構建多場耦合模型 精準預測糧堆通風溫濕度和霉變風險
針對糧食產地儲藏品質與加工需求不匹配、綜合效益不高等問題，重點圍繞糧堆通風濕熱傳遞規律不明確、糧堆霉菌變化過程難預測、儲藏工藝參數調控不均衡等關鍵技術問題，我院農產品產地初加工創新團隊研究構建了高水分玉米糧堆濕熱傳遞及霉菌生長模型，實現了二者的同時空預測，并基于通風效果評估，得到適宜的通風工藝及參數，為確保儲藏通風工藝參數均衡調控提供理論和技術支撐。
1.明確了玉米物性參數動態變化模型。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 ℃)條件下的導熱系數和比熱容的變化規律，優化得到導熱系數和比熱容隨溫度和含水率的變化模型（R2＞95%），為高水分玉米通風濕熱傳遞過程模擬提供準確的動態物性參數支持。
2.構建了玉米糧堆通風濕熱傳遞及霉菌生長模型。將玉米糧堆假設為均勻連續的多孔介質，考慮玉米呼吸熱，采用局域熱非平衡原理，分別構建了糧堆中氣固兩相的濕熱傳遞控制方程，可有效模擬倉內玉米糧堆通風干燥過程中溫濕度的分布與變化規律，揭示了通風過程前期玉米糧情存在不均勻的問題，沿通風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律，明確了霉菌生長與儲藏條件的關聯模型，并通過有限元仿真軟件耦合求解，實現了糧堆濕熱傳遞與霉菌生長的同時空預測。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%，預測的霉菌菌落數與試驗值的平均相對誤差為7.1%。
3.優化了玉米糧堆通風工藝參數。基于仿真驅動，模擬分析不同通風工藝條件下玉米糧堆的干燥效果，風速在小于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。通過通風效果的評估，得到適宜的通風工藝條件為空氣相對濕度低于75%、通風風速0.09~0.23 m/s，在以上條件滿足的情況下，風溫隨大氣條件而定。
本研究開發的高水分玉米糧堆濕熱傳遞及霉菌生長模型，在優化通風系統、均衡通風調控干燥儲藏條件以保障糧食品質方面具有重要的應用價值，為“糧食產地烘儲一體化技術裝備”的研發提供了堅實的理論和參數支持。目前此項研究成果發表學術論文3篇，其中SCI/EI論文2篇，在第六屆“生鮮食品加工與保鮮”國際學術研討會等國際或全國性學術會議上作報告3次。
圖1 玉米物性參數隨溫度、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變化的云圖
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