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粮食仪器http://www.grainyq.com/
2010, No.
7
用热线法测定粮食的导热系数
张来林1, 李岩峰1, 毛广卿1, 曹 阳2, 郭 漾3, 朱庆芳1
(1. 河南工业大学粮油食品学院, 河南郑州 450052; 2. 国家粮食局科学研究院, 北京 100037; 3. 郑州同创科技有限公司, 河南郑州 450001)
摘 要:采用热线法测定了小麦、稻谷的导热系数。室温条件下, 小麦水分在719%~2014%的状态下, 导热系数的变化范围为011420~011627W/(m #e ) , 并且与水分呈正线性相关; 温度在5196~33133e 时, 导热系数的变化范围为011336~011605W/(m #e ) 。籼稻中优218水分在616%~2011%时, 导热系数的变化范围为010998~011223W/(m #e ) ; 广东早籼在6151~35103e 时, 导热系数的变化范围为010826~011166W/(m #e ) 。不同品种粮食的导热系数不同, 籼稻的导热系数大于粳稻的导热系数, 但不同品种小麦的导热系数值变化范围不大。关键词:粮食; 热线法; 导热系数
中图分类号:T S210. 1 文献标识码:A 文章编号:1003-6202(2010) 07-0012-05Deter mination of thermal conductivity of grain by ho-t wire method
ABSTRACT:T he t hermal conduct ivity of wheat and paddy rice w as measured by hot -w ire met hod in this paper. U nder room temperat ure and wheat moist ure cont ent 7. 9%~20. 4%, the thermal conduct ivity changed w it hin the range of 0. 1420~0. 1627W/(m #e ) and had a posit ive linear correlat ion w it h moist ure cont ent. At a t empera -t ure of 5. 96~33. 33e , t he t hermal conductivit y changed within t he range of 0. 1336~0. 1605W/(m #e ). When t he moisture cont ent of milled long -grain nonglut inous rice Zhongyou 218was 6. 6%~20. 1%, thermal con -ductivity changed w ithin the range of 0. 0998~0. 1223W/(m #e ). When t he temperat ure of Guangdong early -season milled long -grain nonglutinous rice was 6. 51~35. 03e , thermal conductivit y changed w it hin t he range of 0. 0826~0. 1166W/(m #e ) . T hermal conduct ivities of the dif ferent kinds of grains w ere different:it was high -er in milled long -grain nonglutinous rice, but lower in japonica rice; how ever, it didn' t change signif icant ly among dif ferent w heat variet ies.
KEYWO RDS :grain; hot -wire met hod; thermal conductivity
导热系数是粮堆的基本热物理特性之一, 它表明粮食传递热量的能力, 是研究粮堆通风降温、控制冷却时间、粮食干燥计算及干燥过程的计算机模拟以及粮食储藏过程中吸收或放出热量等传热计算及干燥效率的重要基础数据之一, 也是粮食加工过程, 如制粉、压榨、混合以及烘烤中不可缺少的重要设计依据。每年有大批粮食需要依据湿热传递原理, 采用通风与干燥的手段, 解决粮食水分超标、温度高的问题, 达到控制害虫、保持粮食品质的安全储藏目的[3]。因此, 为及时了解在储藏期间粮堆内部湿热传递的基本规律, 减少粮食损失, 需掌握粮食的热物理特性。
收稿日期:2010-01-28; 修回日期:2010-06-03
基金项目:国家粮食局科学研究院, 基本科研业务费专项ZX0708作者简介:张来林(1955-) , 男, 教授, 粮油储藏技术与仓储工艺设计。
[1~2]
影响物料导热系数的因素较多, 通常只能用实验方法确定。目前测定导热系数的方法主要有同心
圆筒法、平板法、瞬态热线法和热探针法。试验表明, 热线法较适用于固体物料, 尤其是用于测定松散材料和高含水率农业物料的导热系数。本实验根据粮食的结构特点, 对现有的热线法进行改进, 使用自制热线法测定仪检测小麦、稻谷等粮种的导热系数, 取得了较好的结果。1 热线法的测定原理与测定仪
