CN104238488A - 一种利用水势图进行粮仓机械通风作业管理和控制的方法 - Google Patents

Abstract

一种利用水势图进行粮仓机械通风作业管理和控制的方法，主要包括以下步骤：1.通过粮情监控系统检测不同粮种粮堆的温度，测量或计算不同粮种粮食水分；2.检测大气的温度及相对湿度，计算得到大气绝对湿度；3.根据现行通风标准，利用检测的数据在水势图上绘制相应的湿热粮堆通风窗口；4.根据绘制的通风窗口及大气温度和绝对湿度进行粮仓机械通风作业管理和控制。本发明绘制了适合粮食通风降温、通风降水和通风调质的粮食空气绝对水势图，完善了粮食湿热调控窗口技术和规程，改善了原有技术在低温区域密集容易出现错判的缺点。

Description

一种利用水势图进行粮仓机械通风作业管理和控制的方法

技术领域

本发明涉及粮食仓储安全管理方法和工程技术，特别是一种利用水势图进行粮仓机械通风作业管理和控制的方法，为粮仓通风作业提供重要依据。

背景技术

粮食是重要的农产品，是关系到国计民生的重要资源。我国现有大量的粮食储备库，每个库都有一定数量的不同形式的粮仓，旨在确保粮食的安全。机械通风作业是确保粮仓内粮食安全的主要技术方法。国外粮食仓储的周期一般在3至6个月时间很短，粮堆的安全状态一般由人工判定和处理。自1998年以来，我国新建了大量的大型粮食储备库，每个库内都建有一定数量的不同形式的粮仓，很多粮仓的单仓容量在5千吨以上，储粮周期很长，如小麦的储藏周期为3年，储藏环境因地域和季节的差异而变化万千。因此，与发达国家比较，我国对粮仓机械通风作业的技术要求，难度更大。

我国粮仓机械通风经历了由经验到模型图表判定、由人工到自动化和智能化的过程，目前我国粮仓机械通风作业技术居国际领先水平。我国粮仓机械通风作业的技术基础是由我国学者吴子丹在1987年提出的粮仓机械通风WU模型所奠定的，由此模型确定了粮堆内部微环境中粮食的绝对湿度或粮食的相对湿度、粮食的水分和粮食温度之间的函数关系，由此关系可以绘制出粮食平衡绝对湿度曲线图。1991商业部发布了《储粮机械通风技术规程》。在此规程中应用WU模型和粮食平衡绝对湿度曲线图确定了粮仓机械通风作业的技术条件，提升我国粮食机械通风作业走向了科学化程度。2013年国家粮食局正在组织行业力量进行升级国家标准的工作。这个规程存在一定的不足，一是由WU模型绘制的粮食平衡绝对湿度曲线图的左下区域即低温区的曲线太密集，不便于查询；二是建立的粮仓机械通风作业技术条件，由对粮食的绝对湿度条件、粮食的温度条件、粮食和空气的露点条件共同决定，决定是否降温、降水和调质机械通风作业，实际应用中不够直观，不便操作人员掌握。

因此，本发明一种利用水势图进行粮仓机械通风作业管理和控制的方法，通过水势图的应用，解决了是否降温、降水和调质机械通风作业在实际应用中不够直观，不便操作人员掌握等缺点，提升了我国粮食湿热调控的科学性和实用性。

发明内容

本发明提出一种利用水势图进行粮仓机械通风作业管理和控制的方法，可解决现有通风作业中因局部重叠和缺漏造成误判。本发明采用如下技术方案实现：

步骤一通过粮情监控系统检测不同粮种粮堆的温度，测量或计算不同粮种粮食水分；

步骤二检测大气的温度及相对湿度，计算得到大气绝对湿度；

步骤三根据现行通风标准，利用检测的数据在水势图上绘制相应的湿热粮堆通风窗口；

步骤四根据绘制的通风窗口及大气温度和绝对湿度进行粮仓机械通风作业管理和控制。

更进一步，步骤三所述水势图的绘制方法如下：

1)确定谷物空气绝对水势图对应的横、纵坐标；其中，横坐标为温度，纵坐标为绝对水势；

2)绘制粮食解吸、吸附绝对水势线；

a.选择谷物的不同水分含量，单位：％，温度度范围，单位：℃；

b.利用数学模型计算粮食平衡相对湿度ERH_r及绝对湿度EAH_r；

c.根据平衡状态下粮仓内部的粮食温度T_g与空气温度T_α等同以及绝对湿度EAH_r，由公式E_g＝RT_αln(EAH_r)计算出粮食解吸、吸附的绝对水势；其中，E_g是粮食的水势，R是气体常数R＝0.461J·mol^-1·K^-1；

