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1、农业工程概论电子教案教材：农业工程概论，张 伟主编，中国农业出版社，1997年，第一版。 主要参考书： 1、农业物料学，周祖锷主编，农业出版社，1994年； 2、农业生物环境工程，崔引安主编，农业出版社，1994年； 3、农产品加工机械与贮藏，沈再春主编，农业出版社，1995年；4、农业系统工程，朱永达主编，农业出版社，1993年。 绪论 第一章 农业物料的工程性质 第二章 农业机械化 第三章 农业电气化及农业应用电子技术 第四章 农业建筑与农业生物环境工程 第五章 农业水土控制 第六章 农产品加工工程 第七章 农业环境保护与农村能源 第八章 农业系统工程农业工程概论电子教案第一章 农业物料的
2、工程性质1研究的意义农业物料一般指：动植物产品、加工成品、半成品、以及与农业作业有关的土壤、肥料、农药等。（即：产品和作业对象）意义：有利于正确的设计工艺与设备；质量的评估。2 农业物料的形态特征一、尺寸和形状 尺寸和形状 （一）圆形和球形圆度 式中：圆度表示与理想圆的接近程度；r指各棱角的曲率半径；R值最大内接圆的半径。（P6 图1-1）对于类球体：球度= 式中：di指类球体的最大投影面积图形的最大内切圆直径 dc指类球体的最大投影面积图形的最小外接圆直径对于椭球：球度= = = = （二）尺寸的表示（1）粒径（非类球物料） 测定计算平均粒径的简易方法：粗颗粒的平均粒径（可以一粒一粒的分拣）
3、 按表1-2的算法 会存在d3d2d1d7d4d5d6的不同结果粉状物的平均粒径 （取为50100g试样） （调和平均粒径）或用算术平均粒径 相邻筛子之间物粒的名义直径 （ ）Xi为di下方，di+1上方的物料占总质量的百分数。（权重）应根据测定的目的选用，如 （2）单项尺寸的测定，用 （三）尺寸分布 可代表一批物料粒径的平均尺寸二、密度（一）真实密度（true density）： （成分、水含量等）测量方法主要有 （二）容积密度（bulk density）与孔隙率（度）： （物料总质量与视在体积或称虚表容积之比）孔隙度（率） 孔隙所占体积与整个物料所占体积之比（孔隙比孔隙体积与物料固体物质体
4、积之比） 三、农业物料形态特征在农业工程中的应用（一）品质评定：1谷物成熟程度（与尺寸有关）、杂质含量、均匀度等与 有关；土壤紧实程度2牛奶放置时间长， 变大。（二）确定物料清选和分级工艺根据球度的大小影响滚动性尺寸形状的差异影响选择分选方法的设备由尺寸的分布规律，确定分选的可能性及筛孔的大小等（1） 分选可能性（分离程度）和孔型 （图1-4 不同的物料的尺寸频率分布曲线）（2） 筛孔（窝眼）大小的选择：根据分选的目的和要求确定（图1-5）（三）设计计量装置或容器根据容积密度 3农业物料的机械特性一、应力、应变与破坏有助于选择加工方法（一） 应力与应变：农业物料的流变特性是研究物料在外力作用下
5、产生的变形和流动，以及载荷作用的时效。 变形弹性变形；流动： 流变特性用应力、应变和时间三个参数表示。 应力松弛指物料突然地变形到给定值并保持不变时，应力随时间变化的函数关系。（与蠕变对应）东农303马铃薯的应力松弛模量方程（P11.图1-7）弹性模量： 农业物料的应力应变关系，因农业物料通常具有 等特点，而变得非常复杂（P12.图1-8）。（二） 农业物料的破坏（1） 破坏的原因 机械力：挤压、切断、碰撞、颠簸等。 谷粒的损伤与受力大小和水分高低密切相关（P12.图1-9） 其他应力（物理化学的作用）：热应力（烘干与冷却过程）；乙醇促使苹果边熟腐烂；湿应力（西瓜番茄水分过大的裂口）。 物料自
6、身的生化作用呼吸代谢作用在温度湿度较高条件下（受伤后速度变快），导致生命缩短而坏死（呼吸加快，营养消耗加快）。甘薯受伤后呼吸量加大（P13.图1-10）（2） 破坏的类型：切断（正切、斜切、歪切、滑切） 粉碎（击磨玉米；压磨小麦、大蒜） 去壳（克剥核桃；热胀应力松籽、板栗；撞击葵花籽） 碎土（弯曲犁地）（3） 有害性破坏的防止 二、流体动力学特性（ 流体以空气、水（形变介质）为载运体）与物料的输送、装卸、分离等作业有关系（一） 流体对农业物料的作用力 （1） 阻力与阻力系数根据因次（量纲）分析，流体的总阻力 C为阻力系数（一般由试验确定）A为物体垂直于 平面内的投影面积 为流体密度 g/cm3
