第一章農(nóng)業(yè)物料的工程性質(zhì)1

教學內(nèi)容：1形狀和尺寸、密度及其應用；

2農(nóng)業(yè)物料的機械特性、熱特性；

3農(nóng)業(yè)物料的電磁輻射特性、電特性、磁特性；

4農(nóng)業(yè)土壤的工程特性。

學習要求：1掌握基本概念。

2掌握農(nóng)業(yè)物料各工程特性；

3掌握農(nóng)業(yè)物料各工程特性的應用；教學重點：1基本概念；

2農(nóng)業(yè)物料各工程特性的應用。第一章農(nóng)業(yè)物料的工程性質(zhì)11.1研究農(nóng)業(yè)物料工程性質(zhì)的重要意義

谷物、種子、蔬菜、水果、雞蛋、飼料以及纖維等農(nóng)業(yè)油料的基本物理參數(shù)。（2）指導本科生畢業(yè)論文（設計）草莓梨蘋果小麥玉米蔬菜大麥飼料

農(nóng)業(yè)物料的形狀、尺寸、體積、密度、孔隙率、表面積和含水量等在許多設計和研究中有重要意義。21.1研究農(nóng)業(yè)物料工程性質(zhì)的重要意義在設計收獲、輸送、分級、清選、干燥、冷卻、貯藏、加工、檢測控制儀表等機械和設備時，必須了解物料這些最基本的工程參數(shù)。收獲分級輸送貯藏秸桿加工水果加工線蔬菜加工線31.2農(nóng)業(yè)物料的形態(tài)特征1.2.1尺寸和形狀

在許多應用中，如機械分選和分級、氣流輸送和分離以及產(chǎn)品的熱處理等都必須精確地確定物料的形狀和尺寸。物料的形狀和尺寸是不可分割的兩個參數(shù),要充分地描述一個物料的形狀，同時需要這兩個參數(shù)。41.2農(nóng)業(yè)物料的形態(tài)特征1.2.1尺寸和形狀

農(nóng)業(yè)物料的形狀大多是不規(guī)則的。按其形態(tài)來說，有塊體(如水果、塊根等)、粒體(如種子和谷粒等)、粉體(如面粉和飼料等)以及莖葉體等。由于栽培和飼養(yǎng)條件、氣象條件、含水量等不同，即使同一個品種或同一棵植株上的果實或谷粒，它們的形狀也是各不相同的。由于農(nóng)業(yè)物料形態(tài)差異很大，所以難以用統(tǒng)一的方法定義物體的形狀和尺寸。目前采用的方法大部分是根據(jù)研究者的實際需要而自行定義的。51.2農(nóng)業(yè)物料的形態(tài)特征1.2.1尺寸和形狀

圓形扁圓長橢圓圓錐形卵形歪斜形倒卵形橢圓形平頭形不對稱1.2.1.1圓形與球形

61.2農(nóng)業(yè)物料的形態(tài)特征1.2.1尺寸和形狀

1.2.1.1圓形與球形

為了將物體的實際形狀與基準形狀（如球體和圓等）進行比較，引入圓度與球度概念。(1)圓度

圓度是表示物體角棱的銳度，表明物體在投影面內(nèi)的實際形狀和圓形之間的差異程度。用下式計算：R1R2R3R4R5R71.2農(nóng)業(yè)物料的形態(tài)特征1.2.1尺寸和形狀

1.2.1.1圓形與球形

(2)球度

球度是表示物體實際形狀和球體之間的差異程度。假定物體的形狀為三維橢球，它們和三個座標軸的截距分別為a、b和c，外接球的直徑是橢球的最大截距a，則根據(jù)上述定義球度s為：81.2農(nóng)業(yè)物料的形態(tài)特征1.2.1尺寸和形狀

1.2.1.2尺寸的表示(1)粒徑

粒徑是用來表示粒狀或粉狀物料的形狀和尺寸的一種方法?？煞譃閱蝹€粒子的單一粒徑和表示許多不同尺寸組成的粒子群體的平均粒徑。

表單一粒徑表示法名稱計算式名稱計算式二軸算術(shù)平均值（a+b）/2幾何平均值圓等值徑(4f/π)1/2調(diào)和平均值定向徑dg體積平均值3abc(ab+bc+ac)-1注：f——投影面積。91.2農(nóng)業(yè)物料的形態(tài)特征1.2.1尺寸和形狀

1.2.1.2尺寸的表示(1)粒徑：粒子群體的平均粒徑。

101.2農(nóng)業(yè)物料的形態(tài)特征1.2.1尺寸和形狀

1.2.1.2尺寸的表示(2)粒徑計算方法：1)粗顆粒按質(zhì)量與粒子數(shù)根據(jù)球體積公式計算平均勻粒徑；2)細粉平均粒徑：篩分法。a.確定測定全部粒子的粒徑分布。將一定量粉料用篩孔尺寸d1、d2、……dm+1個篩子的m+1個篩子進行分級；b.d1至d2的粒子其平均直徑為D1=（d1d2

）1/2，其質(zhì)量百分數(shù)為x1;d2至d3的粒子其平均直徑為D2=（d1d2

）1/2

，其質(zhì)量百分數(shù)為x2;

……

dm至dm+1的粒子其平均直徑為Dm=（dmdm+1

）1/2

，其質(zhì)量百分數(shù)為xm;c.調(diào)和平均徑為

ds={∑(xi/di)}-1d.算術(shù)平均徑為

ds=∑(xidi)111.2農(nóng)業(yè)物料的形態(tài)特征1.2.1尺寸和形狀

1.2.1.2尺寸的表示(3)粒度分布

粒度累積分布曲線

d50粒徑累積分布量(%)粒度累積分布曲線粒度頻率分布曲線

d50粒徑分布量(%)121.2農(nóng)業(yè)物料的形態(tài)特征1.2.2密度

農(nóng)業(yè)物料的體積、密度和比重在許多場合是必不可少的原始數(shù)據(jù)。干草的干燥和貯存、青貯倉和貯存?zhèn)}的設計、青貯料的機械壓縮、顆粒飼料和草餅的穩(wěn)定性、分離和分組、氣流和水力輸送、種子純度測定和成熟度評定等都需要密度和比重的數(shù)據(jù)。物體每單位體積內(nèi)所具有的質(zhì)量稱密度。物體的質(zhì)量與同體積的l大氣壓、4℃的純水的質(zhì)量之比稱比重。131.2農(nóng)業(yè)物料的形態(tài)特征1.2.2密度

