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1、读书之法 ,在循序而渐进 ,熟读而精思 绪论 农业物料 ：指农业 生产 、加工 和处理 的对象，包括动、植物物料及其半成品和成品，以及土 壤、化肥、农药等有生命物料和无生命物料。 农业物料学 ：主要研究农业物料中各种带有共性的物理特性，为各种机械和系统(如生产、 处理、加工、贮藏、包装、运输和质量检验等)提供合理和可靠的设计依据和检验标准。 第一章农业物料的物理参数 农业物料的形状大多是不规则的。 按其形态来说，有块体 (如水果、块根等)、粒体(如种 子和谷粒等 )、粉体 (如面粉和饲料等)以及 茎叶体 等 形状指数 通常用 圆度 或 球度 来表示（或判断）某形状 1.圆度 （roundnes
2、s） 表示物体角棱的锐度，可表明物体在投影面内的实际形状与圆形之间的差异。 2.球度 (sphericity) 它表示物体的实际形状和球体之间的差异程度。 定义 形状系数 为： 种子、颗粒饲料或粉状饲料，称为散粒体 或散体 ，细粒也称为 粉体 。 粒径 表示单个粒子在某种几何意义下的尺寸。 平均粒径 不同尺寸的粒子群在某种几何意义下的长度平均值。 粒度 是具有某一粒径的粒子在粒体群中所占的比例 泰勒标准筛系列是以 45m 为起点，有二个序列，一个是基本序列 筛比是2,另一个是 附 加系列 筛比是 4 2 在 25.4mm 以上开孔，直接以开孔尺寸表示孔的大小，对25.4mm 以下的孔，用25.
3、4mm 长 度上的编织丝的根数来描述孔的大小，称为“目”。 密度的定义 物体每单位体积内所具有的质量称密度(g/cm3、kg/m3) 。 根据体积测定方法不同，密度有不同的定义： 1)容积密度 （bulk density ） 物料质量与其所占容器体积之比 2)粒子密度 （particle density ） 物料质量与物料实际体积之比 3)真密度 （true density） 物料质量与除去物料内部孔隙后的物料体积之比 事实上， 水和其它物质的密度是随温度而变化的。几乎在所有情况下，密度是随温度增加而 下降的。 孔隙率 ：颗粒之间全部空隙体积与总体积之比。 孔隙比 ：孔隙体积与物料固体物质体积
4、之比。 孔隙率与孔隙比之间存在以下的关系： ?= 1n n 式中孔隙率 n孔隙比 比表面积 ：是指单位重量或单位体积粉粒的表面积 1.21/K 读书之法 ,在循序而渐进 ,熟读而精思 水分的表示方法 湿基表示法 （w.bwet base）以农业物料质量为基准计算的 %100 ws w w mm m M 式中：Mw 湿基含水量 mw物料中所含水的质量 ms 物料中所含干物质的质量 干基表示法 (d.bdry base) 以农业物料中固体干物质为基准计算的 湿基含水量和干基含水量可以相互转换： 平衡水分 物料在某一环境条件下，经过无限长时间后所具有的水分。 水的活性 指物料在平衡水分时的环境相对湿
5、度 等温吸湿、解吸曲线 在给定温度下， 以物料平衡含水量为纵坐标，以环境相对温度为横坐标所得的关系曲线。 第二章固体农业物料流变特性 流变学 (rheology) ：研究物料在外力作用下形变、流动以及时间效应的科学。 流变特性 ：用应力 (力)、应变 (变形 )、时间等参数表示。 物体在外力作用下产生变形，其表现形式为 变形 和流动 ， 其中流动又可分为粘性流动 和塑性 流动 ，所以 弹性 、 粘性 和 塑性 是描述固体农业物物料流变特性的三种基本性质。 粘性 (viscosity) ：流体阻碍或抵抗本身流动的性质 粘性流动 ：液体在剪切应力作用下剪切应变随作用时间不断增加 粘弹性 ：与时间相
