陳 雁，王子嘉，付常青，崔偉華

農(nóng)產(chǎn)品加工工程

淺圓倉環(huán)壁通風(fēng)降溫系統(tǒng)的性能試驗(yàn)與風(fēng)道設(shè)置優(yōu)化

陳 雁，王子嘉，付常青，崔偉華

（河南工業(yè)大學(xué)土木工程學(xué)院，鄭州 450001）

通風(fēng)降溫是實(shí)現(xiàn)糧食保質(zhì)儲藏的重要措施。以大直徑淺圓倉為研究對象，建立了環(huán)壁分層通風(fēng)快速降溫實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，進(jìn)行了不同工況的降溫實(shí)驗(yàn)，研究在糧食初入倉階段的降溫過程中，影響糧堆內(nèi)溫度、水分均勻性的因素。結(jié)果表明：外界熱環(huán)境對降溫速度有明顯影響，過渡季高溫期工況和夏季工況下，降溫速度分別為0.43 和0.16 ℃/h，縱向?qū)娱g溫差分別為0.5 和1.6 ℃，降溫后糧堆平均溫度為17.24 和22.76 ℃，分別達(dá)到準(zhǔn)低溫儲糧（20 ℃）和常溫儲糧（25 ℃）的范圍。采用露點(diǎn)以上溫度進(jìn)行送風(fēng)，降溫過程糧堆內(nèi)空氣相對濕度較為穩(wěn)定，波動幅度在5%以內(nèi)。采用計(jì)算流體力學(xué)（computer fluent dynamic，CFD）方法對環(huán)壁風(fēng)道的配置進(jìn)行了模擬研究，模擬結(jié)果與實(shí)驗(yàn)結(jié)果的平均相對誤差為6.43%，證實(shí)了模擬的合理性與準(zhǔn)確性。模擬結(jié)果表明，環(huán)壁風(fēng)道上移后，增強(qiáng)了上部糧堆的降溫效果，提高了整體降溫速度，改善了糧堆溫度的均勻性。

降溫；通風(fēng)；溫度；大直徑淺圓倉；環(huán)壁風(fēng)道；計(jì)算流體力學(xué)

0 引 言

糧食是國家重要的戰(zhàn)略儲備資源，在糧食的儲運(yùn)加工過程中，高溫季倉外堆放會使糧堆產(chǎn)生局部升溫增濕等變化，造成糧堆內(nèi)溫度、水分的不均勻，甚至結(jié)露霉變[1]。為了最大程度維持糧食品質(zhì)，入倉后應(yīng)盡快消除原糧在倉外堆放、運(yùn)輸過程中產(chǎn)生的溫升，將糧溫降至期望水平，避免造成糧食口感變差、品質(zhì)下降等儲藏安全問題[2]。我國現(xiàn)役糧倉主要采用通風(fēng)降溫將糧溫控制在適當(dāng)?shù)姆秶鷥?nèi)，例如平房倉均勻地上籠通風(fēng)和淺圓倉放射型地槽通風(fēng)等。隨著糧食儲藏規(guī)模加大，新建倉房倉容顯著增加，近年來出現(xiàn)了大直徑淺圓倉和分倉收儲式集成倉等[3]。與現(xiàn)役倉房相比，新型倉房的設(shè)計(jì)和使用仍處于探索階段，需要研究與之相適應(yīng)的高效降溫系統(tǒng)。以大直徑淺圓倉為例，由于水平面幾何特征為圓形，難以直接照搬平房倉均勻地上籠通風(fēng)模式，而直徑不斷增大，在采用放射型地槽通風(fēng)時，造成溫度分布不均勻的情況較常規(guī)淺圓倉更為明顯，在高溫季節(jié)，經(jīng)圍護(hù)結(jié)構(gòu)傳入倉房的熱量難以及時排出。在儲藏高水分糧時，“積熱”與濕遷移的共同作用使糧堆中水分分布不均勻，易于造成糧堆內(nèi)部和倉壁結(jié)露，導(dǎo)致局部糧食活性產(chǎn)生不利變化，甚至引發(fā)霉變蟲害[4-5]。此外，與長期儲藏中的維持性通風(fēng)不同，入倉初始階段的通風(fēng)降溫需要更高的冷卻速度，以及與之匹配的高效氣流組織。本文針對大直徑淺圓倉，建立環(huán)壁分層通風(fēng)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，進(jìn)行模擬實(shí)驗(yàn)與數(shù)值分析，研究適用于該倉型的風(fēng)道配置與高效降溫模式。