111 热线法的测定原理
根据非稳态法传热学理论, 若假定在固体介质
[1]
张来林等:用热线法测定粮食的导热系数/2010年第7期
13
211 实验材料
本次实验粮种为小麦、稻谷, 如表1所示。
表1 实验粮食的品种和特性
粮种小麦
品种小麦9843鲁麦1号烟农21小麦211
稻谷
中优218广东早籼辽新1号产地北京山东郓城县山东荣成北京湖南常德广东辽宁盘锦水分/%719~[***********]6~[1**********]9中存在一个理想的无限细且无限长的线形热源, 则
该线热源在单位时间和单位长度上的发热量是一个定值。在该线热源作用下, 线热源本身及周围温度将上升, 而线热源温度上升的快慢将取决于其周围介质导热系数的大小。因此通过测定线热源的升温速率, 即可根据下列公式计算出介质的导热系数。
2
q ln ()
1
K =,
4P (H 2-H 1)
式中, K 为导热系数, W/(m #e ) ; q 为每米长度热线在单位时间内输入的热量, W/m; t 1、t 2分别为测定时间, s; H 1为在时间为t 1时测得温度, e ; H 2为在时间为t 2时测得温度, e 。
112 热线法的测定仪
市场现有测定导热系数的仪器较多, 但不适合粮食热物理参数的测定。为此专门设计了热线法粮食导热系数检测仪[4], 该装置不仅操作简便, 而且检测精度高, 还解决了粮食导热系数测定时存在的电热丝中心定位难与不能绷紧等难题。
导热系数测定仪主要由稳压电源、镍铬热丝、数字温度传感器、测试筒(见图1) 、测控系统主机等部分组成。尤其在测试筒的结构设计上采取:¥穿过筒体的上、下封盖安装在筒体内的电热丝与筒体共轴线, 电热丝下端通过三爪卡头固定在试验筒体的下封盖上, 其上端通过张紧机构固定在筒体顶部U 形连接杆的提梁上, 既解决了电热丝在试验筒中心的定位, 又避免了因加热或环境温度变化时电热丝不能绷紧的难题。¦设置在电热丝中部的测温元件和在筒内壁中部均布的三个测温元件, 以弥补电热丝的安装偏置而带来的检测数据上误差。§上封盖由封盖座和两个半圆板构成和整个测试筒外加保温隔热套的设计结构, 既方便检测物料的装填, 又可避
免环境温度变化对检测数据测量误差的影响。
1. 三爪卡头2. 下封盖3. 电热丝4. 筒体5. 测温元件6. U 形连接杆7. 上封盖8. 张紧机构
图1 热线法测定仪的测试筒
2实验材料和方法
晚籼527湖北钟祥1217宁夏粳稻
宁夏
1315
212 实验仪器
DGG-9030BD 型电热恒温鼓风干燥箱, 上海森信实验仪器有限公司; M ET TLER T OLREDO AB304-S 型电子分析天平(精度011mg ) ; 恒温恒湿培养箱, 德国BINDER 公司, 控温范围-40~180e ; 粮情测控系统, 郑州同创科技有限公司; 自制热线法导热系数测定仪。213 样品的制备
先按照ASABE 标准(2007) 中的整粒法[5]
测定样品小麦9843的初始水分为20142%、稻谷中优218的初始水分为2011%, 再依据水分含量预设定20%、17%、14%、11%和8%等5个干基水分梯度。最后将试验粮种用双层自封袋密闭, 分别放置于设定好温度(5、10、15、20、25、30、35e ) 的恒温培养箱中, 恒温24h 后, 取出样品进行实验。214 导热系数的测定步骤
按图2所示安装好实验装置, 然后将粮食样品用漏斗自然装入测试筒内, 要求漏斗口距离测试筒上端5cm, 保证装料的均匀性。盖好上封盖, 连接电源线、温度信号线, 最后在测试筒上加上隔热罩, 减少外界空气对试件的影响。在做好检测仪器的准备工作后, 打开电子测温系统, 待计算机上所显示的温度稳定后, 对测试筒内的电热丝通电加热, 电热丝周边的粮食吸收热量并沿径向朝周围散热, 测温元件传输粮温随时间变化的信息, 与此同时计算机开始记录测试筒中心的电阻丝温度(H ) 和其对应时间(t ) 的数据, 每间隔60s
采集一次数据。
11稳压电源2. 镍铬热丝3. 被测物料4. 测试筒5. 温度传感器6. 测控主机
图2导热系数测定仪示意图
14
215 数据处理
所得数据用EXCEL 、SAS 等软件处理, 按1. 1热线法测定原理中的公式计算粮食导热系数。3 结果分析
311 导热系数与实验粮种水分含量关系实验测定了4组小麦、5组稻谷水分的导热系数, 得出的导热系数与水分的关系见图3、图4。从图3、图4可知, 在室温条件下, 导热系数随着水分的增加呈线性增长, 当小麦水分在719%~2014%时, 其变化范围为011420~011627W/(m #e ) ; 稻谷中优218水分含量在616%~2011%时, 其变化范围为010998~011223W/(m #e ) 。为在测量范围内获得粮食导热系数和水分含量关系的数学模型, 检测数据经处理得到回归方程:y 麦=011296+010017x 、R 2=019658, y 稻=01083+010019x 、R =019908。
除小麦的检测结果与龚红菊研究资料[6]不太相
2
张来林等:用热线法测定粮食的导热系数/2010年第7期
符外, 本次实验利用热线法测定的粮食导热系数结果与其它文献报道的数值较为接近, 均在表2文献报道的范围之内, 由此说明自制的测定装置能够准
[3、7~10]
确测定粮食的导热系数。
表2 文献报道的试验粮种的导热系数
粮种