1.2.2.1真實密度

真密度又稱固體密度，是把試料仔細粉碎除去物料內(nèi)部空洞所占體積求得的密度。農(nóng)業(yè)物料的密度及測量：浮力法、比重瓶法，比重梯度法、氣比法和定容積壓縮法

液浸法—懸浮法氣體置換法——壓力比較法141.2農(nóng)業(yè)物料的形態(tài)特征1.2.2密度

1.2.2.2容積密度與孔隙率

容積密度是把試料裝入已知體積的容器內(nèi)，測量裝入容器內(nèi)的物料質(zhì)量，根據(jù)容器體積和物料質(zhì)量求得的密度。松散物料孔隙所占體積和整個物料所占體積之比為孔隙率。固體農(nóng)業(yè)物料組成物的密度組成成分密度(kg/m3)組成成分密度(kg/m3)葡萄糖1560脂肪900～950蔗糖1590鹽2160淀粉1500檸檬酸1540纖維素1270～1610水1000蛋白質(zhì)1400151.2農(nóng)業(yè)物料的形態(tài)特征1.2.3農(nóng)業(yè)物料形態(tài)特性在農(nóng)業(yè)工程中的應用1.2.3.1品質(zhì)評定良好的谷粒和種于都是顆粒健壯飽滿、容積密度大的。1.2.3.2確定物料清選和分級工藝

(1)根據(jù)密度分級、清選

(2)根據(jù)形狀分級、清選

1617181.3農(nóng)業(yè)物料的機械特性

1.3.1應力、應變與破壞農(nóng)業(yè)物料的機械特性主要包括應力、應變與破壞特性、流體動力學特性、流變特性、摩擦特性等。農(nóng)業(yè)物料的機械特性是運輸、選擇、攪拌、計量等工藝設計和機械配備的設計依據(jù)，是應優(yōu)先考慮的問題之一。破壞的弊端：谷物破損易招蟲和吸濕霉變，種子破損后發(fā)芽率降低，蔬菜和水果碰撞受傷后很快褐變霉爛，等等。破壞的應用：比如小麥制粉、飼料粉碎、青貯鍘斷、薯類打漿等，都希望易于破碎或部分易于粉碎，以便提高生產(chǎn)率和減少能耗。所以必須了解物料破壞原因及受力與變形、破壞的關(guān)系。191.3農(nóng)業(yè)物料的機械特性

1.3.1應力、應變與破壞1.破壞原因：機械力；其它應力；物料自身的生化作用。2.破壞形式：切割、拉伸、壓縮、撞擊、扭轉(zhuǎn)等。3.農(nóng)業(yè)工程中應根據(jù)物料的特性，選擇適當?shù)谋Ｗo措施或利用其特性進行加工。201.3農(nóng)業(yè)物料的機械特性

1.3.2流體動力學特性

在農(nóng)業(yè)工程中以空氣或水作為載運體，利用流體動力學原理對農(nóng)業(yè)物料進行加工、輸送和分離是比較常用的方法。這時，固體物料存在于流體之中，并受到來自流體的力的作用。因此，了解農(nóng)業(yè)物料流體動力學特性是十分必要的。1.阻力與升力V——流體流速；FL——升力；FD——阻力。211.3農(nóng)業(yè)物料的機械特性

1.3.2流體動力學特性1.阻力與升力流體對物體的阻力是由摩擦阻力和形面阻力組成。

摩擦阻力為作用在物體表面上的切向力沿相對運動方向上的總和。

形面阻力或壓差阻力是由于流體的附面層在物體后部產(chǎn)生分裂而形成渦流，使后部的壓力降低所致，其數(shù)值為作用在物體表面上所有壓力沿相對運動方向上的總和。在層流或低速流動中，流體的密度變化不大，粘性作用支配著流體的流動，形面阻力可以忽略不計。在紊流或高速流動中，流體受壓縮而不受粘性作用支配，摩擦阻力可忽略不計，形面阻力占主導地位。221.3農(nóng)業(yè)物料的機械特性

1.3.2流體動力學特性1.阻力與升力流體的阻力可按下式計算：式中：FD——阻力；

A——物體投向相對速度垂面上的面積；

ρf——流體的密度；

C一阻力系數(shù)，與物體的形狀、表面狀態(tài)和雷諾數(shù)有關(guān)，一般由實驗確定。

231.3農(nóng)業(yè)物料的機械特性

1.3.2流體動力學特性1.阻力與升力圓球和圓盤的阻力系數(shù)241.3農(nóng)業(yè)物料的機械特性

1.3.2流體動力學特性1.阻力與升力表面光滑的圓柱周圍的靜壓系數(shù)分布正壓負壓0°100°180°

(a)251.3農(nóng)業(yè)物料的機械特性

1.3.2流體動力學特性2.物料在流體中的臨界速度沉降速度：物料從靜止的流體中自由下落，最終達到勻速向下運動，把這一速度稱為該物料的沉降速度。懸浮速度：如果流體以物料沉降速度向上運動，則物料顆粒將會在某一水平上呈懸浮狀態(tài)，把此流體速度稱作物料的懸浮速度。懸浮速度和沉降速度其意義不同而數(shù)值相同，把沉降速度和懸浮速度統(tǒng)稱為臨界速度。261.3農(nóng)業(yè)物料的機械特性

1.3.2流體動力學特性2.物料在流體中的臨界速度物料在靜止流體中自由下落達到臨界速度時，物料受到的流體阻力、重力和流體浮力將達到平衡，即Fg=Fb+Fr式中：Fg——重力，F(xiàn)g=mg；