1 試驗(yàn)系統(tǒng)與方法

1.1 試驗(yàn)系統(tǒng)組成

試驗(yàn)系統(tǒng)由模擬試驗(yàn)糧倉和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)組成，如圖1所示。模擬試驗(yàn)糧倉直徑0.8 m，高1 m，堆糧線高度0.6 m，與實(shí)際工程倉構(gòu)成幾何相似。試驗(yàn)倉外壁及倉頂覆蓋2 cm厚橡塑保溫棉。試驗(yàn)倉內(nèi)分2層設(shè)置機(jī)械通風(fēng)系統(tǒng)，送風(fēng)系統(tǒng)由環(huán)形通風(fēng)管構(gòu)成（距倉底高度分別為0.1 和0.45 m），材質(zhì)為鋼絲軟管，送風(fēng)主立管為PVC材質(zhì)。通風(fēng)管管壁開有直徑5 mm，均勻分布的送風(fēng)孔。主要測量裝置包括Agilent 34970A數(shù)據(jù)采集儀、Rotronic 濕度記錄儀和手持風(fēng)速計(jì)等，自動數(shù)據(jù)采集時間間隔為10 min。糧堆內(nèi)的測點(diǎn)分3層設(shè)置，各層按周向均勻布置4個，另置倉內(nèi)空氣測點(diǎn)、外界環(huán)境測點(diǎn)各1個，測點(diǎn)布置如圖2所示。溫度數(shù)據(jù)自動采集時間間隔為10 min，標(biāo)定后儀表精度為±0.01℃。

1.2 試驗(yàn)方法與步驟

試驗(yàn)采用2018年產(chǎn)秈米，入倉時質(zhì)量等級為半成品糧，初始水分含量為14.4%，按照國際標(biāo)準(zhǔn)[6]檢測平均脂肪酸值為21.57 mg/100g；裂紋率為3.7%。試驗(yàn)分為“高溫+強(qiáng)輻射”、“中高溫+中等輻射”兩種工況，模擬夏季、過渡季高溫期入倉時的外界熱環(huán)境。試驗(yàn)分為3個階段：1）降溫階段開始前，通過預(yù)加熱使糧堆溫度和環(huán)境溫度達(dá)到設(shè)定初始值；2）開始降溫后，開啟輻射加熱器，使模擬糧倉頂部受到均勻輻射加熱，同時通過送入暖風(fēng)和框架保溫，使倉外環(huán)境溫度穩(wěn)定在預(yù)設(shè)范圍；3）采用冷風(fēng)機(jī)和排風(fēng)扇，通過送風(fēng)主立管向模擬糧倉內(nèi)送入與比糧堆溫度低的冷風(fēng)，經(jīng)由兩層開孔的環(huán)壁風(fēng)道送入糧堆，直至糧堆溫度穩(wěn)定。試驗(yàn)過程中，送風(fēng)主立管進(jìn)口風(fēng)速為2.01～2.05 m/s，對應(yīng)送風(fēng)量為6.58～6.67 m3/h。試驗(yàn)工況如表1所示。

1.風(fēng)機(jī) 2.輻射器 3.模擬糧倉 4. 風(fēng)溫傳感器 5. 數(shù)據(jù)記錄儀 6.計(jì)算機(jī) 7.環(huán)壁風(fēng)道 8.送風(fēng)主管道 9. 制冷裝置 10. 數(shù)據(jù)傳輸線

圖2 糧堆中的測點(diǎn)布置

表1 試驗(yàn)熱環(huán)境與送風(fēng)參數(shù)

