不同粮种横向和竖向通风性能参数的对比研究

张来林，钱立鹏，郑凤祥，郑 颂，方江坤

（1.河南工业大学 粮油食品学院，河南 郑州 450001；2.中粮贸易有限公司，北京 100005；3.福建省储备粮管理有限公司，福建 福州 350001；4.福建省储备粮管理有限公司漳州直属库，福建 漳州 363000）

不同粮种横向和竖向通风性能参数的对比研究

张来林1，钱立鹏2，郑凤祥3，郑 颂4，方江坤4

（1.河南工业大学 粮油食品学院，河南 郑州 450001；2.中粮贸易有限公司，北京 100005；3.福建省储备粮管理有限公司，福建 福州 350001；4.福建省储备粮管理有限公司漳州直属库，福建 漳州 363000）

借助通风模拟装置，通过变频器调整风机转速、改变通风箱接口位置，实现横向通风与竖向通风的转换，在相同试验条件和粮堆不动的前提下，测定不同条件下4种粮堆的静压值，并计算出单位粮层阻力。研究表明：二次函数对单位粮层阻力的拟合度最优，幂函数次之；单位粮层阻力：压入式送风好于吸出式送风，横向通风好于竖向通风(大豆例外)，竖向压入式通风好于横向吸出式通风，说明横向通风在单位粮层阻力方面并不比竖向通风更具优势。另外，还讨论了横向通风的适用范围，若应用条件不符则会影响到通风效果与通风效益，需考虑横向通风在粮库的适用性。

粮食；通风装置；横向通风；粮堆静压

网络出版时间：2017-4-20 14:09:38

0 引言

粮堆通风不仅能处理粮食发热问题，还能使粮堆处于均匀的低温状态，有效地控制虫、霉的发展与危害，减少水分转移，增进储粮的稳定性，现已成为全世界各国常用的、不可缺少的储粮方法之一[1-2]。

随着时代发展，对粮库机械化程度的要求越来越高，而在地坪上铺设的地上笼风道增大了平房仓进出粮的难度，于是有关部门提出横向通风模式[3]，即将风道固定在平房仓内两侧檐墙上，替代以往铺在地坪上的风道，仓内地面清洁，可大幅提高平房仓进出粮的速度。然而，横向通风与竖向通风分属不同的通风方式，在通风过程中，粮堆的厚度、籽粒所处状态、水分与杂质的含量等因素的变化会对通风性能造成影响。因此，研究分析横向通风与竖向通风方式的差异，对粮库应用具有重大的现实意义。

本试验借助粮堆通风模拟装置，通过通风箱接口位置的改变，实现横向通风与竖向通风的转换，在保证试验条件一致、粮食堆放状态不变的前提下，获取两种通风方式的静压数据，进行单位粮层阻力的比较，并期望试验结果对生产应用有所帮助。

1 试验材料与仪器

1.1 小型通风模拟装置

粮堆通风模拟装置[4]的结构见图1，主箱体尺寸为：长×高×宽=100 cm×100 cm×50 cm，箱体的装粮体积V=0.5 m3。

装置设计的关键：在保持粮堆不动的前提下，通过调整通风箱与箱体连接位置、通风箱与风机进/出风口的连接方式，从而实现横向、竖向的通风方式和吸出、压入送风方式的转换，在相同条件下测定分析横向通风与竖向通风的性能参数。

1.2 试验材料

试验所用粮种见表1。

1.3 试验仪器

YJB-1500型补偿式微压计：上海隆拓仪器设备有限公司；L1000-0075G型高性能矢量变频器：南京雷欧电器科技有限公司；TES-1340型热线式风速仪：台湾泰仕电子工业股份有限公司；CDTY89型多管通风机：河南未来机电工程有限公司。

图1 横向和竖向通风示意图Fig.1 Diagram of transverse and vertical ventilation

表1 试验所用粮种Table 1 Selected grain speices

2 试验方法

将变频器、风机、连接管、通风接口和通风装置等连接好，使用变频器调节风机转速、静压管和补偿式微压计测定粮堆静压值。将混合均匀的粮食装入主箱体，通过人工轻轻敲打箱体和采取竖向小风量吸出式通风，加速粮食沉降，并补充相应粮食，避免横向通风时短路。

2.1 静压值测点布置

横向通风测点布置：在通风装置的垂直面上设7个测点（测点1、4、7位于箱体宽度的中点处，测点2、3、5、6位于箱体宽度的1/4或3/4处）、水平面上分5层（粮层5距箱体左侧面55 mm处，其余各层相互间距为190 mm）布置（见图2）。

图2 横向通风时静压测点布置图Fig.2 Layout of static pressure measuring points in transverse ventilation