6、关的应力应变特性或应力应变速率特性。 特点 ：粘弹性体既有固体特性，也有液体特性，是两种特性的综合。粘弹性液体 还有韦森堡效应。 分类 ：(1)线性粘弹性：应力与应变之比仅为时间的函数，与应力大小无关（当应 力足够小时） (2)非线性粘弹性：应力与应变之比为应力和时间的函数粘塑性 应力松驰 ：物料突然变形到给定值并保持不变时，应力随时间变化的函数关系。 蠕变：物料突然受到一个给定应力值并保持不变时，应变随时间变化的函数关系。 流变模型 有三个基本元件，即弹性元件 、粘性元件 和塑性元件 。 固体农业物料流变性质的测定方法分为两类：即 基本试验 (Basic test)和 模拟试验 (Simul
7、ation test)。 基本试验又可分为两种，即静态试验 (static test)和动态试验 (dynamic test)。 100% w d s m M m 100% 100 d W d m M m 100% 100 w d w m M m 读书之法 ,在循序而渐进 ,熟读而精思 农产品典型的力和变形的关系 LL 点弹性极限点（Limit of elasticity) Y 点生物屈服点（Bio-yield Point ） R 点破裂点（Rupture point ） 同轴压缩试验在曲线的不同位置可得出不同的弹性模量值。可依据原点正切模量、割线模 量和 正切模量 来定义物料弹性模量。 当物
8、体施加一定的载荷，然后卸除载荷，弹性变形(De)和塑性变形与弹性变形之和(Dp 十 De)的比值，我们称作弹性度 (degree of elasticity) 。如图所示。 弹性度愈大，物体恢复变形能 力愈强。理想弹性体的弹性度应为1，弹塑性体的弹性度均小于1。 第三章液体农业物料的流动特性 根据液体流动性质可分为牛顿流体 (Newtonian fluid) 和非牛顿流体 (non-Newtonian fluid) 。 当剪切应力与剪切速率之间存在线性关系时称为牛顿流体 。反之，当剪切应力与剪切速率之 间不存在线性关系时称为非牛顿流体 。 牛顿流体 本构方程： 剪切应力与剪切速率之间的关系为通
9、过座标原点的曲线，这种液体称为准粘性 根据流动曲线的形状不同，准粘性流体可分为： 假塑性流体 ：凹向剪切速率轴，原点与曲线上任一点连线的斜率随剪切速率增大而减小，表 观粘度 胀流性流体 ：凸向剪切速率轴，原点与曲线上任一点连线的斜率随剪切速率增大而增大，表 观粘度 读书之法 ,在循序而渐进 ,熟读而精思 n k n1 时，胀流性流体 表观粘度 ：非牛顿流体在某一剪切速率下的粘度。 温度对粘度的影响 气体温度，粘度 液体温度，粘度 浓度对粘度的影响 读书之法 ,在循序而渐进 ,熟读而精思 浓度，粘度 同轴圆筒粘度计 工作原理 ：通过测定作用于转筒上的转矩和转速来测定低粘度流体的粘度，很少用于高粘
10、度 流体的粘度测定。 第四章农业物料的流体动力学特性 流体对物体的阻力由摩擦阻力 和形面阻力 组成。 摩擦阻力 ：作用于物料表面上的切向力沿相对运动方向上的总和。 形面阻力 （压差阻力）：作用于物料表面上的所有压力沿相对运动方向上的总和。 在层流或低速流动中，形面阻力 可忽略不计 在紊流或高速流动中，摩擦阻力 可忽略不计 摩擦阻力 、形面阻力 随流体粘度（雷诺数） 、流体运动状态不同而发生相应变化 球体的阻力系数C 随雷诺数 e R而变。 Re C k 式中 ,和 k 为系数。 e R为雷诺数。 vd R f e 流体的粘度 流体和物体的相对速度 流体的密度 物料的特征尺寸 v d f 边界层
11、 ：又称附面层，是指贴近固体壁面附近的一部分流动区域 边界层分类 ：边界层内的流动也分为层流 和紊流 ，相应的也分为层流边界层 和紊流边界层 。 对于又有层流又有紊流的边界层又称为混合边界层 。 沉降速度 ：物体在静止流体中匀速下降时对应的运动速度。 悬浮速度 ：物体在运动流体中处于悬浮状态时对应的流体运动速度。 把沉降速度 和悬浮速度 统称为 临界速度 。 临界速度是 物料流体输送和物料分离 的一个重要流体动力学特性和设计依据。 临界速度的推导 物料在静止的流体中自有下落达到临界速度时，物料受到流体阻力、重力和流体浮力的作 用达到平衡。即 brg FFF 流体对物料的阻力 浮力 重力 F F