2 試驗(yàn)結(jié)果與分析

2.1 環(huán)境溫度對冷卻終溫與速度的影響

在工況1條件下，倉外環(huán)境溫度在25.59～28.48 ℃之間，相對濕度在46.3%～48.7%之間，糧堆平均溫度初始值為27.23 ℃，通風(fēng)冷卻過程采用比糧堆平均溫度低5 ℃的送風(fēng)溫差；工況2條件下，倉外環(huán)境溫度在29.32～31.05 ℃之間，相對濕度在37.5%～39.2%之間，初始糧堆平均溫度為27.80 ℃，通風(fēng)冷卻過程采用7 ℃溫差控制。不同工況設(shè)定的送風(fēng)溫差均采用露點(diǎn)以上溫度送風(fēng)，以防倉內(nèi)結(jié)露。如圖3所示，工況1條件下冷卻終了的糧堆平均溫度穩(wěn)定值為17.24 ℃，穩(wěn)定值對應(yīng)的冷卻時長為23.3 h；工況2條件下對應(yīng)參數(shù)分別為22.76 ℃和31.7 h。由此可知，不同環(huán)境溫度下，糧堆的最終溫度相差約5.50 ℃，降溫速度分別為0.43和0.16 ℃/h。由此可知，在圍護(hù)結(jié)構(gòu)得熱量較大的夏季高溫期（30 ℃以上），受露點(diǎn)溫度的限制，即使采用較大的送風(fēng)溫差，也無法在35 h以內(nèi)使糧堆冷卻到準(zhǔn)低溫范圍進(jìn)行儲藏，當(dāng)外界氣溫降低至26 ℃左右時，可在24 h內(nèi)使糧堆溫度降至準(zhǔn)低溫范圍。

2.2 糧堆深度對降溫程度的影響

糧堆中設(shè)置的I、II、III 3層測點(diǎn)可測量糧堆底部、中部和靠近糧堆表面的糧層溫度，其中第I層和第III層測溫點(diǎn)分別位于距倉底0.1 m和糧面以下0.1 m處，與環(huán)形風(fēng)道貼近，能夠以較少的延遲和衰減反映溫度波在糧堆中的傳遞。由圖4可知，2種不同工況下，糧堆中各層溫度均呈下降趨勢。然而，工況1條件下，不同深度的糧堆溫度在降溫終了趨于一致，相鄰層間溫差在0.5 ℃以內(nèi)；工況2條件下，降溫終了III層糧溫比I、II層約低1.6 ℃。這表明在較為不利的外界熱環(huán)境下，上層環(huán)壁風(fēng)道難以消除傳入熱量的影響，傳熱半徑可達(dá)糧堆中部，使II層與III層糧溫相同。因此，高溫季節(jié)應(yīng)加強(qiáng)上部糧堆的通風(fēng)冷卻，才能使整倉糧食降溫更為均勻，減少局部低溫/偏熱造成的潛在結(jié)露因素。

圖3 不同工況下的糧堆平均溫度與環(huán)境溫度

2.3 水平面上降溫的均勻性

與糧溫沿深度變化不同的是，相同深度上各方向的糧溫?zé)o明顯差異，如圖5所示。工況1和工況2條件下，位于III層糧面中心和靠近送、回風(fēng)口處的測點(diǎn)溫度在通風(fēng)冷卻過程中的平均溫差分別為0.22 ℃和0.69 ℃，表明該系統(tǒng)在水平方向可以獲得較為均勻的冷卻效果。與底面采用等間距均勻布置（平房倉）或中心對稱輻射式布置（淺圓倉）的地籠通風(fēng)相比，環(huán)壁風(fēng)道通風(fēng)系統(tǒng)采用數(shù)量較少的風(fēng)道，使冷氣流依次通過糧堆內(nèi)靠近圍護(hù)結(jié)構(gòu)的“熱皮”和中部的“冷芯”區(qū)域，直接抑制了糧堆“熱皮”區(qū)域的升溫，改善了送風(fēng)有效性。

圖4 不同深度的糧層平均溫度

圖5 同一水平面上送、回風(fēng)口處的糧堆溫度

2.4 降溫過程對濕度的影響

不同工況下，試驗(yàn)糧倉中糧面以上空氣層和糧堆內(nèi)部中心處的相對濕度在送風(fēng)降溫過程中的變化，如圖6所示。工況1條件下，糧堆內(nèi)部相對濕度在整個冷卻降溫過程中變化范圍為52.13%～56.21%，工況2條件下，該范圍為52.64%～53.79%。2種工況下，糧食顆粒間隙中的空氣相對濕度較為穩(wěn)定，波動幅度均在5%以內(nèi)，表明所采用的降溫速度不會對糧粒本身的水分產(chǎn)生顯著影響。