d.根据计算得到粮食解吸、吸附的绝对水势值，绘制横坐标为温度，纵坐标为绝对水势的不同水分含量的粮食解吸、吸附的绝对水势线。

3)绘制空气绝对水势线。

a.选取空气的绝对湿度值，单位：PS.mmHg；温度范围值，单位：℃；

b.根据空气的温度T_α和绝对湿度EAH_a，由E_α＝RT_αln(EAH_α)计算空气的绝对水势；其中，E_a表示空气的绝对水势，R是气体常数R＝0.461J·mol-1·K-1；

c.根据计算得到的空气绝对水势值E_a，绘制横坐标为温度，纵坐标为绝对水势的不同绝对湿度的空气绝对水势线；

4)绘制空气饱和绝对湿度线；

a.选取温度范围，单位：℃。

b.由式且RH_α＝100％时，计算出不同温度对应的空气的饱和绝对湿度值；其中，EAH_a：大气的饱和绝对湿度，RH_a：大气相对湿度，t_a：温度；

c.根据计算所得不同温度下的空气饱和绝对湿度值，绘制空气饱和绝对湿度线。

更进一步，步骤三选取的数学模型为WU模型，

${\mathrm{ERH}}_r=\exp \left\{\frac{\frac{D}{222}\×\left(e^{\frac{B_1-M}{A_1}}{-e}^{\frac{B_2-M}{A_2}}\right)\×(1737.1-\frac{474242}{273+t})+D\×(1-e^{\frac{B_1-M}{A_1}})+202}{87.72}\right\}$ 及

${\mathrm{EAH}}_r=\mathrm{EXP}\left\{\frac{[\frac{D}{222}\×\left(e^{\frac{B_1-M}{A_1}}{-e}^{\frac{B_2-M}{A_2}}\right)+0.9845]\×(1737.1-\frac{474242}{273+t})+D\×(1-e^{\frac{B_1-M}{A_1}})-68.57}{87.72}\right\}$ 分别计算粮食平衡相对湿度及绝对湿度。

其中，现行通风标准如表1：

表1允许通风条件表(现行标准：储粮机械通风技术规程LS/T1202-2002)

表中，t₁，t₂分别为大气温度和粮食温度，t_l1，t_l2分别为大气露点温度和粮食露点温度，Ps₁为大气绝对湿度，Ps₂为粮温为t₂时的粮食绝对湿度值，Ps₂₁为粮食含水率减1％且粮温等于大气温度t₁时的绝对湿度值，Ps₂₂为粮食含水率家加2.5％且粮温等于大气温度t₂时的绝对湿度值，Ps₂₃为当前粮温t₂下粮食含水率加2.5％的粮食绝对湿度值。

本发明的有益效果是：基于所建立的绝对水势概念和模型，绘制了适合粮食通风降温、通风降水和通风调质的粮食空气绝对水势图，完善了粮食湿热调控窗口技术和规程，改善了原有技术在低温区域密集容易出现错判的缺点。本发明方法中适于粮仓机械通风作业管理和控制的粮食绝对水势图具有直观，便于操作人员掌握等优点，从而提升了我国粮食湿热调控的科学性和实用性。

附图说明

图1为本发明一种利用水势图进行粮仓机械通风作业管理和控制的方法的流程图。

图2为本发明一种利用水势图进行粮仓机械通风作业管理和控制的方法中水势图绘制方法流程图。

图3为本发明一种利用水势图进行粮仓机械通风作业管理和控制的方法的小麦-空气绝对水势图。

图4为本发明一种利用水势图进行粮仓机械通风作业管理和控制的方法的稻谷-空气绝对水势图。

图5为本发明一种利用水势图进行粮仓机械通风作业管理和控制的方法的玉米-空气绝对水势图。

图6为本发明一种利用水势图进行粮仓机械通风作业管理和控制的方法的小麦自然通风绝对水势图。

图7为本发明一种利用水势图进行粮仓机械通风作业管理和控制的方法的小麦机械通风绝对水势图。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进行进一步详细说明。

本发明一种利用水势图进行粮仓机械通风作业管理和控制的方法，选取小麦、水稻、玉米为例进行说明。

附图1示出了该管理和控制方法的流程图，首先，通过粮情监控系统检测不同粮种粮堆的温度及水分；然后根据现行通风标准(如表1所示)，利用检测的数据在水势图上绘制相应的湿热粮堆通风窗口；再次，检测大气的温度及相对湿度，计算得到大气绝对湿度；最后，根据那个风标准进行判断，通过绘制的通风窗口及大气温度和绝对湿度进行粮仓机械通风作业管理和控制。

