence: zinc sheet>tar felt>pantiles>asbestos cement>gravel. The hazard of infiltration of roof runoff with respect to heavy metals is discussed by comparison with concentrations in rain.     

文洛型温室棚顶清洗机的研制与试验

针对国内文洛型温室棚顶清洗机械缺乏,人工清洗费时费力的问题,该研究设计了一种棚顶电动清洗机与配套换行作业平台,以实现对文洛型温室的自动清洗。为保证清洗机四轮行走的一致性,设计一种单电机两级减速同步驱动装置;针对电缆与水管收放过程中易发生堆积的问题,设计均匀卷线装置,对收放线过程进行分析,明确卷线半径与线速度的对应关系,优化卷线控制流程,满足了线缆、水管收放与清洗机往返同步的要求;为保证清洗辊刷对棚顶进行均匀可靠清洗,对刷毛与棚顶的接触过程进行了优化分析。样机性能测试表明,清洗最高行进速度为0.265 m/s,停机余量为28.4 mm;辅助换行平均时间为22.84 s,平台与屋顶对轨平均误差为1.6 mm。以薄膜透光率为指标,对清洗机的清洗效果进行试验,结果表明,在行进速度为0.25 m/s、辊刷转速120 r/min、水泵流量34 L/min的情况下,透光率为68%的薄膜经过清洗可提高到86%,清洗效果明显。该清洗机可以满足文洛型温室棚顶的清洗作业要求,对改善室内温光环境,提高果实产量与品质具有重要意义。     

屋顶花园雨水利用系统设计与实践

该文意在探讨利用屋面雨水对屋顶花园进行灌溉的可行性。以北大荒集团某酒店屋顶花园为例,从植物需水量、雨水可收集量、蓄水池容量及雨水收集系统等方面进行屋面雨水回收利用设计,利用彭曼-蒙特斯公式计算屋顶花园植物需水量,结果表明:5-10月屋顶花园植物需水总量为3521.78m3,各月份间差异较大,10月份量最小仅为361.8m3,6月份量最大为729.6m3;同期可收集屋面雨水总量为2179.3m3,并据雨水径流总量与初期弃流量产生的径流量设计蓄水池容量为131m3;将收集雨水全部用于屋顶花园绿地灌溉,能节省61.88%灌溉用水;据此,采用工程技术为屋顶花园设计雨水收集系统及自动灌溉系统,对屋顶花园雨水收集量与灌溉量的水量平衡分析结果表明:利用该自动灌溉系统可节约灌溉用水67.20%,雨水利用率可达54.55%,该设计对北方干旱地区屋顶花园雨水回用技术设计具一定的实用价值和应用前景。     

屋顶全开启型Venlo式温室的采光性能

不同天气（晴天和阴天）和开窗比例条件下,对屋顶全开启型Venlo式温室(温室A)白天室内、外光合有效辐射量子通量密度（PAR）进行测试。以屋顶通风窗型Venlo式温室为对照（温室B）,研究屋顶全开启型Venlo式温室的采光性能。结果表明：屋顶全开启型Venlo式温室在晴天条件下的平均透光率为53.7%,阴天条件下为52.1%,均高于对照。且屋顶全开启型Venlo式温室的透光率随着（屋面）天窗开启比例的增加而提高,而对照透光率无明显变化,表明开启的天窗减少了对太阳辐射的阻挡,提高了温室透光率。同时,屋顶全开启型Venlo式温室晴天条件下PAR分布均匀度均值为0.893,阴天条件下为0.916,均低于对照。不同天气条件下,随着天窗开启比例的增加,屋顶全开启型Venlo式温室PAR分布均匀度不断降低,而对照无明显变化,且屋顶全开启型Venlo式温室在晴天条件下PAR分布均匀度变幅大于阴天,表明开启的天窗集中阻挡了温室天沟附近太阳辐射的直射,从而导致其PAR分布均匀度较低。     