小麦
品种
硬麦
红色硬质冬小麦红色硬麦红色硬麦红色硬麦红色软质冬小麦白色软麦
稻谷
短粒稻中粒稻早稻华航一号武育粳3号
注:*表示线性回归方程, M 代表水分含量, %。
水分/%9121318~[***********]16~16170168~20131115~23171010~2010810~1410615~1918
温度/e
) ) 31~3626~3327) ) ) ) 28~30)
导热系数/W #(m #e ) -1
011402
011813~[1**********]1~[1**********]7~[1**********]1~[1**********]8~[1**********]0+010011M 011000+010011M 010866+010013M 010936+01000
***
文献
[1**********]0
010741+010024M *
6M *
312 导热系数与实验粮种检测温度的关系
为了验证物料温度对实验粮种导热系数检测结果的影响, 实验设置5196、11138、14179、19192、24188、28154、33133e 共7个温度梯度, 温度与导热系数的变化关系见图5、图6
。
系。当小麦温度在5196~33133e 的范围内, 其导
热系数变化范围是011336~011605W/(m #e ) , 而水分在719%~2014%的状态下, 其变化范围是011420~011627W/(m #e ) 。两者变化范围相当, 可以说明温度对导热系数的影响与水分的影响
程度相当。
图5 小麦在不同温度与导热系数的关系图
从图5可知, 小麦导热系数和检测温度的高低关系密切。当小麦的检测温度较低时, 其导热系数也低; 随着小麦检测温度的提高, 其相应温度下的导热系数也不断升高, 对其进行线性回归分析, R 2=09912说明检测温度与导热系数呈较好的线性关
图6 稻谷在不同温度与导热系数的关系图
图6为广东早籼在1211%水分下, 在6151~35103e 温度范围内, 测得导热系数为010826~011166W/(m #e ) , 随温度增加呈线性增长。同样对检测数据进行回归分析获得广东早籼导热系
张来林等:用热线法测定粮食的导热系数/2010年第7期
15
水分含量和温度有明显的关系, 并且都呈线性关系。313 不同温度、水分下导热系数的显著性分析
数和温度关系的数学模型表达式:y =010753+
010011x , R 2=019854。
综合图3~图6可以看出, 导热系数与小麦、稻谷
预设温度 5 10 15 20 25 30 35
稻谷
实测温度/e 导热系数/W #(m #e ) -1
6151? 011411133? 014216114? 111421135? 013825151? 013229151? 011435104? 0148
010826? 010012e 010893? 010050de 010927? 010039cd 010995? 010039bc 011023? 010056b
011067? 010023b 011166? 010041a
表3 不同温度下导热系数的差异性
小麦
实测温度/e 导热系数/W #(m #e ) -1
5196? 012211138? 0122
14179? 013419192? 014824188? 011328154? 011733133? 0134
011336? 010001d 011430? 010013c 011407? 010045cd 011482? 010038bc 011538? 010021ab
011563? 010031ab 011605? 010013a
注:表中的数据为平均数? 标准差, 同列内数据后有相同字母表示差异不显著(A =0105) 。
从表3不同温度下导热系数的差异性可以看
出, 在7个预设温度条件下, 35e 下稻谷的导热系数与其他温度下稻谷导热系数比较, 差异显著; 除此之外, 相邻两组温度间差异均不显著。总体来说小麦
编号 1 2 3 4 5
稻谷
水分/% 导热系数/W #(m #e )
616? 01051217? 01101519? 01041711? 11122011? 0103
010998? 010044b 011103? 010069ab 011131? 010035a 011131? 010013a 011223? 010110a
-1
导热系数随温度变化的差异性比稻谷导热系数变化
的差异性小。稻谷、小麦导热系数的差异性都呈连贯状态, 这也说明了小麦、稻谷导热系数在7个温度下有很好的连续性。
小麦
水分/% 导热系数/W #(m #e ) -1 719? 01031119? 01041315? 01081616? 01042014? 0106
011420? 01005c 011523? 01003bc 011579? 01003abc 011618? 01003ab 011627? 01003a
表4 不同水分下导热系数差异性
注:表中的数据为平均数? 标准差, 同列内数据后有相同字母表示差异不显著(A =0105) 。
对不同水分下的小麦、稻谷导热系数值进行显著性分析, 从表4中可以看出稻谷在调质的5个水
分条件下, 1号样品除与2号样品导热系数差异性不显著外, 与其他几组水分下导热系数差异性显著; 水分越高, 样品导热系数间的差异性越不显著。小麦在调质的5个水分条件下, 相邻编号样品导热系