竖向通风测点布置：在通风装置的水平面上设7个测点、垂直面上分5层布置，测点位置与尺寸同横向通风，但检测面转换90°（见图3）。

本次调查把外来物种(本项所称外来物种是指从外域引进的植物物种，包括国外和国内其它地区的物种)也列为调查对象，但不包括景天科、番杏科等微型盆栽植物。随着社会经济的发展，对外交流的增多，乡村绿化美化和居民盆栽等活动日益频繁，导致外来物种数量明显增多。据统计，共有19科24属26种，其中以草本植物居多，有9科11属11种；灌木次之，有8科9属9种；乔木较少，有4科4属5种；藤本最少，1科1属1种。本项调查的外来植物中，雪莲果[3]、铁皮石槲为经济药用植物，空心莲子草为有害生物，其余均为绿化观赏植物(表2)。

图3 竖向通风时静压测点布置图Fig.3 Layout of static pressure measuring points in vertical ventilation

2.2 粮面表观风速计算方法

使用热线式风速仪，根据分环法检测风机出口截面的风速，按式(1)计算出粮面表观风速：

式中：V为粮面表观风速，m/s；v为风机出口截面的平均风速，m/s；S1为风机出口截面的面积，m2；S2为粮堆的表层面积，m2。

2.3 单位粮层阻力计算方法

机械通风过程中，气流穿过每米厚度粮层的压力损失为单位粮层阻力，见式（2）：

式中：Z为单位粮层阻力，Pa/m；P2为粮层2静压值，Pa；P1为粮层1静压值，Pa；L为粮层2和粮层1之间的距离，m。

3 分析与讨论

将在不同通风条件下测得粮堆的静压值，用公式计算出单位粮层阻力，再用SPSS软件对单位粮层阻力进行线性、二次、幂、指数4种函数方程拟合，结果见表2。

表2 单位粮层阻力变化曲线的拟合系数及统计参数Table 2 Fitting coefficient and statistical parameter of curve of unit grain layer resistance

续表2

从表2可以看出，小麦、稻谷、玉米、大豆粮堆在4种通风条件下，二次函数和幂函数的R2大于线性函数和指数函数的R2，其值更加接近于1；二次函数的RSS（残差平方和）最小。说明二次函数对单位粮层阻力的拟合度最优，幂函数次之。因此，4种粮食的单位粮层阻力既可用Hunter二项式公式描述，也可用Shedd幂函数公式进行描述[5]。由于二次项函数对4种通风条件下的单位粮层阻力拟合更加精确，使用二次函数模型对单位粮层阻力进行二次函数曲线拟合，如图4所示。

图4 粮堆在4种不同通风条件下的单位粮层阻力特性曲线Fig.4 Unit grain layer resistance characteristic curve of four kinds of grain bulk under different ventilation conditions

从图4可看出，当送风方式（吸出或压入）一致时，小麦、稻谷、玉米粮堆在横向通风条件下的单位粮层阻力小于竖向通风，大豆粮堆在横向和竖向通风条件下的单位粮层阻力非常相近，说明小麦、稻谷、玉米粮堆具有各向异性，大豆粮堆具有各向同性。当通风方式（横向或竖向）一致时，4种粮堆在压入式通风条件下的单位粮层阻力小于吸出式通风。综合考虑，4种粮堆在竖向压入式通风条件下的单位粮层阻力小于横向吸出式通风，表明横向通风在单位粮层阻力方面与竖向通风相比并不具备优势。

在横向通风时，单位粮层阻力：小麦＞玉米＞稻谷＞大豆，小麦的单位粮层阻力远大于其他粮种的单位粮层阻力，玉米与稻谷的单位粮层阻力较为接近。在竖向通风时，单位粮层阻力：小麦＞稻谷＞玉米＞大豆，但4种粮堆的单位粮层阻力间的差异相近。

可能由于小麦容重大、颗粒小、表面光滑[6]，在粮堆内小麦颗粒之间较为紧密，导致在4种通风条件下，小麦粮堆的单位粮层阻力最大。大豆为近椭球型，颗粒较大，粮堆内孔隙度较大，对气流的阻力较小，气流更易穿过粮堆，以致在4种通风条件下，大豆粮堆的单位粮层阻力最小。稻谷为细长型，粒小表面粗糙，粮堆内颗粒聚集较为蓬松；玉米为楔形，粒形较大，粮堆内颗粒间的空隙较大；堆放时玉米与稻谷籽粒多为横卧状，竖向通风时的稻谷粮堆对气流的影响大于玉米，导致稻谷的单位粮层阻力较大，横向通风时的稻谷颗粒的迎风面较小，且粮堆较为松散，稻谷粮堆对气流的影响略小于玉米粮堆，两者的单位粮层阻力较为相近。