Fb——浮力；Fb=m/ρsρfg，ρs——物料密度，ρf——流體密度；

Fr——流體對物體的阻力，F(xiàn)r=0.5CAρfv2則有物料的臨界速度：FgFbFr271.3農(nóng)業(yè)物料的機械特性

1.3.2流體動力學特性2.物料在流體中的臨界速度(1)球形物料的臨界速度

質(zhì)量：投影面積：

臨界速度：281.3農(nóng)業(yè)物料的機械特性

1.3.1流體動力學特性2.物料在流體中的臨界速度(2)不規(guī)則物料的臨界速度

物料形狀對臨界速度影響很大。C不規(guī)則>C球→當物料達到臨界速度時，由于不規(guī)則形狀物料和當量球體所受重力和浮力相等，所以二者所受阻力也相等，即291.3農(nóng)業(yè)物料的機械特性

1.3.2流體動力學特性2.物料在流體中的臨界速度(2)不規(guī)則物料的臨界速度

式中：vts——不規(guī)則物料的臨界速度；vts——當量球體的臨界速度；

φ——形狀修正系數(shù)或球形折合系數(shù)，谷粒的形狀修正系數(shù)谷粒種類水稻小麥高梁玉米大豆形狀修正系數(shù)3.022.472.172.111.33301.3農(nóng)業(yè)物料的機械特性

1.3.2流體動力學特性2.物料在流體中的臨界速度(2)不規(guī)則物料的臨界速度

部分農(nóng)業(yè)物料的臨界速度物料臨界速度(m/s)物料臨界速度(m/s)物料臨界速度(m/s)小麥9-11玉米9.8-14蘋果38.5-41.3面粉2-3花生12.5-15砂糖8.7-12大麥8.4-10.8高梁9.8-11.8李子31.9稻谷8.1-10.1小米13.2大豆10菜籽8.2茶葉6.9馬鈴薯23.2-32.9311.3農(nóng)業(yè)物料的機械特性

1.3.2流體動力學特性2.臨界速度應用(1)物料清選分離氣流分級、分離機風臂篩網(wǎng)風機喂料單道氣流分選機321.3農(nóng)業(yè)物料的機械特性

1.3.2流體動力學特性2.臨界速度應用(1)物料清選分離1、階梯抖動板2、風扇3、篩子4、谷物螺旋推運器5、雜余螺旋推運器氣流篩子式構(gòu)造331.3農(nóng)業(yè)物料的機械特性

1.3.2流體動力學特性2.臨界速度應用(2)氣力輸送影響物料流動狀態(tài)的因素主要是氣流速度和物料在氣流中的濃度。高速氣流物料懸浮流動，管內(nèi)下部密度大(圖a)；氣流速度降低時，物料出現(xiàn)疏密不均狀態(tài)，在管底出現(xiàn)砂丘：比堆積層(圖b)；流速再降低時，砂丘堆積會阻塞管道，形成物料的間斷流動(見c)；流速進一步降低會使管底物料堵塞不動，僅有一部分在管頂呈波狀前進(圖d)。341.3農(nóng)業(yè)物料的機械特性

1.3.2流體動力學特性2.臨界速度應用(2)氣力輸送實際設計中，應有足夠的氣流速度及流量以保證管道不堵塞。氣流速度應根據(jù)理論研究及實驗結(jié)果綜合選取，通常可按下式確定式中φ——速度系數(shù)。部分農(nóng)業(yè)物料的常用氣流輸送速度物料輸送速度(m/s)物料輸送速度(m/s)物料輸送速度(m/s)小麥15-24玉米25-30碗豆17-27面粉10-18花生15砂糖25大麥15-25棉籽23鹽27-30稻谷16-25亞麻籽23大豆18-30大米16-20谷殼14-20蕎麥15-23351.3農(nóng)業(yè)物料的機械特性

1.3.2流體動力學特性2.臨界速度應用(2)氣力輸送361.3農(nóng)業(yè)物料的機械特性

1.3.2流體動力學特性2.臨界速度應用(3)水力輸送水力輸送主要用于飼料、畜禽糞便、水果和蔬菜等的輸送。按輸送方式可分為敞開式溝槽和封閉式管道兩種。水力輸送的優(yōu)點是比較經(jīng)濟而且可減小物料的損傷，在輸送過程個又對物料進行了清選。371.3農(nóng)業(yè)物料的機械特性

1.3.3流變特性農(nóng)業(yè)物料的流變特性是研究物料在外力作用產(chǎn)生的變形和流動，以及載荷作用的時效。用應力、應變和時間三個參數(shù)來表示。研究應力、應變和時間關(guān)系及物體的變形與流動科學稱為流變學。農(nóng)業(yè)物料如種子、水果、蔬菜、飼料等固體生物物料彈性隨著育齡和生理狀態(tài)而變化，液體農(nóng)業(yè)物料大部分是非牛頓流體，所以研究較為復雜。研究農(nóng)業(yè)物料的流變特性有利于深入了解物料的結(jié)構(gòu)，改進農(nóng)業(yè)產(chǎn)品加工中的質(zhì)量，為加工設備提供設計論據(jù)，等。381.3農(nóng)業(yè)物料的機械特性

1.3.3流變特性1.理想物體的流變特性物體在外力作用下產(chǎn)生變形，其表現(xiàn)形式為變形和流動，其中流動又可分為粘性流動和塑性流動，所以彈性、粘性和塑性是描述固體農(nóng)業(yè)物物料流變特性的三種基本性質(zhì)。理想彈性體——虎克體理想粘性體——牛頓流體理想塑性體——圣維南體

研究時常以上三個理想體的不同組成合建立實際物料的流變模型。39理想彈性本應力應變關(guān)系可用虎克定律表示如下：

E=σ/εE——彈性模量σ——拉伸或壓縮應力ε——拉伸或壓縮應變當理想彈性體受到剪應力時，其剪切模量可由下式求出

G=τ/γG——剪切模量τ——剪切應力γ——剪切應變1.3農(nóng)業(yè)物料的機械特性

1.3.3流變特性1.理想物體的流變特性（1）理想彈性體當理想彈性體受到靜液壓力作用時，體積模量由下式求出

K=P/εVK——體積模量

P——靜液壓力εV——體積變化應變ε應力σ40

τ=η

式中：τ——剪切應力

η——粘度——剪切應變速率

1.3農(nóng)業(yè)物料的機械特性

1.3.3流變特性1.理想物體的流變特性（2）理想粘性體

液體阻礙或抵抗自己流動的性質(zhì)稱為粘性。流體在靜止、流動狀態(tài)下都具有粘性，但只有在流體流動時才能顯示.理想粘性體剪切應力和剪切應變成正比，即：剪切速度剪切應力τ41

