CN110068504B - 一种测试粮食内部温湿度对其压缩特性影响的装置和方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种测试粮食内部温湿度对其压缩特性影响的装置，包括工作台、压缩盒、温湿度控制系统以及竖向加载系统，工作台提供支撑，温湿度控制系统提供恒定温湿度的空气，分别通入压缩盒所属的保温箱和压缩室内；竖向加载系统施加竖向力；试验过程中，保温箱内温湿度保持不变。本发明可采用两种试验方式：向压缩室内实时通风，保持压缩室内温湿度的恒定，测定压缩过程中压缩室内温湿度对粮食压缩特性的影响；停止向压缩室内通风，关闭密封盖，使压缩室内形成相对封闭的状态，此时可监控压缩过程中粮食内部温温湿度的变化。本发明为粮食的压缩试验提供了稳定的外部环境，并使试验过程中压缩室内粮食的温度可被监控。
Description
技术领域
本发明涉及粮食力学特性测试领域，具体涉及一种测试粮食内部温湿度对其压缩特性影响的装置和方法，用来测定温湿度的变化对粮食压缩特性的影响，也可以测定压缩过程中粮食试样内温湿度的变化，对稳定储粮环境下粮食对仓壁的侧壁压力和对仓底的竖向压力研究提供数据支持。
背景技术
中国是一个粮食生产及消费大国，但随着绿色储粮技术的不断推广应用，粮食在流通，储藏过程中不可避免会遇到粮食环境的变化，尤其低温绿色储粮技术的应用，对粮食流通和储藏过程中的储粮温湿度的影响较大，从而影响粮食的力学特性。
粮食属于散体颗粒，它的物理力学特性比普通工程材料更加复杂。压缩特性作为粮食的基本力学特性之一，与容重、比重、孔隙度有着密切关系。利用粮堆的压缩特性，可以准确计算出粮食的受压变形、粮食储藏数量、储藏品质等情况。研究粮食的的压缩特性，对改进粮食的运输设备，提高粮仓结构的设计，保障粮食的安全高效储运具有重要意义。
粮食颗粒同时具有呼吸性能。粮食通过呼吸作用消耗O2并生成CO2、H2O和热量。粮食的自主呼吸使粮堆的含水率发生变化，放出的热量又造成粮堆内温度的升高。而且，外部环境的变化对粮堆的温度也有影响。粮堆的温度、湿度变化均会对粮食的压缩特性造成影响，现有的研究压缩特性的装置大多针对土工试验，而目前用于研究温湿度变化对粮食压缩特性影响的仪器相对缺乏。
粮食颗粒具有呼吸特性，外部环境的变化对粮食内部的温湿度变化影响明显，从而影响其压缩特性。因此，迫切需要研制出一种测试粮食在不同温湿度下对其压缩特的影响的试验装置。
发明内容
基于背景技术中研究粮食压缩特性的重要性、粮食材料的独特性以及现有试验设备的紧缺性，本发明提供一种能够为粮食的压缩提供不同的内外部温湿度环境，监测温湿度的变化对粮食压缩特性的影响，又可用于监测压缩过程中粮食内部温湿度的变化的装置和试验方法，为粮仓设计，粮食绿色储藏、运输等提供理论依据。
为了实现上述任务，本发明采用以下技术方案：
一种测试粮食内部温湿度对其压缩特性影响的装置，包括：
工作台，包括第一平台和设置在第一平台上方的第二平台；
压缩盒，压缩盒安装在第二平台上，为嵌套式结构，包括保温箱以及位于保温箱内部的压缩室，压缩室与保温箱内壁之间形成环形空腔；其中，保温箱顶部设置有可拆卸式保温盖，保温盖中部留有用于穿过传力头的孔洞；第二平台下方设置有与所述压缩室连通的送风腔，送风腔的侧壁上设置有能打开的密封门；所述的压缩室具有顶盖和底盖，顶盖、底盖均能实现通风或不通风的功能；保温箱内壁上安装有第二温湿度传感器，压缩室底盖上设置有第三温湿度传感器；
