农业物料特性

1、农业物料特性论文专业农业机械化及其自动化农机 091080803110428班级学号学生姓名 常冬2011 年 4 月 10 日常冬3）、引言二、农业物料的机械特性（ 3）（一）农业物料的流变特性及其应用（3）（二）农业物料的流体动力学特性及其应用（ 4）三、农业物料的热特性 （ 4）四、农业物料的电特性和磁特性和磁特性（5）（一） . 农业物料的电特性和磁特性 （ 5）（二）农业物料电特性和磁特性在农业工程中的应用 （ 6）（三）结语（7）五、农业物料学（8）参考文献（8 ）论农业物料特性一、引言农业物料学， 或称农业物料物理特性学， 是由农业工程发展的需要在近几十年形成 的一门新学科。 它

2、是运用近代物理学理论、 技术和方法， 研究农业物料的物理以及各个 物理因子和生物物料相互作用的一门边缘学科。 它已经成为农业工程方面一门重要的应 用基础理论学科，这一学科的形成与发展，是农业工程学科领域深入发展的标志之一， 同时， 它也为农业工程学开拓了一个新的研究领域， 对工农业生产有着重要意义。 本学 科研究内容属于物理学范畴， 主要研究物料的物理特性， 或与工程措施直接有关的工程 特性，其中包括力学、热学、光学及电特性和磁特性等。农业物料是农业工程处理的具体对象。 他们的物理机械特性、 热特性、 电磁及辐射 性质， 以及某些生物学特性直接关系到田间工作、 加工、贮存、运输等农业作业的工艺

3、 和设备选择及设计、 农产品产量和质量的提高及评估方法， 以及农业环境保护、 农村能 源开发利用等工程措施的实施。只有深入了解农业物料的这些性质才能恰当地采取工程措施， 正确地进行工艺和设 备的选择及设计。 有些农业机械的机构、 农业检测控制仪表的工作机理就是利用农业物 料的某些特殊性质设计的。二、农业物料的机械特性农业物料力学特性涉及农业物料的流动力学、 流变力学、 散粒体力学及流体动力学以及 接触应力、撞击载荷、摩擦及空气动力特性等等。它是指在农产品加工、储存、包装及运输 过程中所受力而体现出的以上各种特性，如冲击、振动、松弛、粘附和变形等。（一） 农业物料的流变特性及其应用农业物料的流变

4、特性是研究物料在外力作用下产生的变形和流动以及载荷作用的 时效。马小愚等人研制了一个物料流变性质测试系统， 通过微机测试软件进行软件处理获得 必要的流变性质参数。 为脱水蔬菜工艺做了青刀豆挤压的研究， 做了水稻、 大豆茎秆弯曲试 验，均取得了一定的成效。 他们还对东北地区大面积生产的几个品种大豆与小麦子粒进行了 流变学性质的试验研究，给出了性能数据及有关影响因素。物料流变还涉及到面粉、果冻、 面团、黄油和香肠等。它们与加工过程中的切断、搅拌、混合和成型等有密切关系。福建农 学院的陆则坚等人对紫云英蜂蜜和白砂糖溶液以及二者的混和液进行许多试验， 建立了流变 体模型， 并把温度和浓度对粘度的影响进

5、行了分析， 提出了用测粘度的方法鉴别紫云蜜是否 掺水和掺糖。 赵杰文等研究了 , 种鱼糜（鲤鱼、 草鱼、鲢鱼）的流变特性， 建立了流变模型， 提出了鱼糜粘度随水分含量变化的关系方程。 粘度对鱼糜制品的成型及口感有极大影响， 这 个研究对鱼糜制品工业起到了重要作用。（二） 农业物料的流体动力学特性及其应用流动的液体在有固体存在时，液体将发生绕固体表面的绕流，液体与固体之间产生作 用力。临界速度在液体输送和物料分离方面作为物料的重要特性加以应用。 它是指物料从静 止的液体中自行下落，最终达到匀速向下运动。物料的清选是根据物料中各组成部分的阻力系数或临界速度的不同而完成的，各组成 部分的阻力系数或临