1.3農(nóng)業(yè)物料的機械特性

1.3.3流變特性1.理想物體的流變特性（3）理想塑性體當σ<σb

ε=0當σ>

σb

ε→∞應變ε應力σ42

1.3農(nóng)業(yè)物料的機械特性

1.3.3流變特性2.粘彈性實際物料性質(zhì)與理想物料的性質(zhì)有很大的差別。表現(xiàn)在：

(1)固體的應力與應變關(guān)系和液體的應力與應變速率比虎克體或牛頓流體的關(guān)系更為復雜；

(2)應力和應變關(guān)系與應變速率及時間的高階微分方程有關(guān)。粘彈性：物料的應力、應變、應變速率與時間相關(guān)產(chǎn)生的特性，既有液體的特性，又有固體的特性，是兩種特性的綜合。431.3農(nóng)業(yè)物料的機械特性

1.3.3流變特性3.流變模型農(nóng)業(yè)物料不是簡單的彈性體、粘性體、塑性體，單一模型不能表達物料的性質(zhì)，必須將理想基本模型組合才能建立物料的流變模型。

建立流變模型必須滿足以下條件：

(1)模型必須能預測任何應力—應變情況下的實際物料性質(zhì)；

(2)模型必須能適應拉伸和壓縮應力及其對應的應變；

(3)在實際物料中，當流變特性發(fā)生變化時必須能依據(jù)模型參數(shù)加以解釋。441.3農(nóng)業(yè)物料的機械特性

1.3.3流變特性3.流變模型EηABσp=σv=ηγσs=Eεs彈性元件

粘性元件

塑性元件(1)流變模型的基本單元和流變方程式451.3農(nóng)業(yè)物料的機械特性

1.3.3流變特性3.流變模型(2)麥克斯韋模型應變ε應力σ時間t時間t麥克斯韋模型應力松弛曲線麥克斯韋模型Eησ461.3農(nóng)業(yè)物料的機械特性

1.3.3流變特性3.流變模型(3)開爾文模型應變ε時間t時間t應力σ開爾文模型Eση471.3農(nóng)業(yè)物料的機械特性

1.3.3流變特性4.實際物料的流變特性481.3農(nóng)業(yè)物料的機械特性

1.3.4摩擦特性1.滑動摩擦角滑動摩擦角表示散粒物料與接觸固體相對滑動時，散粒物科與接觸面間的摩擦特性，其正切值為滑動摩擦系數(shù)f。影響滑動磨擦角的因素：(1)物料的含水率。一般隨含水率增加而增加。(2)接觸面的材料和粗糙度。(3)運動速度。式中：F——摩擦力；N——正壓力。491.3農(nóng)業(yè)物料的機械特性

1.3.4摩擦特性1.滑動摩擦角物料農(nóng)業(yè)物料的滑動摩擦角鋼板木板橡膠板水泥板小麥22283032大麥25323331稻谷27293136玉米20222324大豆192425高梁20233727面粉333519豌豆141526蠶豆202426向日葵272430馬鈴薯272930501.3農(nóng)業(yè)物料的機械特性

1.3.4摩擦特性1.滑動摩擦角應用：

(1)維持或改變物料的運動狀態(tài)。

如：在物料輸送中，選用摩擦系數(shù)較小的材料做螺旋葉片和外殼，減少正壓力以降低摩擦力；添加潤滑劑以降低摩擦系數(shù)；物料精選中選用具有相應摩擦系數(shù)的篩片或網(wǎng)面。

(2)應用摩擦特性。

如：常用帶式摩擦分選裝置主要部件為一條具有一定傾角的回轉(zhuǎn)帶。511.3農(nóng)業(yè)物料的機械特性

1.3.4摩擦特性1.滑動摩擦角應用：(3)合理設計結(jié)構(gòu)。整體流漏斗流如果散粒物料在料倉和料斗的中心部分產(chǎn)生漏斗狀的局部流動，而周圍其它區(qū)域的物料停滯不動，則稱為中心流或漏斗流。漏斗流流動時，先裝進去的物料后流出來，漏斗狀通道周圍的靜止物料形成死區(qū)，減少了料倉的有效空間。在狹窄的漏斗狀通道中流動不穩(wěn)定，速度不均勻，容易在料斗內(nèi)“結(jié)拱”，引起流動中斷。521.3農(nóng)業(yè)物料的機械特性

1.3.4摩擦特性1.滑動摩擦角應用：(3)合理設計結(jié)構(gòu)。設計料斗時應使物料獲得整體流。由圖可知，當物料滑動摩擦角和料斗錐頂角較小時可形成整體流。料斗錐頂半角一般在15～20°之間較為合適。531.3農(nóng)業(yè)物料的機械特性

1.3.4摩擦特性2.流體物料的摩擦特性流體接觸固體部分受摩擦牽動后會影響其相鄰層，并不斷向遠處傳遞，其逐層摩擦牽動主要受流體粘性的作用。流體粘性越大，其摩阻也越大，驅(qū)動時要更大的力，流動中減速也快。液體的流動性用粘度來表示。粘度的定義：是指距離lm的流體內(nèi)有l(wèi)m／s的速度梯度時,在垂直于該速度梯度面單位面積上所受的力，表示為Pa·s（帕秒）。影響粘度的因素：1）溫度↑→液體的粘度↓2）壓力（高壓）↑→液體的粘度↑3）溶液濃度↑→液體的粘度↑541.3農(nóng)業(yè)物料的機械特性

