散装粮堆多场耦合实验装置制造方法及图纸

本实用新型专利技术公开了一种散装粮堆多场耦合实验装置，包括上开口模型箱体，箱体内设置有温、湿度传感器，模型箱体的前、后侧壁设置有观察窗；箱体的左、右侧壁均为空腔结构，在其内分别布置有与外部高、低温控制系统相连通的循环水管，箱体开口处设置有伺服柔性加载控制系统：该系统包括扣压在箱体开口处的盖板，盖板下水平设置有压力气囊，气囊下发设有压力传感器。本实用新型专利技术结构简单，操作方便，准确度高，采用装满粮食的模型箱体作为粮仓内的某一具体位置，通过压力控制系统、温度控制系统、通风控制系统、可视化窗口，及红外热数字图像和液滴法，多项措施相互结合，实现了对粮堆内压力场、温度场、湿度场、微气流场的多场耦合规律的研究。

Multi field coupling experimental device for bulk grain bulk

The utility model discloses a multi-field coupling experimental device for bulk grain stack, which comprises an upper opening model box, a temperature and humidity sensor arranged in the box, an observation window arranged on the front and rear side walls of the model box, and a cavity structure on the left and right sides of the box, in which phases are respectively arranged with an external high and low temperature control system. The connecting circulating water pipe is provided with a servo flexible loading control system at the opening of the box body: the system comprises a cover plate which is buckled at the opening of the box body, a pressure air bag is arranged horizontally under the cover plate, and a pressure sensor is arranged under the air bag. The utility model has the advantages of simple structure, convenient operation and high accuracy. The model box filled with grain is used as a specific position in the granary. Through pressure control system, temperature control system, ventilation control system, visual window, infrared thermal digital image and droplet method, a number of measures are combined to realize the pairing. The multi field coupling law of pressure field, temperature field, humidity field and micro gas flow field in grain pile is studied.