整体输送式温室屋顶除雪装置的研制

北方地区冬季温室屋顶积雪一方面对温室的透光性、保温性造成很大的影响，导致了大量能源的浪费，影响了喜阳植物的生长，另一方面影响温室的总体强度和刚度。目前应用在温室屋顶除雪比较常用的方法是采用热水融雪管，但是投资和运行费均比较高，为了解决这一问题，设计并制造了整体输送式温室屋顶除雪装置，试验效果良好,为今后温室屋顶除雪提供了一种有效、低运行费的方案。     

互插式连栋塑料温室屋面风压分布的风洞试验研究

该文采用风洞试验方法,在不同风向角与是否安装遮阳幕的情况下对互插式连栋塑料温室的风压分布进行了详细的试验研究.研究结果表明:通风窗关闭时的风压系数高于通风窗开启时的风压系数,且风压系数的变化范围较大,因而计算温室表面风压时,应选用通风窗关闭时的风压系数;当气流流经温室屋面时,气流强弱、方向均发生变化,有遮阳幕时正负压交替出现,风压分布比无遮阳幕时复杂;计算互插式连栋塑料温室的风压时,应将有、无遮阳幕两种状态下的风载体型系数结合在一起考虑,即选取两种工况的较大值作为结构设计依据.     

基于生物质灰的屋顶绿化基质加强层工艺优化

屋顶绿化可有效减少城市径流,减缓热岛效应和温室效应.为了解决屋顶绿化散体基质施工难度大、成本高等问题,该研究以生物质灰为主要原材料,辅以小麦秸秆和污泥,压缩为屋顶绿化基质底部加强层,并分别从粘结剂优选、配合比优化和压缩工艺参数优化3个方面对基质加强层的抗破坏强度进行了研究.结果表明:1)添加比例为4％的黄原胶对生物质灰...     

倾转屋面日光温室的采光及蓄热性能试验

为了实现了日光温室对太阳能的高效利用,该文提出了一种适用于高性能采光的倾转屋面日光温室。该文对倾转屋面日光温室的室内光照进行理论分析,试验测试了该日光温室的室内光照与蓄热性能,并与传统8和9 m跨的固定采光面温室分别进行了对比分析。试验结构表明,与普通固定采光面日光温室相比,倾转屋面日光温室的采光性能和温度指标有了明显提高。在晴天和多云采光天气条件下,倾转屋面日光温室室内的辐照度较普通8和9 m跨固定采光面日光温室均有较大幅度的增加,整体采光率分别提高41.75%和25.05%,对应的室内的辐照度增加平均值为69.54和38.99 W/m2。倾转屋面日光温室室内的温度有较大幅度的提高,表现为整体温度水平提高,倾转屋面日光温室较普通8m跨固定采光面日光温室,保温时段平均温度整体提高了3.1℃。该研究结果为温室建筑结构的改良和结构优化设计提供了参考。     

铝合金温室拱形ETFE膜屋面抗风性能分析

为分析铝合金结构拱形ETFE(乙烯-四氟乙烯热塑性聚合物)膜屋面的抗风性能,提高其设计的安全性,该文根据单轴拉伸试验数据,确定了ETFE薄膜材料的力学参数和应力应变关系;基于几何非线性有限元理论,推导了膜单元的基本方程;利用大型通用有限元软件ANSYS,采用支座提升法对骨架式拱形ETFE屋面进行了找形分析,建立了用于荷载分析的计算模型;对拱形ETFE屋面在风荷载工况下进行了算例分析,计算了膜面主应力分布和变形特征;分析了不同膜面预应力水平对承载性的影响。分析结果表明,风荷载主要影响ETFE膜屋面第一主应力的分布,适当增加膜面预应力可以显著提高其整体刚度和承载力。研究结论为铝合金温室拱形ETFE屋面的抗风计算分析和施工提供了参考。