附图2示出了水势图的绘制流程，本申请以小麦—空气、水稻—空气和玉米—空气为例，对水势图的绘制进行详细说明，如图3，图4和图5所示，向右倾斜大的是不同绝对湿度空气水势线，数字标识从1到49分别表示空气绝对湿度是1-49mmHg的水势，向右倾斜小的是不同水分的粮食水势线，数字标识从8.5到26.5，相同水分的水势线有两条，由带小圆的实线和带方块的虚线组成，虚线带有小方框的是解吸线实线带有圆圈的是吸附线，其中最上面的一条虚线是空气饱和湿度水势线。具体绘制步骤如下：

步骤1，确定谷物空气绝对水势图对应的横、纵坐标。

步骤2，绘制小麦、水稻、玉米的解吸、吸附绝对水势线。

步骤3，绘制空气绝对水势线。

步骤4，绘制空气饱和绝对湿度线。

其中所述步骤1中小麦、水稻、玉米的空气绝对水势图横坐标为温度，选取范围为0～40℃，纵坐标为绝对水势，根据对应公式计算的结果值选取范围为700～1200KJ/kg。

其中所述步骤2中小麦、水稻、玉米的绝对水势线的绘制主要包括如下步骤：

步骤2.1，选择小麦、水稻、玉米的水分含量分别为8.5,10.5,12.5,14.5,16.5,18.5,20.5,22.5,24.5,26.5(％)，温度范围为0,5,10,15,20,25,30,35,40，单位：℃。

步骤2.2，利用WU模型 ${\mathrm{ERH}}_r=\exp \left\{\frac{\frac{D}{222}\×\left(e^{\frac{B_1-M}{A_1}}{-e}^{\frac{B_2-M}{A_2}}\right)\×(1737.1-\frac{474242}{273+t})+D\×(1-e^{\frac{B_1-M}{A_1}})+202}{87.72}\right\}$ 及

${\mathrm{EAH}}_r=\mathrm{EXP}\left\{\frac{[\frac{D}{222}\×\left(e^{\frac{B_1-M}{A_1}}{-e}^{\frac{B_2-M}{A_2}}\right)+0.9845]\×(1737.1-\frac{474242}{273+t})+D\×(1-e^{\frac{B_1-M}{A_1}})-68.57}{87.72}\right\}$ 计算小麦、水稻、

玉米平衡相对湿度及绝对湿度。

步骤2.3，根据平衡状态下粮食的温度T_g＝T_α和绝对湿度EAHr，由公式E_g＝RT_αln(EAH_r)分别计算出小麦、水稻、玉米解吸、吸附的绝对水势。

步骤2.4，根据计算得到小麦、水稻、玉米的解吸、吸附绝对水势值，绘制横坐标为温度，纵坐标为绝对水势的不同水分含量的粮食解吸、吸附的绝对水势线。

其中所述步骤3中空气绝对水势线的绘制主要包括如下步骤：

步骤3.1，空气的绝对湿度选取值为1,2,3,4,5,6,7,8,910,11,12,13,14,15,16,19,22,25,28,31,34,37,40,43,46,49，单位：PS.mmHg。温度选取值0,5,10,15,20,25,30,35,40，单位：℃。

步骤3.2，根据空气的温度和绝对湿度，由E_α＝RT_αln(EAH_α)计算空气的绝对水势；

步骤3.4，根据计算得到的空气绝对水势值，绘制横坐标为温度，纵坐标为绝对水势的不同绝对湿度的空气绝对水势线。

其中所述步骤4中空气饱和绝对湿度线的绘制主要包括如下步骤：

步骤4.1，选取温度为0,5,10,15,20,25,30,35,40。

步骤4.2，由式且RH_α＝100％时，计算出不同温度对应的空气的饱和绝对湿度值。

步骤4.3，根据计算所得不同温度下的空气饱和绝对湿度值，计算出饱和空气绝对水势并绘制空气饱和绝对湿度线。

其中，所述的湿热粮堆通风窗口的绘制，就是在不同粮种—空气为微环境水势图中，根据所检测的粮食的温度和水分所确定状态点为基础，按照通风技术规程所围成的适合降温、降水或调质作业的区域。由于自然通风作业和机械通风作业的技术规程有差异，降温窗、降水窗或调质窗就有所差异。

图6为温度20℃，水分14.5％小麦自然通风降温窗、降水窗或调质窗的情形。按粮食水分增加2.5个百分点后的水分值(16.5％)和即时粮食温度值(20℃)在图中绘出平衡绝对湿度线，并根据大气饱和湿度线及大气的露点温度画出一个有ABCD相邻四点组成的框相邻粗实线为调质窗；根据粮食的绝对湿度和粮食露点温度及大气饱和绝对湿度绘降温窗HIJK；根据粮食的解吸绝对湿度及大气的露点温度绘制降水窗EFG。