【技术实现步骤摘要】
散装粮堆多场耦合实验装置
本技术涉及大型仓储粮堆的测量，尤其是涉及一种散装粮堆一维多场耦合实验装置。
技术介绍
粮食的安全储藏问题关系到国计民生和国家安全。在粮食储藏的所有仓型中，平房仓以其仓容大、造价低、进出粮方便等特点而被广泛应用。目前国家储备粮库中所建的粮仓仓型85%以上为散装粮食平房仓，故平房仓的储粮安全尤为重要。根据联合国粮农组织调查，全世界每年粮食储藏因霉变损失3％，因虫害损失5％，总合计8％。近年来，我国粮食产量连续提高，年产粮超过6亿吨，全国粮食库存处于历史高位，部分主产区收储矛盾极为突出，确保储粮质量安全难度较大，粮食产后损失数量惊人。相关研究表明，储藏于粮仓内的大体积粮堆中，存在着压力场、温度场、湿度场、微气流场等多个物理场，各物理因子之间存在着密切的相关联性，即耦合关系，且各物理场是影响储粮品质，甚至是导致粮食霉变、虫害的重要因素。因此，构建粮堆多物理场耦合模型，掌控粮堆压力场、温度场、湿度场、微气流场等多物理因子之间的状态变化规律，指导粮食储藏，减少粮食虫害与霉变，保证储粮品质已成为粮食仓储迫切需要解决的主要问题之一。在粮食储藏过程中，因外界环境和粮食自身呼吸作用等都会引起粮堆的发热、霉变和虫害，若不及时处理会导致大量粮食变质。所以在粮仓中常通过机械通风来控制粮食温度、湿度，进而抑制粮堆的发热与霉变等现象，而粮堆孔隙率则是研究粮仓机械通风的关键参数。粮堆孔隙率是指粮堆内孔隙体积与粮堆总体积之比。随着装粮高度的增加和粮堆压力的增大，粮食被压实、粮堆密度增加、孔隙率减小、通风阻力增大，在短时间内不易取得理想的降温降湿效果。所以，研究粮堆压力与孔隙率的关系对确定合理的通风指标、减少储粮损失具有重要意义。目前对粮堆多场耦合的研究多集中于粮堆两个物理场之间的耦合，如粮堆热湿传递的数值模拟研究、粮堆流-力的数值模拟研究、粮堆结露模拟实验等，加拿大曼尼托巴大学研究主要集中于储粮生态系统建模，粮堆热点和安全储存条件，粮堆气流流动，害虫在粮食中的迁移、分布与采样、诱捕之间的关系，图像处理技术评估储粮品质等，关于粮堆压力场、温度场、湿度场、微气流场的耦合规律则研究较少。国家粮食局科学研究院搭建了小麦粮堆结露模拟实验平台，主要目的是为了研究粮食储藏过程中的温度、水分分布和变化过程，但是仅考虑了粮堆的温度和水分，没有考虑大体积粮堆因自身重力而引起的粮堆空间压力场分布的不均匀性对粮食储藏带来的影响。在大体积粮仓粮堆储藏过程中，因装粮高度的不同，粮堆在自身重力作用下，孔隙率发生改变，而粮堆孔隙率的变化，会影响粮堆微气流和水分的迁移，从而引起粮堆温度、湿度分布的不均匀性。夏季，仓房在太阳辐射作用下，仓壁四周温度逐步升高，因粮食自身不良导热特性的影响，粮堆自身会形成一个四周热中间冷的“热皮冷芯”状态，形成粮仓稳态场。能量热由仓壁四周指向粮堆内部，同样，按照水分迁移的原理，水分与能量热转移的方向一致，即表层的高温使水分迁移至里层，以致于表层温度升高，水分降低。而高温高湿的环境有利于微生物和害虫的生长，高温低湿的环境粮食则不会被毁坏。因为中间冷芯区域较大，迁移至冷芯的水分相对来说是微小的，也即低温低湿环境，同样不会衍生微生物。外围高温低湿，里层低温低湿，在里外温差的作用下，形成微气流循环，这样的状态是一个稳定状态。冬季，外界环境气温较低，能量热流动指向与夏季相反，但能量热转移至仓壁会通过热量交换而散失，而水分迁移至仓壁会因仓壁隔绝而滞留，随着季节的变化和水分的积累，会形成结露，进而引起粮食的霉变。适宜的温度和湿度又将助长微生物的繁殖，加强人工干预和储粮调控，将会更好地调控仓内温湿度，进而抑制微生物的生长。微气流也是同样的现象，通过蒸腾，水分会向上移动，在粮堆上部遇到冷空气会凝结，遇到仓壁也会凝结在仓壁上，也就是所谓的结顶和结壁现象。但粮堆储藏过程中并非绝对会出现结露、霉变等不稳定状态，其主要取决于水分的迁移速度。温差越大，水分转移速度越快，反之水分迁移速度越慢，如果粮堆内温差较小，致使水分迁移时间长于季节交替时间，就不会形成结露或霉变。所以，储粮会不会出现问题，一是取决于温差，二取决于微气流的强度。综上，在实际储粮过程中，在环境等因素作用下，粮堆内部同时存在着压力场、温度场、湿度场、微气流场等多个物理场，且各物理因子之间相互影响，粮堆所产生的霉变、结露、虫害等不是单独的某两个场之间的影响，而是多物理场的耦合作用，这是现存实验装置所没能考虑的。实现粮堆多物理场耦合的实验，不但能够弥补现有储粮粮堆多场耦合的实验方法，而且能够为储粮生态研究提供更为科学的基础。鉴于此，技术一种可实现粮堆内部多物理场（压力场、温度场、湿度场、微气流场）耦合研究的实验平台极为重要。
技术实现思路
本技术的目的在于提供一种散装粮堆多场耦合实验装置，通过控制压力、温度、湿度、通风条件等，模拟不同区域以及粮仓内不同位置的环境条件，为研究粮堆压力场、温度场、湿度场及微气流场的多场耦合基本规律建立一个多物理场耦合的基础数学模型。为实现上述目的，本技术可采取下述技术方案：本技术所述的散装粮堆多场耦合实验装置，包括正方形结构用于盛装粮食的上开口模型箱体，所述模型箱体内设置有温、湿度传感器，所述模型箱体的前、后侧壁设置有观察窗；所述模型箱体的左、右侧壁均为空腔结构，在其内部分别布置有循环水管，所述左、右侧壁内的循环水管分别与外部高温控制系统和低温控制系统相连通；在所述模型箱体的开口处设置有伺服柔性加载控制系统，所述伺服加载控制系统包括扣压在所述模型箱体开口处的盖板，所述盖板的下部水平设置有压力气囊，在所述压力气囊下方与粮食的接触面上设置有压力传感器。所述高温控制系统包括高温储水箱，所述高温储水箱内设置有加热装置，所述模型箱体左侧壁内循环水管的进、出水口通过带有循环泵的热水管道与所述高温储水箱相连通；所述低温控制系统包括低温储水箱，所述低温储水箱内设置有冷却装置，所述模型箱体右侧壁内循环水管的进、出水口通过带有循环泵的冷水管道与所述低温储水箱相连通。在所述左、右侧壁外表面设置有保温层；所述加热装置为风热式全封闭压缩机组；所述冷却装置为风冷式全封闭压缩机组。所述左、右侧壁的内外层板上对应开设的通风孔之间密封连接形成通风道，所述通风道外侧旋拧有封堵件。在所述左、右侧壁外密封装设有微气流收集罩，所述微气流收集罩出口处连接有透明水平导管，透明水平导管内放置有液滴。由计算机通过风压控制系统控制工作的离心式风机的出风口通过通风管与模型箱体侧壁上的通风道相连接。所述压力气囊由相互独立的多个囊腔组成，所述盖板的下表面为与多个囊腔尺寸相匹配的隔舱式结构，在所述囊腔与盖板的结合面上设置有橡胶垫。所述压力气囊的气压力由计算机通过气压伺服控制系统进行调节控制。在所述模型箱体的其中一个观察窗外设置有工业相机，在另一个观察窗外设置有红外热图像设备。所述实验装置置于恒温恒湿环境中，所述恒温恒湿环境由恒温恒湿机进行调节。本技术的优点在于结构简单，操作方便，准确度高，本实验装置采用装满粮食的模型箱体作为粮仓内的某一具体位置，通过设置在其上开口处的压力控制系统和设置在其侧壁外的温度控制系统，可准确模拟不同区域、不同季节、不同装粮高度、不同温湿度组合条件下的本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种散装粮堆多场耦合实验装置，其特征在于：包括正方形结构用于盛装粮食的上开口模型箱体，所述模型箱体内设置有温、湿度传感器，所述模型箱体的前、后侧壁设置有观察窗；所述模型箱体的左、右侧壁均为空腔结构，在其内部分别布置有循环水管，所述左、右侧壁内的循环水管分别与外部高温控制系统和低温控制系统相连通；在所述模型箱体的开口处设置有伺服柔性加载控制系统，所述伺服加载控制系统包括扣压在所述模型箱体开口处的盖板，所述盖板的下部水平设置有压力气囊，在所述压力气囊下方与粮食的接触面上设置有压力传感器。