粮种小麦
品种小麦9843小麦211鲁麦1号烟农21
稻谷
中优218广东早籼晚籼527辽新1号宁夏粳稻
水分/%719~2014151412. 01113616~[***********]15
数差异性不显著。稻谷和小麦不同水分下导热系数差异显著性呈连贯状态, 具有较好的连续性, 但小麦
导热系数的差异性比稻谷显著。314 不同品种的粮食导热系数比较
在6103V 、0127A 实验条件下, 使用自制检测仪测定粮食的导热系数, 结果见表5。
温度/e 5196~33133
[***********]90~281826151~35103
[**************]
导热系数/W #(m #e ) -1
011336~011627
[***********]010998~[1**********]6~011166
[***********]
表5 不同品种粮食的导热系数
从表5可知, 由于品种及测定水分的差异, 不同品种小麦、稻谷的导热系数也不相同。在水分
719%~2014%, 温度5196~33133e 的范围内, 小麦9843的导热系数的变化范围是011336~011627W/(m #e ) , 与文献资料表2提供的数据大致相同, 说明数据具有较高的准确性。稻谷的导
热系数大小的排列为:晚籼527﹥中优218﹥广东早籼﹥辽新1号﹥宁夏粳稻; 粳稻的导热系数要小于籼稻的导热系数; 检测时物料的水分含量、温度的不同都会影响到导热系数的检测结果。
(下转第25页)
孙宏岭等:基于资源整合的粮食现代物流与粮食加工业/2010年第7期
25
分城市开始/退市进郊0规划与建设。粮食加工企业及物流企业应抓住这一大好机遇, 通过土地置换解决投资, 粮食加工企业搬迁到粮食物流园区或将粮食物流企业搬迁到粮食工业园区, 形成一体化, 整合粮食加工企业和物流企业的资源进行综合利用, 提高设施与设备的利用率, 降低物流费用, 节省耕地占用, 加速信息传递, 并能做到准时供应及时投放市场, 有利于平抑粮价波动。
3 粮食现代物流与粮食加工业协调发展的模式
根据经济发达国家的成功经验, 粮食现代物流业与粮食加工业协调发展的模式是集约化、一体化、信息化。集约化经营首先是粮食物流企业和粮食加工企业在地里位置上的集聚和集群, 以集聚的方式产生规模化效应, 以集群的方式形成/群狼0式竞争力。在集聚和集群的基础上实现集约化经营, 有利于解决我国粮食产业的/低、小、散0和/无序竞争、粗放管理、创新不足0的问题, 有利于降低粮食及其加工品物流成本和损耗, 提高企业层次, 有利于政府宏观调控和粮食应急物流。粮食物流与加工企业一体化运营, 是粮食物流、粮食加工及粮食交易、粮食信息、粮食检测一体化。从粮食收购后进入收纳库到粮食加工品零售点构建起分布合理、运营高效的网络体系, 形成/联合舰队0, 增强企业活动, 提升企业核心竞争力。另外, 以粮食物流信息促进粮食物流及加工企业高效运行, 建立粮食物流信息平台, 推广应用粮食物流技术, 进而提升粮食及其加工品的流通效率与效益。
(上接第15页)
影响粮食热物理性质的因素有许多, 除本实验测定的水分、温度外, 还有不同品种、孔隙度等多种因素, 还有待于继续研究。
4 结论
用热线法检测小麦、稻谷的导热系数, 其值随物料的水分增加、温度上升而增加; 水分越大、温度越高, 样品的导热系数越大。
在室温条件下, 当小麦水分在719%~2014%的状态下, 导热系数的变化范围为011420~011627W/(m #e ) , 并且与水分呈正线性相关。小麦温度在5196~33133e 范围内, 导热系数的变化范围为011336~011605W/(m #e ) 。当籼稻中优218水分在616%~2011%范围内, 导热系数的变化范围为010998~011223W/(m #e ) ; 当广东早籼温度在6151~35103e 范围内, 导热系数的变化范围为010826~011166W/(m #e ) 。
不同粮种的导热系数也不相同, 籼稻的导热系数大于粳稻的导热系数, 但不同品种小麦的导热系
目前, 制约我国粮食物流与加工业集约化、一体化、信息化发展模式最大的技术问题是粮食物流/四散化0。粮食物流/四散化0技术不仅仅制约了我国粮食现代物流业的快速发展, 同时也为粮食加工企业增加了运营成本和不必要的投入。粮食物流与粮食加工环节之间的脱节或低效衔接, 是推广粮食物流/四散化0技术的障碍之一。如果粮食物流企业的粮食发放与粮食加工企业的粮食接收系统不协调, 粮食物流/四散化0只有三散(散存、散运、散装) , 不如不搞, 装包拆包反而增加成本, 降低效率。目前铁路运输紧张是粮食物流/四散化0的瓶颈制约, 但是客运专用线和煤炭专用线的建设也是推进粮食物流/四散化0技术, 实现粮食物流/四散化0的良好机遇。
科学规划、合理布局建设粮食现代物流园区及粮食工业基地是集聚、集群最终实现集约化经营的最佳发展模式, 但是必须克服盲目建设, 缺乏规划, 只重视硬件建设, 轻视软件建设, 集而不聚的/和效应0而缺乏/积效应0等问题。另外, 引入/虚拟物流0理念, 整合社会仓储、车辆等物流资源, 达到快速壮大自己, 跨越式发展的目的。
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(责任编辑:黄文雄)
数值变化范围不大。
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(责任编辑:俞兰苓)