3.2 问题讨论

横向通风的最大优点是风道上墙后，可大幅提高平房仓进出粮的速度；但不足之处是对应用条件要求较高，并非能完全替代竖向通风。对粮库而言，不仅要关心通风道对进出粮过程的影响，更要关注对通风效果和安全储粮的影响。

目前全国正在推广横向通风模式，其关键要科学评价横向与竖向通风的优缺点，使粮库了解横向通风的适用范围，正确选用适合本库的通风方式。⑴平房仓的跨度≤24 m；⑵粮面需全年覆膜且粮堆密闭性要好；⑶仓房两侧檐墙都要开通风口，一侧进风，另一侧装风机负压通风；⑷由于通风路径较长，只能采用小风量通风，但整个粮层的阻力并不小，仍需用大功率风机的小风量通风，即横向通风不节能；⑸超厚粮层的小风量通风，降水效果极差且分层严重，不考虑降水功能，故对粮食要求高，入仓粮必须是安全水分，杂质要少；⑹受檐墙上固定风道的高度所限，堆粮高度不能变，过高过低都会引起送风的不均匀；⑺小风量通风降温慢、时间长，对抢时机降温通风的南方库点可能会丧失通风时机。横向通风只有满足上述条件，才能取得较好的通风效果与通风效益，若条件不符，粮库需考虑横向通风的适用性。

4 结论

在相同试验条件和在粮堆不动前提下，检测了4个粮种的静压值，结果表明：二次函数对单位粮层阻力的拟合度最优，幂函数次之；单位粮层阻力：压入式送风好于吸出式送风，横向通风好于竖向通风(大豆例外)，竖向压入式通风好于横向吸出式通风，说明在单位粮层阻力方面横向通风并不比竖向通风具有优势。另外，还讨论了横向通风的适用范围，应用条件不符则会影响到粮库通风效果与通风效益。

［1］张来林.储粮机械通风技术［M］.郑州:郑州大学出版社，2014:129-131.

［2］张来林，金文，朱庆芳，等.储粮通风技术的应用及发展［J］.粮食加工，2011（3）:66-70.

［3］曹阳，魏雷，赵小津，等.粮仓横向通风方法及其系统:中国，200910085093［P］.2009-11-04.

［4］张来林，陶金亚，陈朝，等.粮堆通风性能参数检测装置:中国，201420643851.3［P］.2015-02-18.

［5］NAVARRO S，NOYES R.The mechanics and physics of modern grain aeration management［M］.Boca Raton：CRC Press LLC，2002: 209-210.

［6］田晓红，李光涛.粮食孔隙率测定方法探讨［J］.粮食加工，2009（5）:35-37，45.

COMPARATIVE STUDY ON THE PERFORMANCE PARAMETERS OF TRANSVERSE AND VERTICAL VENTILATION OF DIFFERENT SPECIES OF GRAIN

ZHANG Lailin1，QIAN Lipeng2，ZHENG Fengxiang3，ZHENG Song4，FANG Jiangkun4
（1.School of Food Science and Technology，Henan University of Technology，Zhengzhou 450001，China；2.COFCO Trading Co.，Ltd.，Beijing 10005，China；3.Fujian Grain Reserve Management Co.，Ltd.，Fuzhou 350001，China；4.Zhangzhou Depot，Fujian Grain Reserve Management Co.，Ltd.，Zhangzhou 363000，China）

With the help of simulation ventilation device，we realized conversion between transverse ventilation and vertical ventilation by adjusting rotation speed of a fan through a frequency converter and changing the connection position of a ventilation box，then tested the static pressure values of four kinds of grain bulks under the same conditions and keeping the grain bulk immobile，and calculated the unit grain layer resistance.The results showed that quadratic function had the highest fitting degree of the unit grain layer resistance，followed by power function；positive pressure ventilation was superior to negative pressure ventilation；transverse ventilation was superior to vertical ventilation（except for soybeans）；and vertical positive pressure ventilation was superior to transverse negative pressure ventilation，which indicated the transverse ventilation had not more advantages than vertical ventilation for unit grain layer resistance.In addition，the paper also discussed the application range of transverse ventilation，and the application conditions could affect the ventilation effect and ventilation efficiency，therefore it is necessary to consider the applicability of transverse ventilation in grain depot.

grain；ventilation device；transverse ventilation；static pressure of grain bulk

TS210.3

B

1673-2383(2017)02-0075-05

http://kns.cnki.net/kcms/detail/41.1378.N.20170420.1409.026.html

2016-08-13

张来林（1955—），男，浙江杭州人，教授，研究方向为粮油储藏技术与仓储工艺设计。