【技术特征摘要】
1.一种散装粮堆多场耦合实验装置，其特征在于：包括正方形结构用于盛装粮食的上开口模型箱体，所述模型箱体内设置有温、湿度传感器，所述模型箱体的前、后侧壁设置有观察窗；所述模型箱体的左、右侧壁均为空腔结构，在其内部分别布置有循环水管，所述左、右侧壁内的循环水管分别与外部高温控制系统和低温控制系统相连通；在所述模型箱体的开口处设置有伺服柔性加载控制系统，所述伺服加载控制系统包括扣压在所述模型箱体开口处的盖板，所述盖板的下部水平设置有压力气囊，在所述压力气囊下方与粮食的接触面上设置有压力传感器。2.根据权利要求1所述的散装粮堆多场耦合实验装置，其特征在于：所述高温控制系统包括高温储水箱，所述高温储水箱内设置有加热装置，所述模型箱体左侧壁内循环水管的进、出水口通过带有循环泵的热水管道与所述高温储水箱相连通；所述低温控制系统包括低温储水箱，所述低温储水箱内设置有冷却装置，所述模型箱体右侧壁内循环水管的进、出水口通过带有循环泵的冷水管道与所述低温储水箱相连通。3.根据权利要求2所述的散装粮堆多场耦合实验装置，其特征在于：在所述左、右侧壁外表面设置有保温层；所述加热装置为风热式全封闭压缩机组；所述冷却装置为风冷式全封闭压缩机组。4.根据权利要求2所述的散...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈桂香，王海涛，刘超赛，张虎，郑德乾，蒋敏敏，庞瑞，张宏伟，黄达城，刘文磊，边浩，
申请(专利权)人：河南工业大学，
类型：新型
国别省市：河南,41