6、界速度不同， 流体对其作用力不同， 运动规律也不同， 从而把不同组成 成分分别收集起来。 例如气力输送装置， 用于谷粒、草料或者面粉的输送， 利用气流可以实 现对颗粒物料的输送。 陈美兰等人研制出了一种新型清理设备， 广泛应用于各面粉厂、 饲料 厂及碾米厂等从颗粒原料中分离灰尘、 皮壳、 碎粒及轻杂质。 于德水等人对小麦的分级清理 做了系统的工艺分析简介， 针对小麦和杂质在性质上的异同， 根据流体动力学特性， 利用相 应设备对所需要清理的小麦分为几个部分， 然后再根据其所含杂质情况， 对其进行清理。 陈 志东对洛阳面粉厂从瑞士布勒公司引进的 ./-) 等级粉风运系统进行测定分析， 准确地解释了

7、 液体动力学在风运系统上的应用。 成芳等人理论分析了风筛式清选装置的筛面流场， 试验研 究了其主要参数对流场的影响规律， 指出了简易风筛式清选装置合理的筛面气流分布类型及 其获得途径。三、农业物料的热特性农业物料热容量和比热是随物料组成成分、 含水量和温度等的不同而变化的。 大量测试 结果证明， 农业物料比热随其含水量大小而变化， 一般呈线性关系。 农业物料的比热随温度 不同而改变，一般来说，比热随温度升高而增大。在生大豆中， 胰蛋白酶抑制剂热学特性差异是造成喂饲消化能力差的主要原因。 如将大 豆在371温度下加热 1min ，或在 121 温度下加热 1h 冷却后，能提高动物喂饲的消化能力。

8、 洪庆慈等人进行了加热法稳定米糠的试验研究，采用湿热蒸汽蒸烘处理新鲜的米糠。经过 - 天室温储藏试验发现， 湿热蒸汽法抑酶相当有效， 为米糠的稳定化提供了试验数据。 李道娥 等人( 1998)利用物料的热学特性， 进行了采用加热法提取叶蛋白的工艺研究。陈锦屏等人 (1999 )在红枣烘干工艺中，采用 , 种不同温度方式烘干的红枣，经 95%乙醇浸提得膏后， 以乙醚萃取， 蒸发部分乙醚定容后， 用GC-16APTF 气相色谱仪以内加法测定糠醛、 5-羟甲醛、 水分、总糖和维生素 8 的含量。结果表明，用前 . 种方法烘干的枣及其品质比用第 , 种方法 要好。农业物料的热容量和比热随物料组成成分、

9、 含水率、 温度而变化。 农业物料的比热随含 水率而变，一般呈线性关系；比热随温度升高而增大。农业物料的导热率随含水率而变化， 一般呈线性关系。 农业物料的导热率在冰点以上随温度升高而增大； 冰点下则相反。 物料的 导热率受子粒尺寸的影响。在相同含水率和温度时，籽粒尺寸越大，其导热率也越大。 物料 的导热率受容积密度的影响。 在相同含水率和温度时， 物料的导热率随容积密度的增加而增 加。对于大部分农业物料，导温系数随温度和含水量而变化。 一般的说，导温系数随含水量 增加而下降，有的呈线性关系，有的呈非线性关系物料中所含水的质量与物料质量的比值。 物料中所含水的质量与物料干质量的比值。 干 基

10、含 水 率总 是 大于 湿 基 含水 率 ，二 者 可 以 互 相变 换 。 Mw=Md/(100+Md)*100% Md=Mw/(100-Mw)*100% 液体的流动曲线为通过坐标原点的一条直线时， 这种流动性质的液 体所有气体都是牛顿流体， 纯液体及简单的溶液大多是牛顿流体； 液体的剪切应力和剪切速 率的关系式通过坐标原点的一条曲线； 如果流体开始流动以后， 剪切应力和剪切速率为直线 关系时的这种流体，如干酪和巧克力酱、奶油。农业物料的热容量和比热随物料组成成分、 含水率、 温度而变化。 农业物料的比热随含 水率而变，一般呈线性关系；比热随温度升高而增大。农业物料的导热率随含水率而变化，

