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針對糧食產(chǎn)地儲藏品質(zhì)與加工需求不匹配、綜合效益不高等問題，重點圍繞糧堆通風(fēng)濕熱傳遞規(guī)律不明確、糧堆霉菌變化過程難預(yù)測、儲藏工藝參數(shù)調(diào)控不均衡等關(guān)鍵技術(shù)問題，我院農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)地初加工創(chuàng)新團隊研究構(gòu)建了高水分玉米糧堆濕熱傳遞及霉菌生長模型，實現(xiàn)了二者的同時空預(yù)測，并基于通風(fēng)效果評估，得到適宜的通風(fēng)工藝及參數(shù)，為確保儲藏通風(fēng)工藝參數(shù)均衡調(diào)控提供理論和技術(shù)支撐。

1.明確了玉米物性參數(shù)動態(tài)變化模型。基于玉米在不同含水率(0.056、0.067、0.103、0.139、0.167、0.245 g/g)、溫度 (4、10、15、20、25、30、40 ℃)條件下的導(dǎo)熱系數(shù)和比熱容的變化規(guī)律，優(yōu)化得到導(dǎo)熱系數(shù)和比熱容隨溫度和含水率的變化模型（R²＞95%），為高水分玉米通風(fēng)濕熱傳遞過程模擬提供準確的動態(tài)物性參數(shù)支持。

2.構(gòu)建了玉米糧堆通風(fēng)濕熱傳遞及霉菌生長模型。將玉米糧堆假設(shè)為均勻連續(xù)的多孔介質(zhì)，考慮玉米呼吸熱，采用局域熱非平衡原理，分別構(gòu)建了糧堆中氣固兩相的濕熱傳遞控制方程，可有效模擬倉內(nèi)玉米糧堆通風(fēng)干燥過程中溫濕度的分布與變化規(guī)律，揭示了通風(fēng)過程前期玉米糧情存在不均勻的問題，沿通風(fēng)方向含水率最大梯度可達0.12  (g.g^-1).m^-1；基于高水分玉米糧堆儲藏過程中霉菌的生長規(guī)律，明確了霉菌生長與儲藏條件的關(guān)聯(lián)模型，并通過有限元仿真軟件耦合求解，實現(xiàn)了糧堆濕熱傳遞與霉菌生長的同時空預(yù)測。該模型對玉米糧堆空氣溫度、相對濕度及玉米溫度、含水率的預(yù)測值與試驗值的相對誤差范圍分別為0.7%~15.1%、1.3%~15.4%和1.4%~12.1%、0.3%~14.5%，平均值分別為5.5%、8.9%和4.8%、6.5%，預(yù)測的霉菌菌落數(shù)與試驗值的平均相對誤差為7.1%。

3.優(yōu)化了玉米糧堆通風(fēng)工藝參數(shù)。基于仿真驅(qū)動，模擬分析不同通風(fēng)工藝條件下玉米糧堆的干燥效果，風(fēng)速在小于0.16   m/s時變化會顯著影響玉米的升溫速率和降水速率，相對濕度會顯著影響玉米的平衡含水率以及降水速率，風(fēng)溫會顯著影響玉米的升溫速率、平衡溫度和含水率。通過通風(fēng)效果的評估，得到適宜的通風(fēng)工藝條件為空氣相對濕度低于75%、通風(fēng)風(fēng)速0.09~0.23  m/s，在以上條件滿足的情況下，風(fēng)溫隨大氣條件而定。

本研究開發(fā)的高水分玉米糧堆濕熱傳遞及霉菌生長模型，在優(yōu)化通風(fēng)系統(tǒng)、均衡通風(fēng)調(diào)控干燥儲藏條件以保障糧食品質(zhì)方面具有重要的應(yīng)用價值，為“糧食產(chǎn)地烘儲一體化技術(shù)裝備”的研發(fā)提供了堅實的理論和參數(shù)支持。目前此項研究成果發(fā)表學(xué)術(shù)論文3篇，其中SCI/EI論文2篇，在第六屆“生鮮食品加工與保鮮”國際學(xué)術(shù)研討會等國際或全國性學(xué)術(shù)會議上作報告3次。

圖1 玉米物性參數(shù)隨溫度、含水率變化的云圖

圖2 不同時刻玉米糧堆溫度分布云圖 

 圖3 玉米糧堆含水率隨時間的變化情況 

 

圖4玉米糧堆霉菌菌落數(shù)變化的云圖