圖6 降溫過程濕度變化

3 環(huán)壁風(fēng)道通風(fēng)系統(tǒng)的數(shù)值優(yōu)化

試驗(yàn)結(jié)果表明，環(huán)壁風(fēng)道通風(fēng)冷卻系統(tǒng)能夠在較短時間內(nèi)將淺圓倉中的糧堆溫度降至預(yù)期范圍，而更好的降溫均勻性則需通過優(yōu)化風(fēng)道設(shè)置來獲得。計(jì)算流體力學(xué)（computer fluent dynamic，CFD）方法在研究糧食儲藏中得到了較多應(yīng)用。尹君[7]提出了一種小麥糧堆多場耦合模型并對結(jié)露現(xiàn)象進(jìn)行了預(yù)測研究。王小萌等[8]通過溫、濕度場云圖的構(gòu)建對霉變的產(chǎn)生進(jìn)行了研究。劉立意等[9]基于CFD-DEM耦合模擬了稻谷顆粒群在不同風(fēng)速及谷層深度下通風(fēng)阻力的變化規(guī)律。Thorpe等[10-15]對錐底筒倉中的熱濕傳遞模型進(jìn)行了改進(jìn)，并歸納了近年來CFD在糧堆傳熱模擬中的具體應(yīng)用方法。Jian等[16]研究了小麥長期儲存中溫度分布的層化現(xiàn)象。Khatchatourian和Oliveira[17]對氣調(diào)儲糧的溫度規(guī)律進(jìn)行了模擬研究。Assis 等[18]基于CFD方法對臭氧熏蒸過程中氣流在糧堆中的有效擴(kuò)散系數(shù)和反應(yīng)常數(shù)進(jìn)行了研究。Xu等[19]研究了糧粒間隙氣體傳輸?shù)膭恿繑U(kuò)散模型。Francisco[20]對筒倉中大麥的溫度變化特性進(jìn)行了模擬研究，并將研究模型推廣到了其他糧種。CFD方法可以實(shí)現(xiàn)試驗(yàn)過程難以獲得的理想條件并節(jié)約試驗(yàn)消耗，本文基于試驗(yàn)結(jié)果，采用CFD方法來研究有利于通風(fēng)冷卻的環(huán)壁風(fēng)道配置方式。

3.1 物理模型與數(shù)學(xué)模型

1）物理模型：以試驗(yàn)所采用的模擬糧倉為研究對象，模擬區(qū)域包括糧面以上的空氣層、糧堆以及布置在糧堆中的環(huán)壁風(fēng)道，采用GAMBIT建立幾何模型。取試驗(yàn)糧倉底面中心為坐標(biāo)原點(diǎn)，糧堆高度方向?yàn)檩S正方向，物理模型的各相關(guān)尺寸與試驗(yàn)倉相同。根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果，模擬中環(huán)壁風(fēng)道的配置采取了2種方式：①下置模式-環(huán)壁風(fēng)道位于糧面以下0.15 和0.5 m處；②上置模式-兩層環(huán)壁風(fēng)道分別位于糧面以下0.05 和0.4 m處。

2）數(shù)學(xué)模型：試驗(yàn)糧倉中的通風(fēng)換熱是三維問題，模擬所涉及的空氣層和糧堆具有不同的物理屬性，模型中空氣層為純流體區(qū)域，糧堆為多孔介質(zhì)區(qū)域，主要熱物理性能參數(shù)如表2所示。建立數(shù)學(xué)模型求解時，根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果，對模型進(jìn)行適當(dāng)簡化，以節(jié)約計(jì)算時間，簡化數(shù)學(xué)模型采用的主要假設(shè)有：1）空氣為不可壓縮氣體；2）糧堆、試驗(yàn)糧倉和風(fēng)道以及空氣的熱物性參數(shù)在通風(fēng)過程中保持不變；3）忽略糧堆的呼吸熱；4）通風(fēng)主立管與環(huán)壁風(fēng)道連接處無漏氣。