7、V为流体和物体的相对速度 m/s阻力系数 动力粘度的定义（P21）单位面积、单位速度梯度时所受到的剪力。 1PaS（帕秒）=10P（泊：达因S/cm2；克/cmS）=1000CP(厘泊；毫帕秒)C=f(Re)的关系复杂，一般为34个区域 （2） 物料在流体（形变介质）中的临界速度（即重力浮力=阻力时的相对速度V0） 球状物体 重力浮力： 时 球体的体积和投影面积分别为d3/6和d2/4，一般情况下，C0.44则 非球状物体 实验证明：当Re50,一般不规则形状的物体的阻力系数C与球体的阻力系数C相差很小（见P14.图1-12）。当达到临界速度时，不规则物体和当量球体所受的重力和浮力相等，故二者
8、的阻力也相等。工程中，先求当量球体（质量和密度相同的球体）的临界速度，然后加以修正求不规则物体的临界速度。即： （当量球体） K球形折合系数（形状修正系数），P15.表1-3 给出了一般谷粒的K值。 有限空间对临界速度的影响例如：物料在管道中，使流体的通过面积减小、周边流速增高、产生局部阻力（静压差变大），导致临界速度减小。据乌斯吕斯基试验（钢球）得出经验公式： D为管道直径，ds为物体直径，V0为无限空间时的临界速度。 群体物料（浓度）对临界速度的影响相互摩擦和碰撞，激起紊流，改变了混合（液）体的密度等，将导致临界速度减小（是一个很复杂的问题），钱宁对均匀沙粒所做实验表明： V0为单粒的临界
9、速度，m0为沙粒的体积浓度（实验值为525%），值见P15表1-4。 此公式适用于非粘性粗粒泥沙（二） 物料流体动力学特性在农业工程中的应用（1） 清选分离中的应用气流分选 P16，图1-14、15、16、17（2） 物料输送中的应用 三、流变特性（一） 流变特性的某些特点：用应力、应变、时间三个参数描述；具有应力松弛或蠕动（的表现）（二） 流变模型 1、基本元件弹性元件（弹簧） 或 （卷簧的剪切公式）塑性元件（滑杆） 只要有变形，就有：PF (即拉力大于等于最大摩擦力)粘性元件（牛顿液体阻尼器） （即应力等于动力粘度乘以应变速率） 2、粘弹性物料的流变模型麦克斯韦尔模型（Maxwell 实质
10、是流体模型）应力相等，应变相加。（P19.图1-21） 开尔文模型（Kelvin 实质是固体模型，如纺织、塑料绳等） 应变相等，应力相加。弹簧的运动是非线性的（延迟弹性变形）。（P19.图1-22、23） （P19.图1-21） （P19.图1-22、23）其他模型a广义麦克斯韦尔模型：多个麦克斯韦尔单体并联，主要描述复杂的应力松弛现象b广义开尔文模型：多个开尔文单体串联，主要描述具有一个以上松弛（或延迟）时间的物料。 c伯格斯模型（Burgers）：在外力作用下，同时呈现出瞬时弹性变形、延迟弹性变形和粘性流动的性质。是用来预测物料蠕变特性最著名的流变模型之一。d宾汉模型：由粘性和塑性元件并联
11、，有时共同串联一个弹性元件。 用表描述外力超过屈服应力时，物料才开始流动的现象。如：粘泥、果酱、油漆等。 伯格斯模型宾汉模型（三） 流变特性的应用（1） 调节和利用物料的表观粘度（指非牛顿液体在不同剪切速率或剪切应力下动力粘度） 倚时性非牛顿液体具有触稠性（如肉丸）和触稀性的特点。在某一剪切应力i作用下，非牛顿液体的粘度为： （2） 物料品质检验：纯蜂蜜和假蜂蜜的粘度不同；牛奶的粘度与脂肪含量成正比。（3） 利用粘弹性物体拉伸后回缩的特性进行模口设计（P20.图1-24） （P20.图1-24）四、 摩擦特性（一） 固体物料的摩擦：库仑定律：摩擦力 （1） 正压力的影响：影响凹凸不平的平面上凸
12、峰的变形F的变化。（2） 速度的影响：物料变形；磨掉芒毛F；产生静电等。（3） 水分的影响：含水物料与钢板（一般为不易吸水材料）等接触时，会产生粘附力，则 .（4） 其他影响：滑动摩擦角、物料的方向性、尘埃等影响。（二） 流动物料的摩擦：指流体与非流体以及各流体层之间的剪切应力。 某些流体的粘度值见表1-6（三） 散粒物料的摩擦 休止角 ， 越大，散落性就越小，内摩擦角就越大。 （ 内摩擦角反映散粒物料间摩擦特性和抗剪强度的参数）（四） 摩擦特性的应用（1） 改变物料的运动状态，刹车片、千斤顶、地轮（减少打滑）、禾秆夹持等。（2） 合理设计料仓。（3） 评定物料质量：休止角4农业物料的热特性一、 热量的传输过程 二、 农业物料的具体热特性（一）比热：单位质量的物质温度每升高或降低1度（K）所吸收或放出的热量 。依据加热过程有 含水量的波动及影响，计算方法： 果蔬的比热计算： 随温度的升高，C略有增大。（二）导热系数（导热率，）：单位面积、单位时间、单位温度梯度传导的热量（W/mK），表示导热的能力。 物料的密度对导热系数有影响，
