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仓储环境下稻谷裂纹的生成与扩展机理

作　者: 陈江
导　师: 杨国峰
学　校: 南京财经大学
专　业: 农产品加工及贮藏工程
关键词: 稻谷吸湿裂纹的生成与扩展静态仓储增湿通风粮堆压缩
分类号: S511
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
下　载: 44次
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内容摘要

近年来仓储作业中的谷物损伤问题日益突出,严重制约了我国绿色储粮技术的发展。论文以稻谷聚集体为研究对象,通过对谷物裂纹生成与扩展机理的系统研究,探明了仓储过程中与稻谷裂纹产生相关的因果变量间的内在联系,以期为仓储工艺的优化提供必要的理论支撑。主要工作内容如下:1)利用多分子层吸附理论、多孔介质传热传质理论及应力学说并结合相关实验分析了温湿度对稻谷吸湿过程和稻谷吸湿裂纹产生的影响。结果如下:对于长时间的吸湿过程而言,空气相对湿度变化对稻谷整个吸湿过程均有影响,而空气温度变化只对稻谷的表层吸湿影响显著;空气相对湿度越大,空气温度越高,稻谷吸湿裂纹形成的越快,原因在于稻谷籽粒的分层吸湿加剧了谷粒内部的不均匀膨胀。2)以单裂率、双裂率及龟裂率间增长趋势的差异为指标试验研究了裂纹形成机制随吸湿时间的变化规律,并针对垩白这种谷粒内典型的微裂纹形式,分析了其在不同热力学环境下对裂纹生成与扩展的影响,结果表明:稻谷吸湿过程的前期,拉应力机制处于主导裂纹形成的地位,吸湿后期,微裂纹机制处于主导地位,两者间存在一个过渡阶段,在过渡阶段,所有影响因素的作用均会被削弱。3)将稻谷裂纹的生成看作籽粒内微缺陷扩展而成,建立了裂纹扩展分形模型,给出了分形模型背景下裂纹扩展的判据,推导出吸湿情况下断裂面的表面能,分析了分形模型的动力学特性。结果表明:吸湿性裂纹扩展路径通过淀粉颗粒,且宏观扩展方向受分形效应影响;在吸湿膨胀且未进入玻璃态的情况下,淀粉对稻谷抗裂能力影响的本质是淀粉平均相对分子质量Mr存在差异。4)将稻谷静态仓储的裂纹增值过程划分为两个时段:准静态仓储阶段和机械通风阶段,基于薄层谷物概念建立了相应的ANFIS映射关系;为确定薄层模型的输入变量,将颗粒堆放结构视为一种非固结多孔介质孔道网络,分析了孔道网络结构的力学特性,并结合多孔介质传热传质理论导出了谷物系统热质传递模型;最后,给出了静置缓释特性方程及空气经风机加热的温湿度变化。5)从谷粒裂纹量化程度的角度对国内外关于稻谷裂纹的研究进行了分类,在此基础上,探讨了与稻谷产生裂纹相关仓储工艺设备的破坏应力和能耗。

全文目录

摘要  4-5
ABSTRACT  5-9
第一章绪论  9-19
  1.1 引言  9
  1.2 研究的目的和意义  9-10
  1.3 稻谷裂纹的相关研究概况  10-16
  1.4 本文的主要内容和研究思路  16-18
  1.5 本章小结  18-19
第二章空气温湿度对稻谷吸湿生裂过程的影响  19-26
  2.1 空气温湿度对稻谷吸湿过程的影响  19-21
    2.1.1 稻谷表面边界层的吸湿  19-20
    2.1.2 稻谷籽粒内部的吸湿  20-21
  2.2 空气温湿度对稻谷吸湿裂纹产生的影响  21-23
  2.3 实验验证  23-25
  2.4 本章小结  25-26
第三章稻谷吸湿裂纹生成与扩展的机理分析  26-35
  3.1 问题的提出  26-27
  3.2 试验原理及仪器  27-29
    3.2.1 试验原理  27-28
    3.2.2 试验材料、仪器与方法  28-29
  3.3 结果分析与讨论  29-33
    3.3.1 裂纹扩展随时间的推移而变化的特性  29-31
    3.3.2 精白米吸湿产生裂纹进程及方差分析  31-33
  3.4 本章小结  33-35
第四章稻谷吸湿裂纹微观形态的动力学特性  35-44
  4.1 稻谷应力裂纹分形扩展模型的建立  35-38
    4.1.1 沿晶脆断的分形模型  36
    4.1.2 穿晶脆断的分形模型  36
    4.1.3 沿晶、穿晶偶合脆断的分形模型  36-37
    4.1.4 分叉系统的分形模型  37-38
  4.2 应力裂纹扩展的判据  38-39
  4.3 模型断裂面表面能的确定  39-41
  4.4 模型的动力学分析和讨论  41-42
  4.5 本章小结  42-44
第五章稻谷静态仓储裂纹增值的数学模型  44-54
  5.1 薄层稻谷裂纹增值的经验模型  44-46
    5.1.1 预测方法的筛选  44-45
    5.1.2 ANFIS 映射关系的建立  45-46
  5.2 基于粮堆密度的颗粒堆放结构的力学特性  46-49
  5.3 颗粒系统的热质传递  49-50
  5.4 静置缓释的特性方程  50-51
  5.5 空气温度和湿度经风机加热后的变化  51-52
  5.6 本章小结  52-54
第六章仓储环境下抑制稻谷产生裂纹的相关工艺  54-60
  6.1 稻谷裂纹的量化  54-55
  6.2 仓储环境下谷堆内的破坏应力  55-58
    6.2.1 仓储作业与破坏应力  55-56
    6.2.2 干燥作业  56-57
    6.2.3 通风作业  57-58
    6.2.4 出入仓作业  58
  6.3 仓储能耗与稻谷裂纹  58-59
  6.4 本章小结  59-60
第七章结论与建议  60-63
  7.1 主要结论  60-61
  7.2 未来研究的若干建议  61-63
参考文献  63-70
硕士期间完成的论文及参加的科研工作  70-71
致谢  71

仓储环境下稻谷裂纹的生成与扩展机理

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