表2 模擬所用材料的主要熱物性參數(shù)

3.2 網(wǎng)格劃分與數(shù)值求解

基于GAMBIT軟件進(jìn)行網(wǎng)格劃分，對整個模擬區(qū)域采用Tet/Hybrid（四面體/混合）單元體創(chuàng)建網(wǎng)格，并對環(huán)壁風(fēng)道與糧堆界面處進(jìn)行局部加密。在商用CFD軟件Fluent中檢查網(wǎng)格質(zhì)量并進(jìn)行求解，全域網(wǎng)格最大偏斜度為0.78，最大寬高比為5.51∶1，網(wǎng)格質(zhì)量良好，網(wǎng)格數(shù)量為699 764個。Fluent軟件基于有限容積法對數(shù)學(xué)模型進(jìn)行求解，求解采用湍流模型。根據(jù)物理模型的實(shí)際特點(diǎn)，在求解時考慮重力的影響，采用非穩(wěn)態(tài)、基于壓力的分離式求解器。在空氣層純流體區(qū)和糧堆多孔介質(zhì)區(qū)采用的控制方程均包括質(zhì)量守恒方程、動量守恒方程和能量守恒方程。其中，根據(jù)試驗(yàn)測得的糧堆孔隙率=43%和秈米平均粒徑p=1.45×10-3m，多孔介質(zhì)區(qū)的粘性阻力系數(shù)和內(nèi)部阻力系數(shù)分別為1/α =2.91×108m-2和2=1.73×104m-1。求解對應(yīng)的初始條件與邊界條件為：

1）初始條件：初始時刻=0時，倉壁和倉內(nèi)空氣溫度為27.5℃，倉外空氣溫度30℃。

2）入口/出口邊界：環(huán)壁風(fēng)管主立管入口設(shè)置為速度入口邊界條件，取試驗(yàn)值=2.0 m/s，湍流動能= 0.43 m2/s2，耗散率=20.68 m2/s3；倉壁上方回風(fēng)口設(shè)置為出流邊界條件。

3）壁面邊界：倉壁設(shè)置為固體壁面邊界條件，其中倉外環(huán)境溫度恒定為30 ℃，倉底絕熱，倉頂加載輻射強(qiáng)度為750 W/m2。

數(shù)值求解時間步長為1 min，時間步數(shù)為2 100個，共35 h。

3.3 模擬結(jié)果的云圖分析

1）深度方向溫度分布

圖7和圖3給出了降溫過程中兩種風(fēng)道設(shè)置下倉內(nèi)不同深度的溫度隨時間的變化?？梢钥闯?，其他條件相同時，在降溫1 h后，糧堆內(nèi)環(huán)壁風(fēng)道所在位置均成為縱向冷卻核心，2種風(fēng)道設(shè)置差異不大；降溫10 h后，上置模式較下置模式形成了更大的冷卻范圍，且在糧面深度（0.6 m）最高溫度為20℃，比下置模式低約1℃；降溫25 h后，2種模式均已形成了較為穩(wěn)定的溫度分布，且均能達(dá)到目標(biāo)溫度（25℃）以下。上置模式糧堆內(nèi)溫度的均勻性明顯優(yōu)于下置模式，整體溫度在18～19℃，下置模式為18～21 ℃。對比圖7和圖8可知，上置模式有利于倉內(nèi)空氣區(qū)域更快地產(chǎn)生溫度分層，靠近糧面設(shè)置的上部環(huán)壁風(fēng)道在糧面以上5 cm的厚度中形成了“冷屏蔽”，該處溫度較下置模式低2～3 ℃，更為有效地阻隔了來自倉頂?shù)臒崃鳌?/p>

圖7 下置模式降溫過程不同深度的溫度云圖

2）水平方向溫度分布

圖9和圖10是降溫過程中糧堆表面（=0.6 m）的溫度分布隨時間的變化。由圖可知，2種模式在降溫1 h后，糧面上的最低溫度分別為20.6 和20 ℃，最高溫度均在23 ℃以下，上置模式溫度整體低于下置模式。與深度方向類似，在降溫過程中，上置模式的溫度均勻性和降溫速度優(yōu)于下置模式。此外，2種模式下右側(cè)（送風(fēng)口）較左側(cè)（回風(fēng)口）均呈現(xiàn)更快的降溫速度。