温湿度控制系统，包括温度控制箱以及湿度控制箱，温度控制箱的进风口上设置吸气装置，温度控制箱的出风口与湿度控制箱的进风口通过连接管连接；湿度控制箱的出风口上连接有导风管，导风管一方面通过第一支管连接所述的送风腔，另一方面通过第二支管连接保温箱一侧的下部，保温箱另一侧的上部设置有排风管；所述的导风管中串联有储气囊，储气囊中设置有第一温湿度传感器；
竖向加载系统，包括设置在压缩盒上方的施力架，施力架下方中部设置有传力头；所述的施力架通过加载杆与设置在第一平台下方的加载装置连接；所述的施力架上设置有用于调平施力架的水准仪以及用于测量竖向位移的千分表。
进一步地，所述的压缩室的顶盖外径与压缩室内径相同，底盖放置在位于压缩室内下边缘的一圈环形沿上；所述的顶盖为三层结构，包括位于下层的通风板、位于中层的盖板以及位于上层的挡风板，其中，通风板上分布有第一通风孔，盖板和挡风板上均沿圆周方向分布有一圈相互配合的第二通风孔，通风板固定于盖板底部，而挡风板与盖板为旋转扣合式结构；所述的盖板上表面中部设置有受力头，受力头上开设受力凹槽；所述的挡风板上设置有中心孔，受力头穿过中心孔；当挡风板与盖板旋转至其上的第二通风孔错开时，顶盖不通风，而旋转至第二通风孔上下对应时，顶盖通风；所述底盖的结构与顶盖基本相同，不同之处为底盖上不设受力头、中心孔结构，且底盖的挡风板直径小于所述环形沿的直径。
进一步地，所述的连接管靠近温度控制箱的一端设置有第一空气阀门，靠近湿度控制箱的一端设置有第二空气阀门，所述的导风管上设置第三空气阀门，第二支管上设置第四空气阀门，第一支管上设置第五空气阀门，所述的排风管上设置第六空气阀门。
进一步地，所述的送风腔内的底面为斜坡，斜坡位置较低的一侧为密封门所在侧。
一种测试粮食内部温湿度对其压缩特性影响的装置，包括以下步骤：
步骤1，打开保温箱的保温盖，取出压缩室的顶盖，将粮食试样放入到压缩室中，调整试样的量使得压缩室的顶盖上表面与压缩室的上表面齐平，然后旋转顶盖和底盖上的挡风板，使顶盖、底盖均处于通风状态，然后盖上保温盖；
步骤2，打开第一空气阀门至第四空气阀门以及第六空气阀门，然后打开温度控制箱并调整至目标温度，开始送风，此时空气只送入保温箱内，并由排风管送出；观察储气囊内第一温湿度传感器和保温箱内第二温湿度传感器的测量值，当两者温度均达到设定的目标温度时，启动湿度控制箱，调节空气湿度至目标湿度时，持续此送风状态；
步骤3，打开第五空气阀门，此时通过送风腔向压缩室内送风，根据第三温湿度传感器测量值对温度控制箱、湿度控制箱进行调节，直至压缩室内的空气温湿度稳定在目标温度、目标湿度；
步骤4，安装竖向加载系统
将受力头通过保温盖上的孔洞插入至压缩室顶盖受力头的受力凹槽中，根据水准仪将施力架调整至水平状态，施力杠杆左侧微向上翘起，使得放置砝码后施力杠杆能基本保持水平；将千分表的指针与施力架接触；
步骤5，确定需要施加的各级压力；
步骤6，通过竖向加载系统进行加载，加载过程中，通过千分表检测粮食试样的压缩量，第三温湿度传感器监测粮食试样内部的温湿度变化，并将监测数据传递给计算机。
一种测试压缩过程中粮食内部温湿度变化的方法，包括上述步骤1至步骤6的内容；不同之处在于，在步骤3和步骤4之间还包括以下步骤：
当粮食试样内部温湿度均达到目标温度、目标湿度后，关闭第五空气阀门，打开密封门，迅速旋转压缩室底盖的挡风板使底盖处于不通风状态并关闭密封门；打开保温箱的保温盖并旋转压缩室顶盖的挡风板使顶盖处于不通风状态，关闭保温盖；继续向保温箱内通风，调节使得保温箱空气温度、湿度均稳定在设定的目标温度、目标湿度；当三个温湿度传感器的测量值均稳定在目标温度、目标湿度时，保持目前的送风状态。
本发明具有以下技术特点：
1.相较于一般压缩试验装置，本发明向粮食内部通风，使粮食试样间空气温湿度能够与外部保温箱保持一致，即模拟了真实储粮状态，又保证了粮食在压缩过程中外部环境的稳定；