1.3.4摩擦特性2.流體物料的摩擦特性551.3農(nóng)業(yè)物料的機械特性

1.3.4摩擦特性2.流體物料的摩擦特性應用：主要用于評定物料的質(zhì)量。561.3農(nóng)業(yè)物料的機械特性

1.3.4摩擦特性3.散粒物料的摩擦特性休止角指散粒物料從一定高度自然連續(xù)地下落到平面上時，所堆積成的圓錐體母線與底平面的夾角。休止角反映了散粒物料的內(nèi)摩擦特性和散落性能，表示單粒物料在料堆上滾落能力。571.3農(nóng)業(yè)物料的機械特性

1.3.4摩擦特性3.散粒物料的摩擦特性影響休止角的因素：形狀：粒子愈接近于球形，其休止角愈小。尺寸：對于同一種物料，粒徑愈小休止角愈大。這是由于細小的粒子之間相互粘附較大的緣故。含水率：隨含水率增加而增大等有關(guān)。這是因為每個粒子被潮濕的表層包圍，使其內(nèi)摩—按力和粒子間粘附作用增加。堆放條件：如果對物料進行振動，則休止角減小。物料粒子愈接近于球形、粒徑愈大，振動影響愈顯著。

581.3農(nóng)業(yè)物料的機械特性

1.3.4摩擦特性3.散粒物料的摩擦特性應用：散粒物料的半流體性質(zhì)對倉壁有較大。側(cè)壓卸料口應安排在倉底中部以防側(cè)口卸料造成倉壁偏壓倒塌。側(cè)偏力卸料側(cè)卸形成側(cè)偏591.4農(nóng)業(yè)物料的熱特性

農(nóng)產(chǎn)品銷售前往往經(jīng)受各種類型的熱加工，如加熱、冷卻、干燥、冷凍、脫水等，產(chǎn)品溫度的變化很大程度上取決于它本身的熱特性。農(nóng)業(yè)物料的加熱或冷卻可采用導熱、對流和輻射等方式完成。比熱、導熱率、導溫系數(shù)、對流換熱系數(shù)、熱輻射系數(shù)等是設計熱加工設備或預測加工過程的基本數(shù)據(jù)。在加熱或冷卻過程中為保持產(chǎn)品品質(zhì)，必須限制產(chǎn)品的溫度，這同樣需要了解其熱特性。熱處理必須選擇適當?shù)臏囟扰c時間以保證最佳效果，這些參數(shù)的選擇都與熱特性密切相關(guān)。農(nóng)業(yè)物料的熱特性隨成分、物理結(jié)構(gòu)、物質(zhì)狀態(tài)、含水率、溫度的變化面改變。601.4農(nóng)業(yè)物料的熱特性

1.4.1傳熱的基本方式熱量傳遞有三種基本方式：導熱、對流和輻射。1.導熱熱量從溫度較高的物體傳到溫度較低的物體，或者從從一個物體中溫度較高的部分傳到溫度較低的部分為導熱。2.對流換熱流體各部分之間發(fā)生相對位移，把熱量從一處帶到另一處，這種現(xiàn)象稱為對流。流體內(nèi)部存在溫度差時，因流體密度隨溫度改變所引起的流體流動稱為自然對流。流體依賴外力產(chǎn)生的流動稱為強制對流。流體對流時和固體表面之間熱量傳遞過程稱為對流熱熱。3.輻射輻射是固體、液體和氣體因溫度不同，物體間相互進行的輻射和吸收形成的換熱過程。611.4農(nóng)業(yè)物料的熱特性

1.4.2農(nóng)業(yè)物料具有的熱特性

1.比熱一定量物質(zhì)溫度每升高1K所吸收或放出的熱量稱為該物質(zhì)的比熱。恒壓過程中的比熱稱為定壓比熱。恒容過程中的比稱稱為定容比熱。農(nóng)業(yè)物料的比熱隨組成成分、含水率、溫度而變化。

1892年Siebel提出，農(nóng)業(yè)物料比熱可取物料中水的比熱以及與水結(jié)合在一起的固體物質(zhì)的比熱之和。由下式計算：

C=（Cw-Cd）M+Cd式中：C——農(nóng)業(yè)物料的比熱；

Cw——水的比熱；

Cd——固體干物質(zhì)的比熱；

M——濕基含水率621.4農(nóng)業(yè)物料的熱特性

1.4.2農(nóng)業(yè)物料具有的熱特性

1.比熱

631.4農(nóng)業(yè)物料的熱特性

1.4.2農(nóng)業(yè)物料具有的熱特性

1.比熱

(1)農(nóng)業(yè)物料的比熱隨含水率而變，一般呈線性關(guān)系；由于物料干物質(zhì)的比熱遠小于水的比熱，所以農(nóng)業(yè)物料的比熱值視含水量而變。

(2)一般，農(nóng)業(yè)物料的比熱隨溫度的升高而增大。641.4農(nóng)業(yè)物料的熱特性

1.4.2農(nóng)業(yè)物料具有的熱特性

2.導熱系數(shù)導熱系數(shù)又稱導熱率，是兩個具有溫度梯度的平面間的單位面積傳導的熱量，反映了物料的導熱能力。農(nóng)業(yè)物料含有大量水分，和比熱一樣，物料的導熱率也可根據(jù)它們的含水率和固體干物質(zhì)導熱加以計算，如下式：

K=MKw+(1-M)Kd式中：Kw、Kd分別為水和固體干物質(zhì)的導熱率。

651.4農(nóng)業(yè)物料的熱特性

1.4.2農(nóng)業(yè)物料具有的熱特性

2.導熱系數(shù)

(1)農(nóng)業(yè)物料的導熱率隨含水率而變，一般呈線性關(guān)系。

661.4農(nóng)業(yè)物料的熱特性

1.4.2農(nóng)業(yè)物料具有的熱特性

2.導熱系數(shù)

(2)除水和甘油外，大多數(shù)液體物料的導熱率隨溫度的升高而降低，氣體的導熱率隨溫度升高而增加，冰的導熱率大于水。谷物農(nóng)業(yè)物料的導熱率在冰點以上隨溫度升高而增大；冰點下則相反。