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(1. 河南工业大学粮油食品学院, 河南郑州 450052; 2. 国家粮食局科学研究院, 北京 100037; 3. 郑州同创科技有限公司, 河南郑州 450001)
摘 要:采用热线法测定了小麦、稻谷的导热系数。室温条件下, 小麦水分在719%~2014%的状态下, 导热系数的变化范围为011420~011627W/(m #e ) , 并且与水分呈正线性相关; 温度在5196~33133e 时, 导热系数的变化范围为011336~011605W/(m #e ) 。籼稻中优218水分在616%~2011%时, 导热系数的变化范围为010998~011223W/(m #e ) ; 广东早籼在6151~35103e 时, 导热系数的变化范围为010826~011166W/(m #e ) 。不同品种粮食的导热系数不同, 籼稻的导热系数大于粳稻的导热系数, 但不同品种小麦的导热系数值变化范围不大。关键词:粮食; 热线法; 导热系数
中图分类号:T S210. 1 文献标识码:A 文章编号:1003-6202(2010) 07-0012-05Deter mination of thermal conductivity of grain by ho-t wire method
ABSTRACT:T he t hermal conduct ivity of wheat and paddy rice w as measured by hot -w ire met hod in this paper. U nder room temperat ure and wheat moist ure cont ent 7. 9%~20. 4%, the thermal conduct ivity changed w it hin the range of 0. 1420~0. 1627W/(m #e ) and had a posit ive linear correlat ion w it h moist ure cont ent. At a t empera -t ure of 5. 96~33. 33e , t he t hermal conductivit y changed within t he range of 0. 1336~0. 1605W/(m #e ). When t he moisture cont ent of milled long -grain nonglut inous rice Zhongyou 218was 6. 6%~20. 1%, thermal con -ductivity changed w ithin the range of 0. 0998~0. 1223W/(m #e ). When t he temperat ure of Guangdong early -season milled long -grain nonglutinous rice was 6. 51~35. 03e , thermal conductivit y changed w it hin t he range of 0. 0826~0. 1166W/(m #e ) . T hermal conduct ivities of the dif ferent kinds of grains w ere different:it was high -er in milled long -grain nonglutinous rice, but lower in japonica rice; how ever, it didn' t change signif icant ly among dif ferent w heat variet ies.
KEYWO RDS :grain; hot -wire met hod; thermal conductivity
导热系数是粮堆的基本热物理特性之一, 它表明粮食传递热量的能力, 是研究粮堆通风降温、控制冷却时间、粮食干燥计算及干燥过程的计算机模拟以及粮食储藏过程中吸收或放出热量等传热计算及干燥效率的重要基础数据之一, 也是粮食加工过程, 如制粉、压榨、混合以及烘烤中不可缺少的重要设计依据。每年有大批粮食需要依据湿热传递原理, 采用通风与干燥的手段, 解决粮食水分超标、温度高的问题, 达到控制害虫、保持粮食品质的安全储藏目的[3]。因此, 为及时了解在储藏期间粮堆内部湿热传递的基本规律, 减少粮食损失, 需掌握粮食的热物理特性。
收稿日期:2010-01-28; 修回日期:2010-06-03
基金项目:国家粮食局科学研究院, 基本科研业务费专项ZX0708作者简介:张来林(1955-) , 男, 教授, 粮油储藏技术与仓储工艺设计。
[1~2]
影响物料导热系数的因素较多, 通常只能用实验方法确定。目前测定导热系数的方法主要有同心
圆筒法、平板法、瞬态热线法和热探针法。试验表明, 热线法较适用于固体物料, 尤其是用于测定松散材料和高含水率农业物料的导热系数。本实验根据粮食的结构特点, 对现有的热线法进行改进, 使用自制热线法测定仪检测小麦、稻谷等粮种的导热系数, 取得了较好的结果。1 热线法的测定原理与测定仪
111 热线法的测定原理
根据非稳态法传热学理论, 若假定在固体介质