2.压缩室内设置温湿度传感器，能够研究压缩过程中的粮食温度变化及其对粮食压缩特性的影响；
3.压缩盒盖旋转扣合结构的采用，使压缩室可以灵活转换通气或封闭的状态，同时也是对现有技术的一种灵活运用；
4.X形连接件、四根传力杆较现有的双传力杆结构提升了其强度和传递竖向荷载的稳定性；在X性连接件上设置水准仪，便于调整杆件的平衡。
附图说明
图1为本发明装置的整体结构示意图；
图2为压缩盒部分的结构示意图；
图3为竖向加载系统上部的结构示意图；
图4为压缩室顶盖的结构示意图。
图中标号说明：1温湿度控制系统，2竖向加载系统，3压缩盒，4工作台，1-1温度控制箱，1-2连接管，1-3湿度控制箱，1-4储气囊，1-5第一温湿度传感器，1-6送风腔，1-7斜坡，1-8密封门，2-1传力头，2-2施力架，2-3水准仪，2-4千分表，2-5表座，2-6加载杆，2-7砝码，2-8施力杠杆，2-9平衡锤，3-1保温箱，3-2保温盖，3-3提手，3-4第二温湿度传感器，3-5第三温湿度传感器，3-6压缩室，3-7顶盖，3-7(a)挡风板，3-7(b)盖板，3-7(c)通风板，3-8底盖，AIV1第一空气阀门，AIV2第二空气阀门，AIV3第三空气阀门，AIV4第四空气阀门，AIV5第五空气阀门，AIV6第六空气阀门。
具体实施方式
本发明旨在研究温湿度的变化对粮食压缩特性的影响以及压缩过程中粮食内部温湿度变化规律，同时为粮仓设计，粮食绿色储藏、运输等提供理论依据。
一种测试粮食内部温湿度对其压缩特性影响的装置，包括工作台4、温湿度控制系统1、压缩盒3及竖向加载系统2四大部分，具体介绍如下：
1.工作台4
所述的工作台4包括第一支架、设置在第一支架上方的第一平台，第一平台上方通过第二支架安装有第二平台；第一平台与第二平台平行。
如图1所示，本方案中第一平台、第二平台均为平面台，通过第一平台将整个工作台4分为上中下三层。
2.压缩盒3
所述的第二平台上安装有压缩盒3，压缩盒3为嵌套式结构，包括保温箱3-1以及位于保温箱3-1内部的压缩室3-6，压缩室3-6与保温箱3-1内壁之间形成环形空腔；其中，保温箱3-1顶部设置有可拆卸式保温盖3-2，保温盖3-2中部留有用于穿过传力头2-1的孔洞；第二平台下方设置有与所述压缩室3-6连通的送风腔1-6，送风腔1-6的侧壁上设置有能打开的密封门1-8；
如图2所示，本发明的保温箱3-1用于存储自温湿度控制系统1送来的空气，保温箱3-1为由保温材料制成的空心圆柱形结构，其具有底面，在其底面中部开设有圆形通孔，所述的压缩室3-6为两端通透的空心圆柱形结构，其下端固定在所述圆形通孔上，且压缩室3-6的高度小于保温箱3-1。保温箱3-1顶部为两个半圆形板组成的保温盖3-2，在两个半圆形板对应位置开设半圆孔，拼合后形成所述的孔洞，以供传力头2-1通过，如图2所示；在半圆形板上设置有提手3-3，以方便打开保温盖3-2。
第二平台下部设置有圆柱形空心送风腔1-6，其具有底面，其顶部穿过第二平台与所述的压缩室3-6下端连通；其侧壁上有密封门1-8，密封门1-8的尺寸以100*100mm以上为宜，使密封门1-8打开后操作者手部可以自由出入。
优选地，所述的送风腔1-6内的底面为斜坡1-7，斜坡1-7与水平面间的角度为15°，斜坡1-7位置较低的一侧为密封门1-8所在侧；斜坡1-7的作用是当有粉尘、杂物等掉落到送风腔1-6中时，能方便地进行清理。