12、 F r g b mg F g ； sff s b gVg m F ； 2 2 1 tfr vCAF fs fs t AC mg v )(2 读书之法 ,在循序而渐进 ,熟读而精思 物料的密度 物料的质量 物料的临界速度 s t m v 阻 力 系 数 颗 粒 投 影 面 积垂 直 于 流 体 流 动 方 向 的 流 体 的 密 度 C A f 球形物料的临界速度 d d A m d s 2 3 4 1 6 1 投影面积 质量 直径为 f fs t fs fs t C gd v AC mg v 3 )(4)(2 农业物料的 清选和分离 是根据物料中各组成成分的阻力系数 或临界速度 的不同而完成
13、的。 气力输送 式利用气流对颗粒物料进行输送。 气力输送是固体与流体混合在一起的流动，为两相流。 气力输送装置一般由风机、输送管道、供料器和卸料器等组成。 主要有两种方式，一种是吸送式 ，另一种为 压送式 。 第五章散粒体物料的力学特性 摩擦特性参数 滑动摩擦角、滚动稳定角物料与接触表面间的摩擦特性 休止角、内摩擦角物料间的内在摩擦特性 滑动摩擦角 (Sliding friction angle ) 滑动摩擦角 ：表示散粒物料与接触固体相对滑动时，散粒物料与接触面间的摩擦特性 滑动摩擦系数：滑动摩擦角的正切值 滚动稳定角 ： 滚动稳定角反映单粒柱状、球形或类似球形物料与所接触表面的滚动摩擦特性
14、。 物料在平面上的滚动阻力可以用滚动稳定角 来衡量。物料在斜面上开始滚动时的斜面角为滚 动的 静态稳定角 ；物料在斜面上匀速下滚时的斜面角为滚动的动态稳定角 。 休止角 ： 散粒物料由一定高度自然连续下落到平面上所堆积形成的圆锥母线与底平面间的夹 角。 （反映散粒物料的内摩擦特性、散落性能主要用于粮仓、料仓等的设计） 休止角与 物料形状、尺寸、质量、表面特性、含水率、堆积密度等有关 内摩擦角 是反映散粒物料间摩擦特性和抗剪强度。 根据莫尔理论， 如果散粒体在二向应力作用下沿某个平面产生破坏，则在这个平面内存在一 定得正应力 和剪切力的组合。 231221 31 2 3 2 1 ) 2 ( 2
15、3 sincos)( sincos ）（ 化简 读书之法 ,在循序而渐进 ,熟读而精思 破坏平面上的这个应力和剪切力也可以用莫尔圆求出。该莫尔圆的半径为 2)( 31 ，圆心位于 2)( 31 处。 莫尔包络线和水平线的夹角即为散粒物料的内摩擦角 i 莫尔包络线即表示散粒体的剪切强度 休止角与内摩擦角的区别与联系： 休止角和内摩擦角都反映了散粒物料的内摩擦特性； 休止角和内摩擦角两者概念不同。内摩擦角反映散粒物料层间的摩擦特性，休止角则表 示单粒物料在物料堆上的滚落能力，是内摩擦特性的外观表现；数值不同。 物料流动过程两种形式，即整体流 和漏斗流 。 第六章农业物料的热特性 热量传递有三种基本
16、形式： 传导 对流 辐射 有时这三种传热形式是同时存在的。 热量传递动力： 温度差是导致热量从一个物体传递到另一个物体，或从物体的一部分传递至 另一部分的动力。 热流量 ：单位时间内传递的热量，W 热流密度 ：单位时间内单位面积传递的热量，W/m2，向量， 指向温度降低方向 导热率 ：单位温度梯度时的热流密度，W/m k，表示物料的 导热能力 导热系数 对流换热系数：当流体与壁面温度相差1 度时、每单位壁面面积上、单位时间内所传递的 热量。 热容 ：热容是使物质温度升高1K 所需的能量（单位：J/K） ，它反映材料从周围环境中吸 收热量的能力。 比热容：单位质量物质温度升高1吸收的热量，简称比热 农业物料的比热随物料组成成分、含水率、温度等变化 读书之法 ,在循序而渐进 ,熟读而精思 第七章农业物料的光学特性 光的传递 ：反射、折射、衍射、透射等 反射、吸收、透光和发光等构成农业物料的光学特性。 图为农业物料反射率曲线实例，该图反映了农业物料哪些光学信息。 (1)不同物料其反射率值不同，光谱特性曲线的差异主要是由于物料组成物吸收特性不 同造成的； (2)同一