利用水势图上绘制的通风窗口，根据现行通风标准(如表1)可进行不同粮种在不同温湿条件下的粮仓机械通风作业管理和控制。

图7为温度20℃，水分14.5％小麦机械通风降温窗、降水窗或调质窗的情形。按现行行业标准，绘制降温、降水、调质窗。根据大气露点温度、粮食温度、粮食绝对湿度、大气饱和绝对湿度分别围成降水窗(EFG)、降温窗(HIJ)、调质窗(ABCD)。

当满足条件：开始时：t₂-t₁≥8℃(亚热带地区：t₂-t₁≥6℃)，进行时：t₂-t₁≥4℃(亚热带地区：t₂-t₁≥3℃)，若此时大气温度与绝对湿度对应的坐标点位于降温窗口内，可进行降温机械通风。

当满足条件：t₂>t_l1时，若此时大气温度与绝对湿度对应的坐标点位于降水窗口内，可进行降水机械通风。

当满足条件：t₂>t_l1时，若此时大气温度与绝对湿度对应的坐标点位于调质窗口内，可进行调质机械通风。

其中，t₁，t₂分别为大气温度和粮食温度，t_l1，t_l2分别为大气露点温度和粮食露点温度。

本发明的一种利用水势图进行粮仓机械通风作业管理和控制的方法，不受上述实施案例的限制，凡是利用本发明的原理、方法或形式，经过变换、代换或组合所形成的技术方案都在本发明的保护范围内。

Claims (1)

1.一种利用水势图进行粮仓机械通风作业管理和控制的方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一 通过粮情监控系统检测不同粮种粮堆的温度，测量或计算不同粮种粮食水分；

步骤二 检测大气的温度及相对湿度，计算得到大气绝对湿度；

步骤三 根据现行通风标准，利用检测的数据在水势图上绘制相应的湿热粮堆通风窗口；

步骤四 根据绘制的通风窗口及大气温度和绝对湿度进行粮仓机械通风作业管理和控制。如权利要求1所述一种利用水势图进行粮仓机械通风作业管理和控制的方法，其特征于，步骤三所述水势图的绘制方法如下：

1)确定谷物空气绝对水势图对应的横、纵坐标；其中，横坐标为温度，纵坐标为绝对水势；

2)绘制粮食解吸、吸附绝对水势线；

a.选择谷物的不同水分含量，单位：％，温度度范围，单位：℃；

b.利用数学模型计算粮食平衡相对湿度ERH_r及绝对湿度EAH_r；

c.根据平衡状态下粮仓内部的粮食温度T_g与空气温度T_α等同以及绝对湿度EAHr，由公式E_g＝RT_αln(EAH_r)计算出粮食解吸、吸附的绝对水势；其中，E_g是粮食的水势，R是气体常数R＝0.461J·mol^-1·K^-1；

d.根据计算得到粮食解吸、吸附的绝对水势值，绘制横坐标为温度，纵坐标为绝对水势的不同水分含量的粮食解吸、吸附的绝对水势线；

3)绘制空气绝对水势线；

a.选取空气的绝对湿度值，单位：PS.mmHg；温度范围值，单位：℃；

b.根据空气的温度T_α和绝对湿度EAH_a，由E_α＝RT_αln(EAH_α)计算空气的绝对水势；其中，E_α表示空气的绝对水势，R是气体常数R＝0.461J·mol^-1·K^-1；

c.根据计算得到的空气绝对水势值E_α，绘制横坐标为温度，纵坐标为绝对水势的不同绝对湿度的空气绝对水势线；

4)绘制空气饱和绝对湿度线；

a.选取温度范围，单位：℃；

b.由式且RH_α＝100％时，计算出不同温度对应的空气的饱和绝对湿度值；其中，EAH_a大气的绝对湿度，RH_α：大气相对湿度，T_α：温度；

c.根据空气饱和绝对湿度值及温度计算不同温度下的空气饱和绝对水势，绘制空气饱和绝对湿度线。

如权利要求2所述的一种利用水势图进行粮仓机械通风作业管理和控制的方法，其特征于，数学模型为WU模型，

${\mathrm{ERH}}_r=\exp \left\{\frac{\frac{D}{222}\×\left(e^{\frac{B_1-M}{A_1}}{-e}^{\frac{B_2-M}{A_2}}\right)\×(1737.1-\frac{474242}{273+t})+D\×(1-e^{\frac{B_1-M}{A_1}})+202}{87.72}\right\}$ 及

${\mathrm{EAH}}_r=\mathrm{EXP}\left\{\frac{[\frac{D}{222}\×\left(e^{\frac{B_1-M}{A_1}}{-e}^{\frac{B_2-M}{A_2}}\right)+0.9845]\×(1737.1-\frac{474242}{273+t})+D\×(1-e^{\frac{B_1-M}{A_1}})-68.57}{87.72}\right\}$ 分别计算粮食平衡相对湿度及绝对湿度。