如图2、图4所示，所述的压缩室3-6具有顶盖3-7和底盖3-8，其中顶盖3-7外径与压缩室3-6直径相同，底盖3-8放置在位于压缩室3-6内下边缘的一圈环形沿上；所述的顶盖3-7为三层结构，包括位于下层的通风板3-7(c)、位于中层的盖板3-7(b)以及位于上层的挡风板3-7(a)，其中，通风板3-7(c)上分布有第一通风孔，盖板3-7(b)和挡风板3-7(a)上均沿圆周方向分布有一圈相互配合的第二通风孔，通风板3-7(c)固定于盖板3-7(b)底部，而挡风板3-7(a)与盖板3-7(b)为旋转扣合式结构；所述的盖板3-7(b)上表面中部设置有受力头，受力头上开设受力凹槽；所述的挡风板3-7(a)上设置有中心孔，受力头穿过中心孔；当挡风板3-7(a)与盖板3-7(b)旋转至其上的第二通风孔错开时，顶盖3-7不通风，而旋转至第二通风孔上下对应时，顶盖3-7通风；所述底盖3-8的结构与顶盖3-7基本相同，不同之处为底盖3-8上不设受力头、中心孔结构，且底盖3-8的挡风板3-7(a)直径小于所述环形沿的直径；保温箱3-1内壁上安装有第二温湿度传感器3-4，压缩室3-6底盖3-8上设置有第三温湿度传感器3-5。
本方案中，压缩室3-6的顶盖3-7可以放入到压缩室3-6中，二者之间采用滑动式配合方式；在压缩室3-6中放入粮食试样后，要保持压缩室3-6的顶盖3-7上表面与压缩室3-6的上表面齐平，此时压缩室3-6顶盖3-7的下表面与压缩室3-6底盖3-8的上表面的间距为初始阶段粮食试样的高度。
压缩室3-6顶盖3-7为三层结构，其中通风板3-7(c)上的第一通风孔遍布通风板3-7(c)，本实施例中第一通风孔的孔径为0.075mm；中间一层的盖板3-7(b)为金属板，与通风板3-7(c)相互固定。盖板3-7(b)上有受力头，其上的受力凹槽与竖向加载系统2中的传力头2-1配合，加载时传力头2-1伸入到受力凹槽中，传递竖向荷载，此结构的优点在于可防止施加施加竖向荷载发生横向错动，使压力偏心。顶盖3-7三层结构组合后，受力头穿过挡风板3-7(a)上的中心孔而伸到挡风板3-7(a)上方。
挡风板3-7(a)与盖板3-7(b)之间为旋转式扣合结构，例如挡风板3-7(a)的直径略小于盖板3-7(b)，挡风板3-7(a)外壁上加工外螺纹，而在盖板3-7(b)上表面边缘设置一圈螺纹圈，通过螺纹配合的方式实现二者的旋转式扣合。挡风板3-7(a)与盖板3-7(b)上第二通风孔的数量、位置及孔径均相同，由此使得挡风板3-7(a)相对于盖板3-7(b)旋转时，两者的第二通风孔可以相互错开或部分/全部上下对应，从而实现顶盖3-7整体的通风或阻风。挡风板3-7(a)表面设置把手以便于其旋转。当顶盖3-7不通风的情况下进行压缩试验时，压缩室3-6内的空气可从压缩室3-6顶盖3-7、底盖3-8与压缩室3-6内壁之间的缝隙被挤出。
压缩室3-6底盖3-8的结构和顶盖3-7基本相同，由于底盖3-8无需传力，因此不设受力头、中心孔；并且底盖3-8在放置时，底盖3-8上的通风板3-7(c)是在上部的；且底盖3-8的挡风板3-7(a)直径小于所述环形沿的直径，这是为了使底盖3-8上挡风板3-7(a)的旋转不受环形沿的影响；压缩室3-6底盖3-8(的通风板3-7(c))上设置有第三温湿度传感器3-5，第三温湿度传感器3-5布设方向为竖直向上，可减少传感器对竖向荷载传递的影响。除此之外，底盖3-8的其余结构和顶盖3-7完全相同，在此不赘述。
打开密封门1-8后，可以旋转压缩室3-6底盖3-8上的挡风板3-7(a)，使底盖3-8处于通风或不通风状态。
3.温湿度控制系统1