圖8 上置模式降溫過程不同深度的溫度云圖

圖9 下置模式降溫過程糧堆表面的溫度云圖

3）糧倉內(nèi)部斷面的速度分布

圖11a是糧倉內(nèi)部距倉底高度為=0.4 m處橫斷面速度分布，可以看到，糧堆內(nèi)的氣流速度較小，整體在0.1 m/s以下，貼近風(fēng)道處稍高。當(dāng)氣流從環(huán)壁風(fēng)道開孔流出后，由于糧堆多孔介質(zhì)流動阻力較大，速度衰減較快，間隙中空氣流動的驅(qū)動力是出孔風(fēng)壓和低溫環(huán)壁風(fēng)道與糧堆溫差之間的熱壓差共同作用形成的。圖11b、c是環(huán)壁風(fēng)道中的速度分布。在上層環(huán)壁入口，風(fēng)速已從主立管入口處的2.0 m/s降至1.7 m/s，在下層環(huán)壁入口處進(jìn)一步降低為0.9 m/s，靠近入口的右側(cè)布風(fēng)孔處速度為0.3～0.5 m/s，遠(yuǎn)離入口的左側(cè)布風(fēng)孔處為0.2～0.3 m/s。這是由于主立管與環(huán)壁風(fēng)道交匯處阻力突然增大，而沿風(fēng)道周向開孔率一致造成的，風(fēng)道中速度的不均勻也會造成糧堆內(nèi)降溫速度的不一致。

圖10 上置模式降溫過程糧堆表面的溫度云圖

圖11 上置模式糧倉內(nèi)部斷面的風(fēng)速分布

3.4 模擬結(jié)果的試驗(yàn)驗(yàn)證

將下置模式中不同深度糧層溫度的模擬平均值與試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行對比，結(jié)果如圖12所示。I層與III層的模擬值均與試驗(yàn)值變化趨勢相同，在降溫終了近于重合，一致性較好。模擬值與試驗(yàn)值的最小偏差為0.02 ℃，最大偏差1.89 ℃，平均相對誤差6.43%。存在偏差的主要原因是模擬中假設(shè)倉外環(huán)境溫度恒定，而試驗(yàn)過程倉外環(huán)境是波動變化的。

圖12 模擬數(shù)據(jù)與試驗(yàn)數(shù)據(jù)的對比

4 結(jié) 論

1）采用分層環(huán)壁風(fēng)道系統(tǒng)，在過渡季高溫期工況下，可在24 h冷卻時段內(nèi)將大直徑淺圓倉糧堆平均溫度降至準(zhǔn)低溫范圍內(nèi)；在夏季工況下，經(jīng)35 h達(dá)到常溫儲糧范圍。

2）夏季工況下，糧堆內(nèi)縱向溫度分層現(xiàn)象較過渡季高溫期工況稍為明顯，應(yīng)加強(qiáng)上部通風(fēng)冷卻以減少局部結(jié)露因素；兩種工況下，降溫終了，不同深度水平面上的糧溫均具有較好的一致性。

3）夏季和過渡季高溫期工況下，快速降溫過程中糧堆內(nèi)部的空氣濕度波動較小，降溫對糧食水分無明顯影響。

4）經(jīng)試驗(yàn)驗(yàn)證，模擬結(jié)果平均相對誤差為6.43%。模擬結(jié)果表明，與試驗(yàn)中的環(huán)壁風(fēng)道設(shè)置相比，當(dāng)兩層風(fēng)道均向糧面方向移動后，優(yōu)化了上層糧堆的冷卻效果，糧堆內(nèi)部降溫速度更快，垂直和水平方向的溫度差異更小。

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Performance test of ringed ducts system for ventilating and cooling in large diameter squat silos and air flue setting opitimization

Chen Yan, Wang Zijia, Fu Changqing, Cui Weihua

(,,450001,)

