种子仓储环境调控机理与装备技术研究

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种子是最基本的农业生产资料,种子质量关系国家粮食安全,种子仓储对保持种子活力非常重要,仓储时种子受环境温度、相对湿度、气体成分、微生物以及害虫的影响非常大,控制不当就会加速种子劣变,影响种子健康。因此,本文针对水稻种子的健康贮藏,在分析研究种子仓储环境变化关联机制的基础上,围绕种子仓储环境调控机理和装备技术,对冷条蓄冷的温度调控机理、仓储环境的相对湿度除湿调控机理、混比气体杀虫机制与系统设计、智能仓储箱试制与试验等内容展开研究。具体内容如下:(1)种子仓储环境变化关联机制搭建了种子仓储相对湿度调控试验平台,研究了环境相对湿度对种子含水率的影响,结果表明,环境相对湿度对不同品种水稻种子的含水率影响很大,外界环境湿度越大,种子与环境的水势差越大,种子吸水速度越快,种子含水率增加得越高。种子仓储时要避免高湿环境的出现。高湿环境下,铝箔袋的隔湿效果最好,包装袋的隔湿性能排序为:铝箔袋>塑料袋>编织袋>牛皮纸袋>不锈钢盘,塑料袋适于较干环境下的种子包装。初始含水率分别为11.28%和10.89%的“五优”和“天优”稻种在高湿环境下(>95%)存放1d含水率就增加到13.53%和13.91%,超过了水稻的安全贮藏含水率。搭建了气调控虫试验平台,选取赤拟谷盗和米象两种仓虫,研究气体成分对仓储水稻种子杀虫效果的影响表明,不同仓虫对CO2气体的反应程度不同。氧气浓度越低,赤拟谷盗和米象的死亡率越高。赤拟谷盗对氧气的反应在初期相比米象较敏感,米象则相对迟钝,随着时间的延长两者趋于一致。O2和CO2混合对仓虫的致死率比单一气体的高。温度对仓虫致死的影响与气体成分具有耦合作用。试验得到比较合适的气调参数:温度16±1℃,CO2气体浓度30%左右,O2气体浓度5%左右。(2)冷条蓄冷温度调控搭建了蓄冷条温度调节试验装置,研究风道长度、风量等因素对蓄冷温度调节性能的影响表明:随着风道长度的增加,温度下降幅度逐渐减小,降到相同的温度需要的时间相对较长。风道长度对箱体贮藏室内各点的温度影响不明显,但是对相对湿度的影响较明显。随着风量增大,贮藏室内温度下降速度增快,相对湿度下降也越快,但是温度场和相对湿度场的均匀性变差,风量较小时,温湿度均匀性相对较好,但是风量如果太小,蓄冷室内的冷能向贮藏室传递较慢。随着风机风量的逐渐减小,贮藏室内中横截面温度和相对湿度的均匀性有由好变差的趋势,综合制冷速度和温湿度场等的均匀性,合适的参数分别为风道长度是30cm,风量0.09 m3/s时,综合性能较优。(3)仓储环境相对湿度的调控设计了转轮除湿系统,通过增加干空气管道通路,可以提高贮藏室内相对湿度的分布均匀性,更有利于种子的仓储。通过极差分析和方差分析的综合,影响除湿效果的因素排序先是管道开孔数,其次是管道直径,最后是管道位置。当管道位于箱体中部位置0.65m处、管道直径为40mm、管道开孔数为20个时,除湿能力和除湿效率均最优,综合除湿效果好。基于COMSOL,通过k-ε湍流模型、多孔介质模型和稀物质传递模型等对除湿过程湿度场和不同包装种子的含水率进行数值模拟与试验,结果表明,50%的相对湿度环境适于种子贮藏,模拟值与试验值最大偏差仅为1.2%,说明模型有效。(4)混比气体杀虫机制与系统设计设计了种仓控虫气体混比系统和液态充注气调系统。研究了风量对贮藏室降氧时间、氧气浓度分布均匀性和温湿度的影响,结果表明:风量越大,氧气浓度下降越快,降氧时间越短。风量越大,气流交换越充分,氧气浓度分布越均匀,箱体内温度和相对湿度的均匀性越好。风量增大,加快了流场的相互交换,有利于温度场和湿度场分布的均匀性。发芽率测试表明短期的气调贮藏不会影响种子发芽。(5)智能型种子仓储箱的试制与试验试制了智能型种子仓储箱,采用基于CAN总线的分布式控制系统,实现了多任务并列运行,串口触摸屏上设计了人机交互界面。对总线通讯进行试验,总线利用率较好,带宽余量充足,错误率为0%,系统运行稳定、可靠。对仓储箱充冷、放冷过程中,冷条温度和贮藏室内温湿度的测试结果表明,自然状态下充冷一次需要9 h,贮藏室温度达到13-15℃可维持12h,仓储箱的保温性与密闭性较好,能够满足种子仓储要求。
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