基于COMSOL的粮仓粮堆多物理场耦合规律研究.pdfVIP

摘要

习近平总书记在党的二十大报道中指出“全方位夯实粮食安全根基”，而粮食产

后减少储藏环节的损失能最有效的提高粮食安全水平，因此改良储粮装备、提高储

粮技术、推荐科学储粮志在必行。想要较为有效的保证粮食产后安全，减少粮食在

储藏过程中的损失，首先就要有良好的储粮方法。并且粮堆的温度和湿度在粮食的

储藏过程中是影响粮食安全储藏时间的两个重要因素。因此，研究储藏过程中的粮

堆内热湿传递规律，探究仓内各个因素间的相互耦合关系，可以预测粮仓粮情，提

前预警，从而作为指导科学粮食储藏的方法，达到实现绿色、安全和高品质储量的

最终目的。针对上述实际问题，本文以粮仓中湿度分层的稻谷粮堆为研究对象，建

立粮堆在静态储藏过程中和在机械通风状态下的热湿多场耦合数学模型，应用数值

模拟软件COMSOL进行仿真模拟并搭建试验仓实验验证，分析了湿度分层的稻谷

粮堆内部的温度、相对湿度以及水蒸气压力在不同状态下的变化情况。主要工作如

下：

（1）将稻谷粮堆视作多孔介质，利用多孔介质的相关理论，对稻谷粮堆主要物

理参数进行测试与分析，其中包括：孔隙率、当量直径、比表面积、渗透率、导热

系数、比热容等。

（2）在多场耦合的相关理论基础上，对稻谷粮堆内部的热湿传递过程进行研究，

其中包括利用质量守恒、能量守恒和动量守恒定律确立稻谷粮堆在静态储藏过程和

机械通风过程的热湿耦合传递数学模型，设计并完成搭建小型粮堆静态储藏实验平

台。

（3）根据建立的稻谷粮堆静态储藏过程中的热湿耦合传递数学模型，在

COMSOL中建立湿度分层稻谷粮堆在静态储藏过程中的热湿耦合的仿真模型，分析

监测点位温度、相对湿度以及水蒸气压力随时间变化规律。通过所搭建的试验仓进

行实仓试验，验证模拟结果的准确性。

（4）根据建立的稻谷粮堆机械通风过程中的热湿耦合传递数学模型，在

COMSOL中建立的湿度分层稻谷粮堆在机械通风过程中热湿耦合的仿真模型，分析

监测点位温度、相对湿度以及水蒸气压力随时间变化规律。通过所搭建的试验仓进

行实仓试验，验证模拟结果的准确性。

关键词：粮仓粮堆；COMSOL；热湿耦合；静态储藏；机械通风

Abstract

GeneralSecretaryXiJinpinginthepartystwentiethreportpointedoutthat“all-round

tampingthefoundationoffoodsecurity”，aftertheproductionoffoodtoreducelossesin

thestorageprocesscanmosteffectivelyimprovetheleveloffoodsecurity，improve

grainstorageequipment，improvegrainstoragetechnology，recommendedscientific

grainstoragewillbenecessary．Wanttobemoreeffectivetoensurethesafetyoffood

production，reducethelossoffoodinthestorageprocess，firstofall，wemusthavea

goodgrainstoragemethods．Thetemperatureandhumidityofthegrainpileinthegrain

storageprocessaretwoimportantfactorsthataffectthefoodsecuritystorage

time．Therefore，studyingtheheatandhumiditytransferlawwithinthegrainpile

duringstorageandexploringthemutualcouplingrelationshipbetween