(3)物料的導熱率受子粒尺寸的影響。在相同含水率和溫度時，籽粒尺寸越大大，其導熱率也越大。

(4)物料的導熱率受容積密度的影響。在相同含水率和溫度時，物料的導熱率隨容積密度的增加而增加。671.4農(nóng)業(yè)物料的熱特性

1.4.2農(nóng)業(yè)物料具有的熱特性

3.導溫系數(shù)導溫系數(shù)α又稱熱散系數(shù)，是單位時間沿法向通過單位面積的熱量除以比熱、密度和溫度梯度的乘積，是衡量物料受熱后溫度傳導能力的一個重要參數(shù)。

α=K/Cρ=dQ/{dA(dT/dx)Cρ}

如果導熱率一定，體積熱容愈大則導溫系數(shù)愈小，即物料貯存熱能能力愈大，物料不易加熱升溫。681.4農(nóng)業(yè)物料的熱特性

1.4.3農(nóng)業(yè)物料熱特性在農(nóng)業(yè)工程中的應用

1.為烘干和冷卻設計工藝參數(shù)和規(guī)范加熱烘干熱量多少——比熱，從而確定烘干溫度與時間；物料熱處理滅菌與消毒；水果、蔬菜氣冷貯藏時需要物料的熱特性。2.物料品質(zhì)檢測應用測定物料比熱的方法，判斷物料的純度。691.5農(nóng)業(yè)物料的電磁輻射特性

電磁輻射是電磁波、特別是相關(guān)的電磁能量以波形式發(fā)射的過程。電磁波類型依波的長短不同有紅外線波、可見光波、紫外線波和X射線波等。

各種農(nóng)業(yè)物料都對不同波長的電磁波具有不同的反射、折射、繞射、散射和吸收作用，有時引起物料內(nèi)部組織和結(jié)構(gòu)的各種特定變異。根據(jù)這些特性可對農(nóng)業(yè)物料進行檢查、分析、加工和處理。701.5農(nóng)業(yè)物料的電磁輻射特性

1.5.1農(nóng)業(yè)物料的可見光特牲

1反射特性

用反射率R表示，指被物料反射回來的光波強度IR與射向物料總光波強度IO之百分比，即

R=（IR/IO

）×100%物料對光的作的作用711.5農(nóng)業(yè)物料的電磁輻射特性

1.5.1農(nóng)業(yè)物料的可見光特牲

1反射特性

影響因素：

(1)物料類型；

(2)不同發(fā)育成熟階段.722光透射特性

用透射率T表示，是通過物料的光波強度IT與射向物料光波強度Io的百分比：

T=（IT/Io）×100%通常用吸光度A表示:A=log(1/T)影響因素：物料的致密度和厚度；物料對光的折射與散射等。應用：反映外表特性和內(nèi)部特性。例如檢查雞蛋的新鮮度。733物料的延遲發(fā)光特性

夜光表、發(fā)光工藝品和道路橋梁標志經(jīng)光照吸收可見光后在相當一段時間內(nèi)仍能保持其較強的熒光，葉綠素經(jīng)光照后的數(shù)秒甚至數(shù)分鐘內(nèi)，表面也會發(fā)光，稱延遲發(fā)光（DLE）。

影響因素：(1)光照時間(2)光照強度(3)暗處理（激發(fā)光照射前是在暗室中放置10～20mln）(4)葉綠素含量(5)樣品的溫度等。744微弱發(fā)光目前已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，除了一般的生物發(fā)光和化學發(fā)光之外，所有生物機體都存在一種極微弱的光子輻射，稱之為超微弱發(fā)光，其發(fā)射光譜在180－800nm范圍，光強很弱，只有10－104

光子/sec·cm2

，量子效率為10-14

－10-9。

光雖很弱，但生物機體的這種普遍發(fā)光現(xiàn)象卻與氧化代謝、解毒作用、細胞分裂和死亡、光合作用、致癌作用以及生長的調(diào)節(jié)等過程有著內(nèi)在聯(lián)系。

754微弱發(fā)光微弱發(fā)光測量儀

764微弱發(fā)光著名的大豆發(fā)芽期間光子發(fā)射二維強度分布774微弱發(fā)光茶多酚對于羥自由基（·OH）引起的

DNA損傷發(fā)光有抑制作用0150300450600750900012345Non-DNADNA0.125μg/ml0.25μg/ml0.5μg/ml1.0μg/ml2.0μg/ml隨著茶多酚濃度增加DNA損傷發(fā)光逐漸減弱781.5.2農(nóng)業(yè)物料的其它光輻射特牲

可見光：波長約為0.40～0.77μm不可見光：波長0.77～1000μm的紅外線電磁波波長0.39～0.04μm的紫外線電磁波1紅外線作用（1）熱效應和穿透能力；（2）散發(fā)水分而獲得均勻干燥；（3）殺蟲滅菌；（4）近紅外的光譜分析法可以準確快速地測定谷物、飼料、煙草等農(nóng)產(chǎn)品的品質(zhì)和主要成分；（5）遠紅外探測器可探測森林災情、作物長勢和預報病蟲害等。792紫外輻射（紫外光）（1）具有光激發(fā)光現(xiàn)象；（2）根據(jù)種子細胞和化學成不同，在紫外光照射下發(fā)不同色的光，檢驗外觀相同的種子純度，（3）剔除受霉菌（包括玉米黃曲霉素）感染的谷物（4）紫外輻射對動、植物有較強的生化反應；強度適當?shù)恼丈淠艽偈咕S生素D的轉(zhuǎn)化；強度過大只用于對禽畜舍消毒和飲用水殺菌。801.5.3農(nóng)業(yè)物料的其它電磁輻射特牲

1微波

波長0.1～0.01m，更接近于紅外線波；

特點：反射、折射、散射和吸收作用比短波顯著，主要是利用其輻射的熱特性和生物效應，有利于干燥。微波熱特性表現(xiàn)為透入物料內(nèi)都的能量會被物料吸收而轉(zhuǎn)化為熱能。