11、一般呈线性关系。 农业物料的导热率在冰点以上随温度升高而增大； 冰点下则相反。 物料的 导热率受子粒尺寸的影响。在相同含水率和温度时，籽粒尺寸越大，其导热率也越大。 物料 的导热率受容积密度的影响。 在相同含水率和温度时， 物料的导热率随容积密度的增加而增 加。对于大部分农业物料，导温系数随温度和含水量而变化。 一般的说，导温系数随含水量 增加而下降，有的呈线性关系，有的呈非线性关系四、农业物料的电特性和磁特性近年来 , 国内外对农业物料电特性和磁特性的研究取得了一定进展。农业物料的电 特性和磁特性一般可分为两类：一类是指在其内部存在某种能量而产生的电位差, 即生物电， 例如生物物料中的生物电

12、位差。 另一类是指影响其所在空间的电磁场及电流分布 的一些特性， 如电阻、 电导和介电特性和磁特性等。 电特性和磁特性直接关系到农产品 的生长、贮藏、 保鲜、 加工，分级和无损检测等过程 ,具有很大的研究价值和发展前景。 农业物料的电特性和磁特性与其含水率、 成熟度、 新鲜度、硬度、 损伤程度以及抗病能 力等性质， 有直接或间接的联系。 因此， 有必要对农业物料电特性和磁特性和磁特性和 此特性的理论与技术作进一步研究，以便在农业工程中得到更加广泛的应用。一）农业物料的电特性和磁特性1.1 生物电生物体内由于自身具有能量而产生的电位差称为生物电。一般将生物电分为三类：（ 1）损伤电位，指生物组织

13、的完整部位与损伤部位之间存在的电位差；（2）膜电位，指生物组织或细胞膜的内外电位差；（ 3）动作电位，指当生物体受到刺激而兴奋时产 生的电位变化。 现代科学技术研究表明 , 生物界的各种生命活动都伴有电现象 , 它是生命 活动的象征。凡是有生命活动 , 就有生物电产生，动物是如此，植物也是如此。1.2 电阻和电阻率电阻是导体内两端的电位差与电流强度之比。 电导率是用来比较各种物质相对的电 阻大小的量。 农业物料的电阻率不仅与物料种类和性质有关， 而且还受温度、 含水率和 酸度的影响， 其中以温度的影响最为明显。 温度的升高引起电子间频繁碰撞， 从而使电 阻率增大， 电阻增加。 电阻率与物料内的

14、自由电子数成反比， 而含水率的变化影响到带 电粒子的浓度， 从而影响导电性。 酸度则与物料内离子的情况有关， 即与物料的电特性 和磁特性和磁特性和此特性有关。 金属电导率比非金属材料低得多， 真空电导率为无限 大。1.3 电导和电导率物体的电导是指该物体所通过电流与该物体所加电压的比值。对于直流电路而言，电导的数值是电阻的倒数。 电导率是电阻率的倒数。 电导和电导率的差别在于前者是对 具体物体而言 , 因此它除了与物质性质有关外， 还与该物体的大小、 形状与导电时的测 定位置有关； 而电导率仅与物质的性质有关。 当农业物料的状态或品质发生变化时， 其 电导和电导率也将随之改变。 电阻率及电导率