所述的温湿度控制系统1，包括位于第二平台上的温度控制箱1-1以及位于第一平台上的湿度控制箱1-3，温度控制箱1-1的进风口上设置吸气装置，温度控制箱1-1的出风口与湿度控制箱1-3的进风口通过连接管1-2连接；湿度控制箱1-3的出风口上连接有导风管，导风管一方面通过第一支管连接所述的送风腔1-6，另一方面通过第二支管连接保温箱3-1一侧的下部，保温箱3-1另一侧的上部设置有排风管；所述的导风管中串联有储气囊1-4，储气囊1-4中设置有第一温湿度传感器1-5；
本方案中的温度控制箱1-1，其作用是维持温度恒定，其中有温控系统和吸气装置。本实施例中，温度控制箱1-1采用HSP恒温箱，其控温范围为4～60°，吸气装置采用YTJYF-D5型风机。打开吸气装置，环境中的空气被抽入到温度控制箱1-1中，经温度调控后送入到湿度控制箱1-3。湿度控制箱1-3内设置有除湿系统，利用吸湿盒，以进行湿度调节。温湿度控制为现有技术，在此不赘述。湿度控制箱1-3出风口输出的为经过恒温、恒湿处理后的空气，该空气部分自第一支管送入所述的送风腔1-6中，从送风腔1-6进入到压缩室3-6中，而另一部分则从第二支管送入到保温箱3-1中。储气囊1-4的设置可使经过的空气相对稳定，第一温湿度传感器1-5监测空气温湿度，确保送入压缩盒3内部的空气温湿度为目标值。
为便于调控，在温度控制箱1-1、湿度控制箱1-3上设置控制面板及显示屏，控制面板用以调节温度值、湿度值，显示屏上显示第一温湿度传感器1-5采集的温、湿度数值，以此模拟不同温湿度环境下粮食的压缩状态。
所述的连接管1-2靠近温度控制箱1-1的一端设置有第一空气阀门AVI1，靠近湿度控制箱1-3的一端设置有第二空气阀门AVI2，所述的导风管上设置第三空气阀门AVI3，第二支管上设置第四空气阀门AVI4，第一支管上设置第五空气阀门AVI5，所述的排风管上设置第六空气阀门AVI6。空气阀门的作用是根据实验需要进行关闭或开启以阻止或使得空气通过。
本方案中，所有温湿度传感器采集的信息均通过数据线传递给计算机并进行记录，所有的空气阀门可采用手动阀门，也可以采用电磁阀受到计算机控制，以进行电动调节。
4.竖向加载系统2
所述的竖向加载系统2包括设置在压缩盒3上方的施力架，施力架下方中部设置有传力头2-1；所述的施力架通过加载杆2-6与设置在第一平台下方的加载装置连接；
所述的施力架上设置有用于调平施力架的水准仪2-3以及用于测量竖向位移的千分表2-4。
如图1所示，本方案中加载装置采用施力杠杆2-8，并设置平衡锤2-9。施力杠杆2-8力臂长度比为12:1，在加载时，根据需施加的竖向荷载计算放置砝码2-7的质量，施加的荷载通过加载杆2-6传递给施力架，最终通过施力头施加在压缩室3-6顶盖3-7上。本实施例中，施力架为X形架，千分表2-4的底座为磁性表座2-5，安装在第一平台上，使得千分表2-4的位置可调整，测量时其指针与施力架接触，测定试验过程中的竖向位移，并通过数据线传递给计算机；安装时通过水准仪2-3调节施力架使其保持水平。在传力头2-1上设置金属块，可防止传力头2-1中部弯矩过大而产生弯曲变形。
在上述技术方案的基础上，本发明进一步公开了一种测试粮食内部温湿度对其压缩特性影响的方法，包括以下步骤：
步骤1，打开保温箱的保温盖，取出压缩室的顶盖，将粮食试样放入到压缩室中，调整试样的量使得压缩室的顶盖上表面与压缩室的上表面齐平，然后旋转顶盖和底盖上的挡风板，使顶盖、底盖均处于通风状态，然后盖上保温盖。
步骤2，打开第一空气阀门至第四空气阀门以及第六空气阀门，然后打开温度控制箱并调整至目标温度，开始送风，此时空气只送入保温箱内，并由排风管送出；观察储气囊内第一温湿度传感器和保温箱内第二温湿度传感器的测量值，当两者温度均达到设定的目标温度时，启动湿度控制箱，调节空气湿度至目标湿度，并根据第一温湿度传感器、第二温湿度传感器对温度控制箱、湿度控制箱进行微调，确保第一温湿度传感器、第二温湿度传感器测得的温湿度值均为目标温度、目标湿度，并持续此送风状态，保持保温箱内空气温湿度的恒定。
