【摘 要】
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近年来,我国大豆储备量不断扩大,新建粮仓趋向于高大化,但随着堆粮高度的增加,仓底大豆所受粮层压力增大,造成大豆籽粒变形破碎、大豆堆压实程度增高等新问题。本研究首先通过巴西大豆籽粒的力学特性(表观弹性模量、硬度、破坏能、破坏形变、破坏压强)研究,获得了不同粒径大豆籽粒的抗压缩能力,为大豆堆的承压特性提供了理论参考依据。然后研究了不同粮层压力下,水分含量、温度、破碎率对大豆堆压实程度的影响,估算出了巴
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近年来,我国大豆储备量不断扩大,新建粮仓趋向于高大化,但随着堆粮高度的增加,仓底大豆所受粮层压力增大,造成大豆籽粒变形破碎、大豆堆压实程度增高等新问题。本研究首先通过巴西大豆籽粒的力学特性(表观弹性模量、硬度、破坏能、破坏形变、破坏压强)研究,获得了不同粒径大豆籽粒的抗压缩能力,为大豆堆的承压特性提供了理论参考依据。然后研究了不同粮层压力下,水分含量、温度、破碎率对大豆堆压实程度的影响,估算出了巴西大豆仓内的合理装粮高度。并模拟不同堆高下,不同受损程度大豆的品质(千粒重、色泽、粗蛋白、水溶蛋白、粗脂肪、粗脂肪酸价)变化规律,初步获得了受损大豆的安全储粮周期。最后,利用COMSOL Multiphysics多物理场建模与仿真软件,模拟探究了不同压实程度粮层的机械通风效率。为实仓巴西大豆的安全储藏提供了理论参考依据,其主要结论如下:(1)不同粒径的大豆籽粒,其力学特性具有差异性。小粒径(5.5~6.1 mm)、中粒径(6.1~6.7 mm)、大粒径(6.7~7.3 mm)大豆是巴西大豆的主要构成部分,分别占据粮堆总数的31.70%、53.27%、11.44%。在硬度、破坏能、破坏形变的测定中,粒径大小对测定结果有显著性影响(p<0.05);但粒径大小对表观弹性模量、破坏压强无显著性影响(p>0.05)。且不同轴压缩方向上,大豆籽粒拥有不同的抗压缩强度,大豆籽粒的表观弹性模量、破坏能、破坏压强均呈现:短轴抗压强度>中轴抗压强度>长轴抗压强度。(2)大豆的温度和含水量,对大豆堆的压实系数均有显著性影响(p<0.05);在15~55℃温度范围内,随着施加压力的升高,压实系数呈线性趋势增加,且当粮温高于35℃后,大豆堆的承压能力明显减弱;各粮层压力下,高水分大豆堆的压实系数均大于低水分大豆堆的压实系数。12.93%水分含量大豆,在200 kpa压力下,0%、5%、15%、25%破碎率大豆的压实系数分别为:1.224、1.220、1.218、1.218,随着大豆破碎率含量增加,大豆堆的抗压缩能力增强,压实系数呈减小趋势。以压实系数1.0~1.2为大豆堆的安全压实范围,则在25℃粮温下,11.96%水分含量大豆的预估安全堆粮高度在30 m左右,12.93%水分含量大豆的预估安全堆粮高度在21m左右。(3)随储藏时间增加,不同压损程度、不同储藏条件下,大豆籽粒的品质均发生了一定程度的劣变。储藏过程中,相比无损、轻度受损大豆,重度受损大豆籽粒的L*、a*、b*值显著降低。高温高湿环境会显著降低大豆水溶蛋白含量,在35℃、13.56%水分含量的储藏条件下,75 d后,无损、轻度受损、重度受损大豆的水溶蛋白分别降低了:53.64%、67.06%、81.38%;在20℃储藏条件下,大豆籽粒的粗脂肪酸价上升缓慢,储藏180d后,除重度受损大豆处于轻度不宜存状态,其他储藏条件大豆均为宜存状态。对于大豆千粒重、粗蛋白、粗脂肪的测定,各储藏条件下,变化均不明显。不同受损程度的大豆,具有不同的安全储粮周期。12.51%水分含量的大豆,在35℃高温条件下,重度受损大豆的安全储藏周期为30 d左右,无损、轻度受损大豆的安全储藏周期为45 d左右;在准低温储藏条件下,重度受损大豆的安全储藏周期为180 d左右,无损、轻度受损大豆的品质变化慢,均可按照有关规定的正常储藏周期进行轮换。(4)利用COMSOL Multiphysics多物理场建模与仿真软件,建立了不同压实程度的粮层热传递模型,模拟浅圆仓不同压实系数(1.1、1.2、1.3)下的机械通风降温过程,证实了粮堆的压实程度影响机械通风效率。相同的通风条件下,对比普通压实大豆堆,轻度压实粮层的机械通风时长增加了15.87%,重度压实粮层的机械通风时长增加了34.92%。压实程度越高,冷空气越难以穿透大豆粮层,降低了降温效率。机械通风的最后阶段,高粮温大豆主要汇聚在粮层中心和靠近仓壁区域。
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