赵会义 尹君 魏雷 曹阳

目前，竖向通风技术在确保粮食仓储安全方面发挥了巨大的作用。许多学者也已对竖向通风技术展开了深入研究，但就竖向通风方式下粮层阻力测试研究甚少。张来林等测试了上行压入式竖向通风方式下7个不同粮种的粮层阻力，并得出了相应的幂函数试验公式和拟合系数。杨进等测试了上行压入式竖向通风方式下3个不同粮种不同高度的粮层阻力，得出粮层阻力与粮层高度线性关系的结论。杨英强等测试了上行压入式竖向通风方式下的3个不同粮种的粮层阻力，得出对于“孔隙率趋于稳定的粮食在堆载较高时采用储粮机械通风技术规程所推荐的幂函数公式计算粮层阻力会引起较大偏差”的结论。李其弢等研究了三种不同的粮食颗粒在较低雷诺数气流竖向通风下的粮堆阻力特性。上述研究均是在小型试验模拟仓展开的上行压入式竖向通风试验研究，缺乏下行吸出式竖向通风试验研究。

粮堆横向通风是一种全新的储粮通风技术。它是利用直接安装并固定在平房仓内相对两侧墙壁上且高度低于装粮线的通风道，粮面实施薄膜密封，通风时使气流从一侧风道吸入并横向穿过粮堆后从另一侧风道排出，实现了粮堆的无需揭膜通风的一种新型储粮通风技术。但目前有关横向通风方式下的粮层阻力测试研究的文献报道鲜见。

为了对比分析竖向和横向不同通风方式下的粮堆阻力特性，掌握不同通风方式的粮层阻力的变化规律，本研究在粮食储运国家工程实验室的中试平台模拟仓中展开了玉米不同通风方式下粮堆阻力的变化规律测试研究，为发展我国独有的储粮双向通风技术提供理论支撑。

1 材料与方法

1.1 试验仓

采用国家粮食局科学研究院的粮食储运国家工程实验室中试平台，室内双层全钢结构、180t仓容的模拟方仓为试验仓。结构为长×宽×高=8.8m×4.2m×7.7m，粮堆高度6.0m。

1.2 试验系统

1.2.1 竖向通风系统

试验仓仓底是桥式冲孔板，冲孔板下设有一夹层空间，与风道口连通，通风气流可以从该风道口流入或流出夹层空间，利用底部风道口与风机进口或出口连接，实现竖向通风(见图1)。

1.2.2 横向通风系统

试验仓东侧安装了一组3根垂直支风道与一根水平的主风道相连通的通风装置，其主风道的进风口位于仓底部;西侧墙也安装了一组4根水平垂直支风道与一根水平的主风道相连通的通风装置，其主风道的进风口位于仓顶部。主风道均不开孔，而每条支风道冲有桥式孔且开孔率为30%，以使支风道内的气流均匀通入粮堆(见图2)。

 1.2.3 通风设备

Y160M2－2变频调速风机:河南未来机电有限公司生产。其额定风量16000m³/h，额定风压2940Pa，额定功率15kW。风机进出口与内径为0.48m的管相连。1.3 供试粮食以玉米为试验用粮，其数据见表1。

1.4 试验方法

1.4.1 测点布置

1.4.1.1 总风量和总阻力测试点

风管水平段A处(见图1和图2)沿水平和垂直方向各开1个测孔，在该截面采用等面积分环法共设14个测点，测量各点的风速、全压和静压，可得到总风量和总阻力。

1.4.1.2 不同通风方式粮堆测点布置

(1)竖向通风粮堆测点布置

在粮堆高度分别为1.0m和4.0m水平截面上安装两层毕托管，每层4行9列共36个测点，两层共72个测点(见图3)。

(2)横向通风粮堆测点布置

粮堆水平面共布置东侧1列5行(Ad、Bd、Cd、Dd、Ed)×5层(Ad1～Ad5、Bd1～Bd5、Cd1～Cd5、Dd1～Dd5、Ed1～Ed5)共25个测点，西侧1列5行(Ax、Bx、Cx、Dx、Ex)×5层(Ax1～Ax5、Bx1～Bx5、Cx1～Cx5、Dx1～Dx5、Ex1～Ex5)共25个测点(见图4)，各测点埋入固定式毕托管。垂直方向分布5层，从底部到顶部依次为1层～5层，第1层距底部0.4m，其余4层间距均为1.2m，共计50个测点。

(3)竖向通风方式粮堆底部和粮堆表面测点布置分别在距离粮堆底部和表面0.5m处布置5个测点，共计10个测点(见图5)。

1.4.2 测试方法与计算

1.4.2.1 不同方式通风测试

开启风机，使环境空气进入仓内粮堆，再排出。其中，环境空气经风机压入仓底通风口并垂直向上穿过粮堆从顶部排出，则称为上行压入式竖向通风；环境空气从仓顶通风口吸入并垂直向下穿过粮堆从底部风道排出，则称为下行吸出式竖向通风；环境空气从模拟仓的西侧内壁主风道吸入并横向穿过粮堆从东侧内壁风道排出，则称为横向通风。且横向通风前，粮面覆膜后进行气密性检测，半衰期（从-300Pa到-150Pa）达到了180s。

调换变频调速风机的频率，每个工况下待风机运行稳定后，测量系统总风量和粮层阻力。

1.4.2.2 总风量的计算

利用分环法，测定风机出口A截面各点的风速，可得该截面的风速平均值：

2.2 横向通风时预埋粮堆表观风速与粮层阻力的关系

由表4和图6可知，玉米横向通风单位粮层阻力与粮堆表观风速的关系在试验测试范围内基本呈线性关系。试验所得公式既可以用Shedd的幂函数模型1（R²=0.9982）描述，也可以用Hunter的二项式模型2（R²=0.9992）表述，且二项式模型精度稍优于幂函数模型。 

式中：a=57.27，b=-97.26。

其中：H_玉米横向—玉米横向通风时粮层阻力，Pa；

L—气流穿过的粮层厚度，m；

u—横向通风时粮堆表观风速，m/s；

a、b—拟合系数。

图6 玉米横向通风单位阻力与粮堆表观风速的关系

2.3 不同通风方式玉米粮层阻力对比

由表5可见，横向通风内部粮层阻力幂函数公式的拟合系数a和b小于垂直通风，图7是根据表5中幂函数做出的不同通风方向内部粮层阻力比较曲线，可见横向通风粮层阻力最小，比竖向通风小近1倍，下行吸出竖向式通风的粮层阻力略大于上行压入竖向式通风的粮层阻力，但二者非常接近。

2.4 玉米粮堆各向异性的特性

试验表明横向通风时粮层阻力远小于竖向通风，由此可见玉米籽粒所构成是一种多孔介质粮堆，此粮堆呈现出各向异性的特性。因此在研究粮堆的流体力学和传热传质问题时，应充分考虑粮堆的各向异性。

3 结论

(1)玉米粮堆下行吸出式竖向通风时粮层阻力略大于上行压入式竖向通风时的粮层阻力，但二者非常接近，对实际应用中无显著影响。

(2)玉米粮堆横向通风时粮层阻力最小，比竖向通风小近1倍。由此可得出粮堆具有各向异性的特性，实际应用中，玉米横向通风比竖向通风具有明显的节能潜力。

(3)通过试验首次得到了玉米横向通风粮层阻力的计算公式，该公式与描述多孔介质的动量方程Hunter(1983)二项式公式完全吻合，也与Shedd幂函数公式相吻合。且与竖向通风的粮堆阻力计算公式表达形式相同，对储粮工艺通风系统的设计具有重要的参考意义。