應用：（1）加熱干燥；（2）殺滅食品和谷物的有害微生物；（3）恰當?shù)膭┝肯?，可激活細胞，處理種子時會增加發(fā)芽率。81

X射線和放射性同位素波長比紫外線還短，穿透力也強。

γ射線穿過農(nóng)業(yè)生物有機體時，會使其中的水和其它物質(zhì)電離，生成游離基或離子，從而影響到有機體的新陳代謝。用γ射線輻射處理可推遲果菜的完熟期，抑制塊根、塊莖和鱗莖的發(fā)芽和延緩蘑菇的破膜開傘。應用：（1）誘變育種。（2）殺菌保鮮（γ），出口農(nóng)產(chǎn)品需經(jīng)γ射線殺菌處理。2放射性輻射波821.5.4電磁輻射的應用831.5.4電磁輻射的應用841.6農(nóng)業(yè)物料的電特性和磁特性

1.6.1生物電生物體內(nèi)存在電位，比如電鰻具有傷及其他生物的高電壓，許多禽畜在活細胞、組織和肌體的不同點之間均能測得電位差。在植物中也發(fā)現(xiàn)有生物電，發(fā)芽期間種子胚芽和其他部位間就有電位差，光合作用中陽光照射的明暗部位也有電位差。

植株受到機械、化學或熱流的刺激時，在受傷和完整的部位間存有電位差，而且電位差值還隨傷勢而增加。

851.6.2介電特性定義：大多數(shù)農(nóng)業(yè)物料是吸濕性電介質(zhì)，即在失去自由水后是電介質(zhì)，具有自由水時是導體或半導體，反映這種變化的特性為介電特性。

介電常數(shù)：在電場充滿某種電介質(zhì)物料的情況下，電通量密度D與電場強度E之比是一常數(shù)。

ε=D/E相對介電常數(shù)：εr=ε/ε0

式中：ε0——真空介電常數(shù)。意義：表示該物料可能貯存電場能量的能力，即提高電容量的能力。影響因素：電波頻率、含水率和溫度。861.6.2介電特性影響農(nóng)業(yè)物料介電特性的因素：(1)電波頻率、溫度；水：頻率為27MHz時，水在O℃時，ε=89，當水溫提高到25℃和60℃后,則分別下降到78.3和65.8．

去皮花生的介電特性與含水率（MC）和電波頻率（f）的關(guān)系：ε=3.153—0.049f＋0.136（MC）(2)含水率,如圖稻谷含水率與介電常數(shù)關(guān)系；(3)散粒體容積密度↑→ε0

↑；(4)液體壓力↑→ε0

↑。871.6.3電阻率大部分農(nóng)業(yè)物料都含有一定的水分，有一定的導電性，也就有可測的電阻率．對干吸濕性物料，其電阻率ρ和水分W有如下關(guān)系:logρ=-aW+b影響因素：品種、密度、溫度等。

應用實例：將兩根探針捕入西瓜，可測出其電阻率和含糖量的關(guān)系；不僅可對比西瓜品種；更能測定西爪的成熟度和內(nèi)部甜度分布狀況。881.6.4磁特性應用：人體機能有良好的調(diào)理作用，對其它生物也有一定調(diào)控作用。例如：（1）植物：利用磁化水（經(jīng)磁場處理的水）灌慨農(nóng)田則有利干根系吸收水分和葉與莖的生長，使冬小麥增產(chǎn)10％～36％，玉米增產(chǎn)10％～18％。891.6.4磁特性（2）動物：蜜蜂遠放仍能回巢就是因其腹部有超順磁鐵。澆磁化水澆灌絲瓜對其根系生長的影響901.6.5農(nóng)業(yè)物料電特性在農(nóng)業(yè)工程中的應用1含水率測定：水分與許多電特性有較好的線性關(guān)系電阻式、電容式、電感式和介電式等水分測定儀

2物料的干操：電能加熱干燥濕控準確，便于自動化。選用介電損耗原理，采用高頻（l～150MHz）和超高頻（915～2450MHz。）更有優(yōu)越性。3質(zhì)量評定：區(qū)別有生命體和無生命體、正常體和傷殘體如：用電導儀測牛奶是否正常；雞蛋的主頻率值也可判定其新鮮度.

4種子處理：高低頻電流處理種子小麥、黃瓜和番茄等能明提高發(fā)芽率；高壓靜電常用于茶梗分檢和種子清選；介電分選；利用直流電促進或抑制洋蔥、馬鈴薯等的細胞分裂過程。911.7農(nóng)業(yè)土壤的工程性質(zhì)

1.7.1土壤及農(nóng)業(yè)土壤的形成土壤是指陸地上能夠生長植物的疏松表層，是疏松多孔、含有各種化學元素、通氣透水的物質(zhì)。土壤之所以能生長植物，是因為

土壤具有肥力，指土壤供給和協(xié)調(diào)植

物生長發(fā)育所需要的水分、養(yǎng)分、空

氣、熱量、扎根條件和無毒害物質(zhì)的

能力。水、肥、氣、熱是土壤的四大

肥力因素，它們之間相互作用，共同

決定著土壤肥力的高低。921.7農(nóng)業(yè)土壤的工程性質(zhì)

1.7.1土壤及農(nóng)業(yè)土壤的形成土壤的形成：巖石風化→碎屑→風力、水力及重力搬運和堆積→土壤母質(zhì)細菌、放線菌、真菌、原生動物、藻類等的滋生繁衍，其代謝產(chǎn)物及死亡分解為植物能吸收的養(yǎng)分，改變土壤母質(zhì)的物理，化學物質(zhì)，為植物生長創(chuàng)造了條件。植物腐敗的枝葉及死亡的機體又回歸到土壤中。這種經(jīng)自然現(xiàn)象和生物及微生物反復作用結(jié)果即形成自然土壤．農(nóng)業(yè)土壤：人類通過耕作、施肥、灌溉或排水，施用土壤改良劑，平整土地，栽培農(nóng)作物等農(nóng)業(yè)措施，使土壤適合于農(nóng)作物生長。通常旱田農(nóng)業(yè)土壤的最上層是厚約15～20cm的耕作層。931.7農(nóng)業(yè)土壤的工程性質(zhì)