Ventilating and cooling are popular measures to achieve high quality storage for cereals. In large diameter squat silos with high-moisture cereal, the heat gain conducted through the building envelope would accumulate in the cereal bulk if only conventional ventilation was applied. Normal ventilating modes, such as slots under the floor or ducts on the ground, could not provide an airflow organization meeting the temperature and moisture distribution demand in the large diameter squat silo, because the size and shape of the new-style was different from that of the exited. In this paper a ringed ducts experiment system was set up to study the ventilating and cooling effect for large diameter squat silos. Considering the different seasons for storage in practice, experiments were carried out in 2 different climate conditions: hot season mode and warm season mode, corresponding to spring/autumn and summer, respectively. The experiment included 3 parts: 1) bulk preheating- the cereal and the ambient temperatures were brought to a set initial value; 2) constant thermal environment - the radiator was turned on, so that the top of the silo was heated by uniform radiation, and the ambient temperature around the silo was constant in a preset range by feeding warm air; 3) cooling- the cold air was supplied into the silo at a temperature lower than that of the cereal until the average bulk temperature was stable. During the experiment process, the air velocity at the supply outlet in the vertical main pipe was 2.01-2.05 m/s, that was, an air supply volume of 6.58-6.67 m3/h. The ambient temperature and relative humidity was at the range of 25.59-28.48 ℃ and 46.3%-48.7% for warm season mode, and the range of 29.32-31.05 ℃ and 37.5%-39.2% for hot season mode. The initial temperature was approximately 27 ℃ in both modes. The effective temperature difference was 5 and 7 ℃ in warm season mode and hot season mode, respectively, considering 2 different dew-point temperatures. The results showed that external thermal environment had an influential effect on time spending for cereal cooling. The temperature drops in an hour were 0.43 and 0.16 ℃ for warm and hot season mode, respectively. At the ending of cooling, the average temperature of the bulk was 17.24 and 22.76 ℃ for the 2 modes, meeting the targets of quasi-low temperature and normal temperature storage (20 and 25 ℃, respectively). As to the temperature field after cooling, an expected uniformity was achieved in both warm season mode and hot season mode, along both the vertical and horizontal directions. The temperature difference between vertical cereal layers was 0.5 ℃ in warm season mode and 1.6 ℃ in hot season mode. With a supply temperature higher than dew point, the relative humidity in the cereal bulk fluctuated within a range of 5% during the cooling process. That was, no significant dehydration was found in the cereal bulk under both modes through the quick cooling processes from the experimental results. Furthermore, the configuration of ringed ducts was optimized by CFD method. The results were confirmed with experiment data, the maximum error between the experiment and the simulation was 1.89 ℃ and the average relative error was 6.43%. The simulation results indicated that a shorter time for cooling and better temperature distribution could be expected by moving the ringed ducts up to near the cereal bulk surface, which was consistent with the experiment results. With elevated ducts, a cold shielding effect was observed in a 5-cm range above the cereal surface and this prevented the heat flow from the top of the silo.

cooling; ventilating; temperature; large diameter squat silo; ringed duct; CFD

2019-06-19

2019-08-29

國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目（2016YFD0401601）

陳 雁，博士，副教授，主要從事糧油倉儲工程節(jié)能研究。E-mail：chenyan@haut.edu.cn.

10.11975/j.issn.1002-6819.2019.17.034

TS210.2；TB69

A

1002-6819(2019)-17-0285-08

陳 雁，王子嘉，付常青，崔偉華. 淺圓倉環(huán)壁通風(fēng)降溫系統(tǒng)的性能試驗(yàn)與風(fēng)道設(shè)置優(yōu)化[J]. 農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào)，2019，35(17)：285－292. doi：10.11975/j.issn.1002-6819.2019.17.034 http://www.tcsae.org

Chen Yan, Wang Zijia, Fu Changqing, Cui Weihua. Performance test of ringed ducts system for ventilating and cooling in large diameter squat silos and air flue setting opitimization[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering (Transactions of the CSAE), 2019, 35(17): 285－292. (in Chinese with English abstract) doi：10.11975/j.issn.1002-6819.2019.17.034 http://www.tcsae.org