[1]
张来林等:用热线法测定粮食的导热系数/2010年第7期
13
211 实验材料
本次实验粮种为小麦、稻谷, 如表1所示。
表1 实验粮食的品种和特性
粮种小麦
品种小麦9843鲁麦1号烟农21小麦211
稻谷
中优218广东早籼辽新1号产地北京山东郓城县山东荣成北京湖南常德广东辽宁盘锦水分/%719~[***********]6~[1**********]9中存在一个理想的无限细且无限长的线形热源, 则
该线热源在单位时间和单位长度上的发热量是一个定值。在该线热源作用下, 线热源本身及周围温度将上升, 而线热源温度上升的快慢将取决于其周围介质导热系数的大小。因此通过测定线热源的升温速率, 即可根据下列公式计算出介质的导热系数。
2
q ln ()
1
K =,
4P (H 2-H 1)
式中, K 为导热系数, W/(m #e ) ; q 为每米长度热线在单位时间内输入的热量, W/m; t 1、t 2分别为测定时间, s; H 1为在时间为t 1时测得温度, e ; H 2为在时间为t 2时测得温度, e 。
112 热线法的测定仪
市场现有测定导热系数的仪器较多, 但不适合粮食热物理参数的测定。为此专门设计了热线法粮食导热系数检测仪[4], 该装置不仅操作简便, 而且检测精度高, 还解决了粮食导热系数测定时存在的电热丝中心定位难与不能绷紧等难题。
导热系数测定仪主要由稳压电源、镍铬热丝、数字温度传感器、测试筒(见图1) 、测控系统主机等部分组成。尤其在测试筒的结构设计上采取:¥穿过筒体的上、下封盖安装在筒体内的电热丝与筒体共轴线, 电热丝下端通过三爪卡头固定在试验筒体的下封盖上, 其上端通过张紧机构固定在筒体顶部U 形连接杆的提梁上, 既解决了电热丝在试验筒中心的定位, 又避免了因加热或环境温度变化时电热丝不能绷紧的难题。¦设置在电热丝中部的测温元件和在筒内壁中部均布的三个测温元件, 以弥补电热丝的安装偏置而带来的检测数据上误差。§上封盖由封盖座和两个半圆板构成和整个测试筒外加保温隔热套的设计结构, 既方便检测物料的装填, 又可避
免环境温度变化对检测数据测量误差的影响。
1. 三爪卡头2. 下封盖3. 电热丝4. 筒体5. 测温元件6. U 形连接杆7. 上封盖8. 张紧机构
图1 热线法测定仪的测试筒
2实验材料和方法
晚籼527湖北钟祥1217宁夏粳稻
宁夏
1315
212 实验仪器
DGG-9030BD 型电热恒温鼓风干燥箱, 上海森信实验仪器有限公司; M ET TLER T OLREDO AB304-S 型电子分析天平(精度011mg ) ; 恒温恒湿培养箱, 德国BINDER 公司, 控温范围-40~180e ; 粮情测控系统, 郑州同创科技有限公司; 自制热线法导热系数测定仪。213 样品的制备
先按照ASABE 标准(2007) 中的整粒法[5]
测定样品小麦9843的初始水分为20142%、稻谷中优218的初始水分为2011%, 再依据水分含量预设定20%、17%、14%、11%和8%等5个干基水分梯度。最后将试验粮种用双层自封袋密闭, 分别放置于设定好温度(5、10、15、20、25、30、35e ) 的恒温培养箱中, 恒温24h 后, 取出样品进行实验。214 导热系数的测定步骤
按图2所示安装好实验装置, 然后将粮食样品用漏斗自然装入测试筒内, 要求漏斗口距离测试筒上端5cm, 保证装料的均匀性。盖好上封盖, 连接电源线、温度信号线, 最后在测试筒上加上隔热罩, 减少外界空气对试件的影响。在做好检测仪器的准备工作后, 打开电子测温系统, 待计算机上所显示的温度稳定后, 对测试筒内的电热丝通电加热, 电热丝周边的粮食吸收热量并沿径向朝周围散热, 测温元件传输粮温随时间变化的信息, 与此同时计算机开始记录测试筒中心的电阻丝温度(H ) 和其对应时间(t ) 的数据, 每间隔60s
采集一次数据。
11稳压电源2. 镍铬热丝3. 被测物料4. 测试筒5. 温度传感器6. 测控主机
图2导热系数测定仪示意图
14
215 数据处理
所得数据用EXCEL 、SAS 等软件处理, 按1. 1热线法测定原理中的公式计算粮食导热系数。3 结果分析
311 导热系数与实验粮种水分含量关系实验测定了4组小麦、5组稻谷水分的导热系数, 得出的导热系数与水分的关系见图3、图4。从图3、图4可知, 在室温条件下, 导热系数随着水分的增加呈线性增长, 当小麦水分在719%~2014%时, 其变化范围为011420~011627W/(m #e ) ; 稻谷中优218水分含量在616%~2011%时, 其变化范围为010998~011223W/(m #e ) 。为在测量范围内获得粮食导热系数和水分含量关系的数学模型, 检测数据经处理得到回归方程:y 麦=011296+010017x 、R 2=019658, y 稻=01083+010019x 、R =019908。
除小麦的检测结果与龚红菊研究资料[6]不太相
2
张来林等:用热线法测定粮食的导热系数/2010年第7期
符外, 本次实验利用热线法测定的粮食导热系数结果与其它文献报道的数值较为接近, 均在表2文献报道的范围之内, 由此说明自制的测定装置能够准
[3、7~10]
确测定粮食的导热系数。
表2 文献报道的试验粮种的导热系数
粮种
小麦
品种
硬麦
红色硬质冬小麦红色硬麦红色硬麦红色硬麦红色软质冬小麦白色软麦
稻谷
短粒稻中粒稻早稻华航一号武育粳3号