1.7.2土壤孔隙率、土壤水和空氣小試驗：一方普通的土塊，用力將土壓實，土塊體積變小，約為一半。結(jié)論：土壤中有空隙。土壤孔隙度：單位土壤體積內(nèi)孔隙所占的比例。土壤孔隙度（%）=（1―容重∕比重）×100

固相：礦物質(zhì)(骨架)，有機物，微生物，約占總體積的50%。土壤

液相：土壤水分。

氣相：土壤空氣。941.7農(nóng)業(yè)土壤的工程性質(zhì)

1.7.2土壤孔隙率、土壤水和空氣土壤水：水分作為土壤的重要組成部分，參與土壤中不斷進行的各種物質(zhì)和能量的轉(zhuǎn)化。吸濕水：土粒依據(jù)分子引力和靜電引力從土壤空氣中吸收的氣態(tài)水分，是最靠近土粒表面的一層水膜。影響空氣濕度。膜狀水：土壤含水量達到吸濕系數(shù)后，土粒剩余的分子引力和靜電引力吸附的液態(tài)水膜。毛管水：土壤含水量超過最大分子持水量時依靠毛管力保持在毛管孔隙中的液態(tài)水。重力水：土壤含水量超過田間持水量后，多余的由于重力作用沿大孔隙向下滲漏的水分。951.7農(nóng)業(yè)土壤的工程性質(zhì)

1.7.2土壤孔隙率、土壤水和空氣土壤空氣：一般情況下，土壤空隙被水和空氣共同占據(jù)。土壤也和自然界許多生物活體類似，在不停地進行著“呼吸”。土壤空氣組成復雜，最重要且所占分量最多的是O2的CO2。一般，土壤中CO2含量比大氣含量高5-10倍，O2含量比大氣稍低；土壤空氣濕度在99%以上；還原性氣體如CH4、H2S比大氣中多。植物根系、微生物和一些小動物生長都需要氧，同時排出CO2，如果土壤中O2含量過低，或和CO2和其他還原性氣體積累過多，就會影響植物的生長。綜上，土壤空氣是土壤肥力的的重要要素之一，參與土壤中不斷進行的各種物質(zhì)和能量的轉(zhuǎn)化。961.7農(nóng)業(yè)土壤的工程性質(zhì)

1.7.3土壤含水率與土壤狀態(tài)土壤含水率與其力學性質(zhì)密切相關(guān)。隨著含水率增加，土壤的性質(zhì)可由固體經(jīng)塑性體最后變化為流體?？辜袅Α⒄辰Y(jié)力在塑性左右接近最大。含水率小→大物理狀態(tài)固體略有可塑性塑限可塑液限粘滯性流體力學性質(zhì)抗剪強度大→最大→小粘附力大→大→小可壓縮性大→大→小粘結(jié)力大→大→小對動力機的牽引力大→大→小表粘性力土壤力學性質(zhì)和含水量關(guān)系971.7農(nóng)業(yè)土壤的工程性質(zhì)1.7.3土壤含水率與土壤狀態(tài)981.7農(nóng)業(yè)土壤的工程性質(zhì)

1.7.4土壤強度與破壞土壤強度是土體在外力作用下，由于土壤的粘結(jié)力和顆粒相互位移的摩擦力等影響，不會引起屈服應變和破壞的最大應力。外力：剪切，壓縮，拉伸，穿透等。破壞形式：斷裂、壓縮、塑流等。

理想土垡的翻轉(zhuǎn)991.7農(nóng)業(yè)土壤的工程性質(zhì)

1.7.4土壤強度與破壞

(1)抗剪強度耕層土壤在耕作機械工作部件（如犁體、中耕鏟等）作用下，往往出現(xiàn)剪切破壞，其剪應力大致服從庫倫定律：

τ=c+σtgφ式中τ—剪應力（kN/cm2）

σ—剪切面上的法向壓應力（正應力）；

c—單位粘結(jié)力（kN/cm2），是同類粒子間相互結(jié)合在一起的作用力；

tgφ—土壤與土壤之間的摩擦系數(shù)，又稱土壤的內(nèi)摩擦系數(shù)；

φ—土壤的內(nèi)摩擦角。1001.7農(nóng)業(yè)土壤的工程性質(zhì)

1.7.4土壤強度與破壞

(2)承壓強度土壤承壓強度表示支持車輛等載荷不使其下陷的支承能力。

土壤的抗壓性、抗楔性和抗位移等力學特性等，是構(gòu)成土壤耕作阻力的主要因素。

(1)抗剪強度

1)土壤的抗剪強度與含水率有關(guān)。隨著含水率增加，土壤強度急劇下降。

2)耕作時為了保證適當?shù)乃橥列阅?，應選適宜的含水率時耕作。1011.7農(nóng)業(yè)土壤的工程性質(zhì)

1.7.5土壤結(jié)持度1.凝聚力：土壤顆粒間的粘結(jié)力，是土壤產(chǎn)生強度的重要原因。2.附著力：是土壤與其接觸物體間的的粘附力。土壤同金屬接觸面之間的附著力，幾乎完全是因水膜的表面張力所造成的。因此，附著力也與土壤質(zhì)地、含水量、接觸面的材料和光潔度等因素有關(guān)。土壤沿著耕地機械工作表面的滑移阻力

T=F+F′=μN+μ′N′A′式中μ—土壤對鋼的摩擦系數(shù)

N—作用在工作表面上的法向載荷

μ′—附著系數(shù)

N′—由水膜吸附作用而產(chǎn)生的法向載荷

A′—吸附水膜的面積當摩擦力和附著力大于土壤凝聚力和內(nèi)摩擦力時，農(nóng)具的工作表面就會粘土。工作部件表面粘土，不但會使耕作質(zhì)量變壞，而且會增加牽引阻力。1021.7農(nóng)業(yè)土壤的工程性質(zhì)表各種土壤的粘結(jié)力及對鐵片的粘著力1.7.5土壤結(jié)持度土壤干土的相對粘結(jié)力(以灰色純粘土作為100)濕土