步骤2的作用是在不干扰粮食试样的前提下确定送风温湿度为试验所需目标值，然后进行步骤3，调节试样内部温度。
步骤3，打开第五空气阀门，此时通过送风腔向压缩室内送风，根据第三温湿度传感器测量值对温度控制箱、湿度控制箱进行调节，直至压缩室内的空气温湿度稳定在目标温度、目标湿度。
步骤4，安装竖向加载系统
将受力头通过保温盖上的孔洞插入至压缩室顶盖受力头的受力凹槽中，根据水准仪将施力架调整至水平状态，施力杠杆左侧微向上翘起，使得放置砝码后施力杠杆能基本保持水平；将千分表的指针与施力架接触。
步骤5，确定需要施加的各级压力
一般情况下，加压等级一般为12.5、25.0、50.0、100、200、400、800kPa。
步骤6，通过竖向加载系统进行加载，加载过程中，通过千分表检测粮食试样的压缩量，第三温湿度传感器监测粮食试样内部的温湿度变化，并将监测数据传递给计算机。
在不同目标温度、目标湿度条件下进行上述步骤，依据千分表读取的数据计算各级压力下固结稳定后的孔隙比ei，由此计算某一压力范围内的压缩系数av及压缩模量Es，绘制e～lgp曲线和h～√t曲线并进一步求出压缩指数Cc和固结系数Cv。
研究温湿度对粮食压缩特性的影响时，将不同温湿度、同一压力条件下的压缩指数Cc和固结系数Cv绘制在一起，探究其变化规律；此研究关注于不同温湿度环境下粮食受压缩的力学状态，对现实中不同储粮环境下粮食对仓壁的侧壁压力及通风时的粮层阻力具有指导意义；
在上述技术方案的基础上，本发明进一步公开了一种测试压缩过程中粮食内部温湿度变化的方法，包括上述步骤1至步骤6的内容；不同之处在于，在步骤3和步骤4之间还包括以下步骤：
当粮食试样内部温湿度均达到目标温度、目标湿度后，关闭第五空气阀门，打开密封门，迅速旋转压缩室底盖的挡风板使底盖处于不通风状态并关闭密封门；打开保温箱的保温盖并旋转压缩室顶盖的挡风板使顶盖处于不通风状态，关闭保温盖；继续向保温箱内通风，调节使得保温箱空气温度、湿度均稳定在设定的目标温度、目标湿度；当三个温湿度传感器的测量值均稳定在目标温度、目标湿度时，保持目前的送风状态。
研究压缩过程中粮食内部温湿度变化时，将同一温湿度，不同压力条件下的压缩指数Cc和固结系数Cv绘制在一起，探究其变化规律；此研究关注于粮食在压缩过程中本身性状的改变，对稳定储粮环境下粮食对仓壁的侧壁压力和对仓底的竖向压力具有指导意义。
可行性分析：
试样由粮食颗粒堆积而成，属于典型的条孔介质，则对粮食试样进行温湿度调节时主要受其孔隙大小及分布的影响。在压缩试验中，粮食试样除了受竖向压力的影响外，各层粮食还受其上层粮层的重力作用。则越是靠下的粮层，
所受的竖向力总和越大，其孔隙体积越小。故本发明通风方式选取上行式通风，使风先通过粮层阻力较大的下部，再向上部移动。有利于粮食试样温湿度调整的均匀性。
应储粮机械通风系统技术要求，应根据粮食水分的不同选取不同的单位通风量最小值，其中粮食水分为20％时，要求最低单位通风量不小于60m3/h·kg。
则最低通风总量为：
Q总＝qG
式中：Q总为总通风量，m3/h
q为单位通风量，m3/h·kg；
G为粮食质量，kg；
现假设试样为小麦，其比重Gs＝1.34，孔隙比为0.569，则装样质量为3.055kg
Q总＝qG＝0.06×3.055＝0.1833m3/h
故所选风机参数如下
现根据所选风机参数，估算试验中理论通风时间。
粮食从空气中吸收或散失的热流量：