注:*表示线性回归方程, M 代表水分含量, %。
水分/%9121318~[***********]16~16170168~20131115~23171010~2010810~1410615~1918
温度/e
) ) 31~3626~3327) ) ) ) 28~30)
导热系数/W #(m #e ) -1
011402
011813~[1**********]1~[1**********]7~[1**********]1~[1**********]8~[1**********]0+010011M 011000+010011M 010866+010013M 010936+01000
***
文献
[1**********]0
010741+010024M *
6M *
312 导热系数与实验粮种检测温度的关系
为了验证物料温度对实验粮种导热系数检测结果的影响, 实验设置5196、11138、14179、19192、24188、28154、33133e 共7个温度梯度, 温度与导热系数的变化关系见图5、图6
。
系。当小麦温度在5196~33133e 的范围内, 其导
热系数变化范围是011336~011605W/(m #e ) , 而水分在719%~2014%的状态下, 其变化范围是011420~011627W/(m #e ) 。两者变化范围相当, 可以说明温度对导热系数的影响与水分的影响
程度相当。
图5 小麦在不同温度与导热系数的关系图
从图5可知, 小麦导热系数和检测温度的高低关系密切。当小麦的检测温度较低时, 其导热系数也低; 随着小麦检测温度的提高, 其相应温度下的导热系数也不断升高, 对其进行线性回归分析, R 2=09912说明检测温度与导热系数呈较好的线性关
图6 稻谷在不同温度与导热系数的关系图
图6为广东早籼在1211%水分下, 在6151~35103e 温度范围内, 测得导热系数为010826~011166W/(m #e ) , 随温度增加呈线性增长。同样对检测数据进行回归分析获得广东早籼导热系
张来林等:用热线法测定粮食的导热系数/2010年第7期
15
水分含量和温度有明显的关系, 并且都呈线性关系。313 不同温度、水分下导热系数的显著性分析
数和温度关系的数学模型表达式:y =010753+
010011x , R 2=019854。
综合图3~图6可以看出, 导热系数与小麦、稻谷
预设温度 5 10 15 20 25 30 35
稻谷
实测温度/e 导热系数/W #(m #e ) -1
6151? 011411133? 014216114? 111421135? 013825151? 013229151? 011435104? 0148
010826? 010012e 010893? 010050de 010927? 010039cd 010995? 010039bc 011023? 010056b
011067? 010023b 011166? 010041a
表3 不同温度下导热系数的差异性
小麦
实测温度/e 导热系数/W #(m #e ) -1
5196? 012211138? 0122
14179? 013419192? 014824188? 011328154? 011733133? 0134
011336? 010001d 011430? 010013c 011407? 010045cd 011482? 010038bc 011538? 010021ab
011563? 010031ab 011605? 010013a
注:表中的数据为平均数? 标准差, 同列内数据后有相同字母表示差异不显著(A =0105) 。
从表3不同温度下导热系数的差异性可以看
出, 在7个预设温度条件下, 35e 下稻谷的导热系数与其他温度下稻谷导热系数比较, 差异显著; 除此之外, 相邻两组温度间差异均不显著。总体来说小麦
编号 1 2 3 4 5
稻谷
水分/% 导热系数/W #(m #e )
616? 01051217? 01101519? 01041711? 11122011? 0103
010998? 010044b 011103? 010069ab 011131? 010035a 011131? 010013a 011223? 010110a
-1
导热系数随温度变化的差异性比稻谷导热系数变化
的差异性小。稻谷、小麦导热系数的差异性都呈连贯状态, 这也说明了小麦、稻谷导热系数在7个温度下有很好的连续性。
小麦
水分/% 导热系数/W #(m #e ) -1 719? 01031119? 01041315? 01081616? 01042014? 0106
011420? 01005c 011523? 01003bc 011579? 01003abc 011618? 01003ab 011627? 01003a
表4 不同水分下导热系数差异性
注:表中的数据为平均数? 标准差, 同列内数据后有相同字母表示差异不显著(A =0105) 。
对不同水分下的小麦、稻谷导热系数值进行显著性分析, 从表4中可以看出稻谷在调质的5个水
分条件下, 1号样品除与2号样品导热系数差异性不显著外, 与其他几组水分下导热系数差异性显著; 水分越高, 样品导热系数间的差异性越不显著。小麦在调质的5个水分条件下, 相邻编号样品导热系
粮种小麦
品种小麦9843小麦211鲁麦1号烟农21
稻谷
中优218广东早籼晚籼527辽新1号宁夏粳稻
