【摘 要】
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粮堆在结构上是典型的多孔介质,对粮堆多孔介质渗流特性的研究在指导粮仓机械通风和药物熏蒸等技术实施方面具有非常重要的意义。但是由于缺乏粮堆内部孔隙结构的表征手段,目前针对粮堆渗流特性的直接研究较少,多是基于粮堆整体的宏观数值模拟及孔隙率的研究,且未能深入从微观尺度充分考虑粮堆内孔隙结构对流体运动的影响,导致对粮堆渗流特性的研究不够深入和精确。针对这些问题,本文以小麦为对象,利用X射线断层扫描技术对粮
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粮堆在结构上是典型的多孔介质,对粮堆多孔介质渗流特性的研究在指导粮仓机械通风和药物熏蒸等技术实施方面具有非常重要的意义。但是由于缺乏粮堆内部孔隙结构的表征手段,目前针对粮堆渗流特性的直接研究较少,多是基于粮堆整体的宏观数值模拟及孔隙率的研究,且未能深入从微观尺度充分考虑粮堆内孔隙结构对流体运动的影响,导致对粮堆渗流特性的研究不够深入和精确。针对这些问题,本文以小麦为对象,利用X射线断层扫描技术对粮堆孔隙结构特征进行提取并构建孔隙结构模型,实现对粮堆孔隙结构的表征和定量分析;然后基于孔隙结构模型开展多工况下的CFD通风渗流模拟,探究粮堆的渗流规律;最后再进行实验对比验证,具体工作内容如下:（1）运用X射线断层扫描技术获取散装粮堆孔隙结构的二维切片图像,然后对切片图像进行滤波、阈值分割及三维重建等处理,获得孔隙结构模型;然后以体孔隙率为指标,确定REV（表征单元体）尺寸,并对孔隙结构分别开展二维和三维的定量分析,分析结果发现:当粮堆深度较低时面孔隙率波动较大,证明竖向压强越小,孔隙分布越不均匀;体孔隙率随着粮堆深度增大而降低。（2）运用CFD前处理软件对孔隙结构模型进行模型优化和网格划分,获得质量较好的非结构化网格模型,然后基于此模型开展多种工况下的计算流体动力学（CFD）单相渗流模拟,预测绝对渗透率,通过改变通风方向探究绝对渗透率在不同通风方向上的差异,通过对不同深度下孔隙结构模型模拟结果的分析研究粮堆深度（轴向压强）对粮堆绝对渗透率的影响。分析结果发现:横向通风的绝对渗透率要大于纵向通风的绝对渗透率,粮堆渗透率存在各向异性;粮堆绝对渗透率随着深度的增大而降低。（3）设计并搭建散装粮堆通风实验平台,开展横向、纵向不加压通风和横向加压通风实验,测量对应的压强、风速等数据,通过达西定律计算对应的绝对渗透率,最后将实验结果与CFD仿真结果进行对比分析发现结果较为接近,证明孔隙结构模型的可以用于CFD模拟,且模拟结果具有可靠性。
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