Q＝MgCg(tg-ta)+Mg(ωg-ωa)Kg
式中，Mg为粮食质量，kg；Cg为粮食的比热，J/kg·K；
tg为粮食的初始温度，℃；ta为粮食的目标温度，℃；
wg为粮食的初始含水率；wa为粮食的目标含水率；
Kg为粮食的汽化潜热。
空气从粮食吸收或放出的热流量：
Q′＝qaCa(tg-ta)
式中，qa为空气的质量流量，kg/s；
Ca为空气的比热，J/kg·k。
则理论通风时间为：
粮食的比热容会随着温度和水分的变化而变化，但通常情况下可以认为其比热容是一个常数，Cg＝1871J/kg·K；粮食的汽化潜热通常取Kg=293000J/kg，空气的密度也随温度和压力的变化而变化，但通常情况下，可以认为其为一个常数ρ＝1.2225kg/m3；空气的比热容通常取Cg＝1011J/kg·K。
现假设粮食试样为小麦。其Gs＝1.34，孔隙比为0.569，则装样质量为3.055kg若将其从初始温度为30℃，初始含水率为20％的状态调整之温度为10℃含水率为10％估算其通风时间如下：
经计算，假设试样为小麦时，试样持续通风5min即可调整至目标温湿度，现采用最优通风时间为6min，此时即可进行后续实验。
本计算对试验过程中的试样温湿度调节及调节时间具有指导性意义，验证了通过本发明方式调节试样温湿度的可行性，当需采用其他粮食试样进行试验时，进行相应通风时间验算即可。
Claims (6)
1.一种测试粮食内部温湿度对其压缩特性影响的装置，其特征在于，包括：
工作台(4)，包括第一平台和设置在第一平台上方的第二平台；
压缩盒(3)，压缩盒(3)安装在第二平台上，为嵌套式结构，包括保温箱(3-1)以及位于保温箱(3-1)内部的压缩室(3-6)，压缩室(3-6)与保温箱(3-1)内壁之间形成环形空腔；其中，保温箱(3-1)顶部设置有可拆卸式保温盖(3-2)，保温盖(3-2)中部留有用于穿过传力头(2-1)的孔洞；第二平台下方设置有与所述压缩室(3-6)连通的送风腔(1-6)，送风腔(1-6)的侧壁上设置有能打开的密封门(1-8)；所述的压缩室(3-6)具有顶盖(3-7)和底盖(3-8)，顶盖(3-7)、底盖(3-8)均能实现通风或不通风的功能；保温箱(3-1)内壁上安装有第二温湿度传感器(3-4)，压缩室(3-6)底盖(3-8)上设置有第三温湿度传感器(3-5)；
温湿度控制系统(1)，包括温度控制箱(1-1)以及湿度控制箱(1-3)，温度控制箱(1-1)的进风口上设置吸气装置，温度控制箱(1-1)的出风口与湿度控制箱(1-3)的进风口通过连接管(1-2)连接；湿度控制箱(1-3)的出风口上连接有导风管，导风管一方面通过第一支管连接所述的送风腔(1-6)，另一方面通过第二支管连接保温箱(3-1)一侧的下部，保温箱(3-1)另一侧的上部设置有排风管；所述的导风管中串联有储气囊(1-4)，储气囊(1-4)中设置有第一温湿度传感器(1-5)；
竖向加载系统(2)，包括设置在压缩盒(3)上方的施力架(2-2)，施力架(2-2)下方中部设置有传力头(2-1)；所述的施力架(2-2)通过加载杆(2-6)与设置在第一平台下方的加载装置连接；所述的施力架(2-2)上设置有用于调平施力架(2-2)的水准仪(2-3)以及用于测量竖向位移的千分表(2-4)。