水分/%719~2014151412. 01113616~[***********]15
数差异性不显著。稻谷和小麦不同水分下导热系数差异显著性呈连贯状态, 具有较好的连续性, 但小麦
导热系数的差异性比稻谷显著。314 不同品种的粮食导热系数比较
在6103V 、0127A 实验条件下, 使用自制检测仪测定粮食的导热系数, 结果见表5。
温度/e 5196~33133
[***********]90~281826151~35103
[**************]
导热系数/W #(m #e ) -1
011336~011627
[***********]010998~[1**********]6~011166
[***********]
表5 不同品种粮食的导热系数
从表5可知, 由于品种及测定水分的差异, 不同品种小麦、稻谷的导热系数也不相同。在水分
719%~2014%, 温度5196~33133e 的范围内, 小麦9843的导热系数的变化范围是011336~011627W/(m #e ) , 与文献资料表2提供的数据大致相同, 说明数据具有较高的准确性。稻谷的导
热系数大小的排列为:晚籼527﹥中优218﹥广东早籼﹥辽新1号﹥宁夏粳稻; 粳稻的导热系数要小于籼稻的导热系数; 检测时物料的水分含量、温度的不同都会影响到导热系数的检测结果。
(下转第25页)
孙宏岭等:基于资源整合的粮食现代物流与粮食加工业/2010年第7期
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分城市开始/退市进郊0规划与建设。粮食加工企业及物流企业应抓住这一大好机遇, 通过土地置换解决投资, 粮食加工企业搬迁到粮食物流园区或将粮食物流企业搬迁到粮食工业园区, 形成一体化, 整合粮食加工企业和物流企业的资源进行综合利用, 提高设施与设备的利用率, 降低物流费用, 节省耕地占用, 加速信息传递, 并能做到准时供应及时投放市场, 有利于平抑粮价波动。
3 粮食现代物流与粮食加工业协调发展的模式
根据经济发达国家的成功经验, 粮食现代物流业与粮食加工业协调发展的模式是集约化、一体化、信息化。集约化经营首先是粮食物流企业和粮食加工企业在地里位置上的集聚和集群, 以集聚的方式产生规模化效应, 以集群的方式形成/群狼0式竞争力。在集聚和集群的基础上实现集约化经营, 有利于解决我国粮食产业的/低、小、散0和/无序竞争、粗放管理、创新不足0的问题, 有利于降低粮食及其加工品物流成本和损耗, 提高企业层次, 有利于政府宏观调控和粮食应急物流。粮食物流与加工企业一体化运营, 是粮食物流、粮食加工及粮食交易、粮食信息、粮食检测一体化。从粮食收购后进入收纳库到粮食加工品零售点构建起分布合理、运营高效的网络体系, 形成/联合舰队0, 增强企业活动, 提升企业核心竞争力。另外, 以粮食物流信息促进粮食物流及加工企业高效运行, 建立粮食物流信息平台, 推广应用粮食物流技术, 进而提升粮食及其加工品的流通效率与效益。
(上接第15页)
影响粮食热物理性质的因素有许多, 除本实验测定的水分、温度外, 还有不同品种、孔隙度等多种因素, 还有待于继续研究。
4 结论
用热线法检测小麦、稻谷的导热系数, 其值随物料的水分增加、温度上升而增加; 水分越大、温度越高, 样品的导热系数越大。
在室温条件下, 当小麦水分在719%~2014%的状态下, 导热系数的变化范围为011420~011627W/(m #e ) , 并且与水分呈正线性相关。小麦温度在5196~33133e 范围内, 导热系数的变化范围为011336~011605W/(m #e ) 。当籼稻中优218水分在616%~2011%范围内, 导热系数的变化范围为010998~011223W/(m #e ) ; 当广东早籼温度在6151~35103e 范围内, 导热系数的变化范围为010826~011166W/(m #e ) 。
不同粮种的导热系数也不相同, 籼稻的导热系数大于粳稻的导热系数, 但不同品种小麦的导热系
目前, 制约我国粮食物流与加工业集约化、一体化、信息化发展模式最大的技术问题是粮食物流/四散化0。粮食物流/四散化0技术不仅仅制约了我国粮食现代物流业的快速发展, 同时也为粮食加工企业增加了运营成本和不必要的投入。粮食物流与粮食加工环节之间的脱节或低效衔接, 是推广粮食物流/四散化0技术的障碍之一。如果粮食物流企业的粮食发放与粮食加工企业的粮食接收系统不协调, 粮食物流/四散化0只有三散(散存、散运、散装) , 不如不搞, 装包拆包反而增加成本, 降低效率。目前铁路运输紧张是粮食物流/四散化0的瓶颈制约, 但是客运专用线和煤炭专用线的建设也是推进粮食物流/四散化0技术, 实现粮食物流/四散化0的良好机遇。
科学规划、合理布局建设粮食现代物流园区及粮食工业基地是集聚、集群最终实现集约化经营的最佳发展模式, 但是必须克服盲目建设, 缺乏规划, 只重视硬件建设, 轻视软件建设, 集而不聚的/和效应0而缺乏/积效应0等问题。另外, 引入/虚拟物流0理念, 整合社会仓储、车辆等物流资源, 达到快速壮大自己, 跨越式发展的目的。
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(责任编辑:黄文雄)
数值变化范围不大。
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(责任编辑:俞兰苓)