2.如权利要求1所述的测试粮食内部温湿度对其压缩特性影响的装置，其特征在于，所述的压缩室(3-6)的顶盖(3-7)外径与压缩室(3-6)内径相同，底盖(3-8)放置在位于压缩室(3-6)内下边缘的一圈环形沿上；所述的顶盖(3-7)为三层结构，包括位于下层的通风板(3-7c)、位于中层的盖板(3-7b)以及位于上层的挡风板(3-7a)，其中，通风板(3-7c)上分布有第一通风孔，盖板(3-7b)和挡风板(3-7a)上均沿圆周方向分布有一圈相互配合的第二通风孔，通风板(3-7c)固定于盖板(3-7b)底部，而挡风板(3-7a)与盖板(3-7b)为旋转扣合式结构；所述的盖板(3-7b)上表面中部设置有受力头，受力头上开设受力凹槽；所述的挡风板(3-7a)上设置有中心孔，受力头穿过中心孔；当挡风板(3-7a)与盖板(3-7b)旋转至其上的第二通风孔错开时，顶盖(3-7)不通风，而旋转至第二通风孔上下对应时，顶盖(3-7)通风；所述底盖(3-8)的结构与顶盖(3-7)基本相同，不同之处为底盖(3-8)上不设受力头、中心孔结构，且底盖(3-8)的挡风板(3-7a)直径小于所述环形沿的直径。
3.如权利要求2所述的测试粮食内部温湿度对其压缩特性影响的装置，其特征在于，所述的连接管(1-2)靠近温度控制箱(1-1)的一端设置有第一空气阀门(AVI1)，靠近湿度控制箱(1-3)的一端设置有第二空气阀门(AVI2)，所述的导风管上设置第三空气阀门(AVI3)，第二支管上设置第四空气阀门(AVI4)，第一支管上设置第五空气阀门(AVI5)，所述的排风管上设置第六空气阀门(AVI6)。
4.如权利要求1所述的测试粮食内部温湿度对其压缩特性影响的装置，其特征在于，所述的送风腔(1-6)内的底面为斜坡(1-7)，斜坡(1-7)位置较低的一侧为密封门(1-8)所在侧。
5.一种采用权利要求3所述的装置测试粮食内部温湿度对其压缩特性影响的方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1，打开保温箱的保温盖，取出压缩室的顶盖，将粮食试样放入到压缩室中，调整试样的量使得压缩室的顶盖上表面与压缩室的上表面齐平，然后旋转顶盖和底盖上的挡风板，使顶盖、底盖均处于通风状态，然后盖上保温盖；
步骤2，打开第一空气阀门至第四空气阀门以及第六空气阀门，然后打开温度控制箱并调整至目标温度，开始送风，此时空气只送入保温箱内，并由排风管送出；观察储气囊内第一温湿度传感器和保温箱内第二温湿度传感器的测量值，当两者温度均达到设定的目标温度时，启动湿度控制箱，调节空气湿度至目标湿度时，持续此送风状态；
步骤3，打开第五空气阀门，此时通过送风腔向压缩室内送风，根据第三温湿度传感器测量值对温度控制箱、湿度控制箱进行调节，直至压缩室内的空气温湿度稳定在目标温度、目标湿度；
步骤4，安装竖向加载系统
将受力头通过保温盖上的孔洞插入至压缩室顶盖受力头的受力凹槽中，根据水准仪将施力架调整至水平状态，施力杠杆左侧微向上翘起，使得放置砝码后施力杠杆能基本保持水平；将千分表的指针与施力架接触；
步骤5，确定需要施加的各级压力；
步骤6，通过竖向加载系统进行加载，加载过程中，通过千分表检测粮食试样的压缩量，第三温湿度传感器监测粮食试样内部的温湿度变化，并将监测数据传递给计算机。
6.一种测试压缩过程中粮食内部温湿度变化的方法，包括如权利要求5所述方法中步骤1至步骤6；不同之处在于，在步骤3和步骤4之间还包括以下步骤：
当粮食试样内部温湿度均达到目标温度、目标湿度后，关闭第五空气阀门，打开密封门，迅速旋转压缩室底盖的挡风板使底盖处于不通风状态并关闭密封门；打开保温箱的保温盖并旋转压缩室顶盖的挡风板使顶盖处于不通风状态，关闭保温盖；继续向保温箱内通风，调节使得保温箱空气温度、湿度均稳定在设定的目标温度、目标湿度；当三个温湿度传感器的测量值均稳定在目标温度、目标湿度时，保持目前的送风状态。
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