15、在确定农业物料及食品的含水率和其它物 理化学特性方面有着广泛的应用。1.4 介电特性和磁特性 介电特性和磁特性是指生物分子中的束缚电荷对外加电场的响应特性。 其主要参数 主要有三项，即相对介电常数、 相对介质损耗因素、介质损耗角正切。 相对介电常数是 电介质固有的一种物理属性， 表示物料可能贮存的电场能量， 反映该物料提高电路模型 电容器电容量的能力。 损耗因素表示物料在交流电场中损耗的能量。 损耗角正切表示物 料所消耗的能量与所蓄积的能量之比。 在高频电场作用下电介质被极化， 有极分子在电 场中不断地做取向运动， 分子间发生碰撞和摩擦将消耗电能并转化为热能， 称为介质损 耗，其随交变频率的提

16、高及电场强度的增强而增多， 介质损耗和介质的介电特性和磁特 性有关。二）农业物料电特性和磁特性在农业工程中的应用 电特性和磁特性在物料的含水率测定、 干燥与加热、 质量调控和电处理等方面有着 广泛的应用。其中介电特性和磁特性和磁特性和此特性的应用价值尤为明显。2.1 农产品的无损检测 农产品无损检测技术是建立农产品质量和农产品安全的有效监控体系的关键技术 之一。利用农产品的电特性和磁特性和磁特性和此特性，可实现农产品含水率、损伤、 品质等的快速无损检测。 含水率是了解农产品的新鲜度、 保存状态和内部品质的重要指 标，也是果蔬分级和贮藏加工时的重要参数。 试验表明， 含水率与介电常数、电导率等

17、有一定的关系。 国外对胡萝卜的研究表明 ,其含水率较低时 , 介电常数随含水率的增大而 增加甚少； 当含水率达到 8%以上, 介电常数随之迅速增加。 在低温条件下 ,电导率也有相 同的变化规律， 而且直流电导率是最敏感的含水率指标。 此外， 对西瓜等的试验研究表 明，甜度或含糖量也与电阻和电导率等有关。 利用交流电导率进行柑桔和番茄果汁有机 酸含和含搪量的定量侧定理论已经确立，并正在进入实用阶段。2.2 干燥与脱水农业物料的干燥是一种古老而通用的高耗能单元操作。 如何在保证食品干燥质量的 前提下， 提高干燥速度、 节省能源消耗已成为人们研究的主要课题。 主要有高压电场干 燥和电渗透脱水等干燥与

18、脱水的方法。2.2.1 高压电场干燥高压电场对物料的干燥都具有促进作用， 但目前其机理还不十分明确， 一般认为是 由于不均匀高压电场产生的离子风对液面或干燥物料表面产生的冲击作用造成的。 利用 高压电场干燥豆渣可以显著提高其干燥速率， 干燥蔬菜除可提高干燥效率， 节省能源外， 干燥后的产品营养损失也较少。2.2.2 电渗透脱水胶体的动电现象是电渗透脱水的基础。 电渗透的脱水机理为电场作用下蛋白质四周 的水分子形成带正电荷的离子氛相对于蛋白质运动， 从而达到脱水的目的。 近几年， 电 渗透脱水技术在食品加工中正逐渐得到发展和应用， 如牛奶的浓缩， 水果和蔬菜汁的制 作，酒糟的处理，豆渣、薯渣脱水

19、后做成饲料等，在日本已开发出一系列实用型电渗透 脱水机。2.3 加热与杀菌保鲜加热和杀菌是食品生产中的一项重要的操作， 加热和杀菌对于食品安全、 延长食品 的储藏时间和货价寿命等都具有重要意义。2.3.1 微波加热微波加热具有升温快、 效率高、 易于控制等优点。 微波加热用于粮食贮藏前的干燥 可以缩短干燥时间， 消除霉变和虫蛀； 用于干燥果蔬制品可以大幅度的减少果蔬的质量 和体积，便于贮运； 微波还可用于低温快速杀菌， 有利于提高产品的品质和等级。 微波 加热最大的问题就是加热不均匀，限制了微波在工业中的大规模应用。2.3.2 食品的杀菌保鲜 采用直接电阻加热法，可以通过控制电导率进行罐头食品

20、的杀菌保鲜。研究表明， 若液相和固相的电导率差异不大 , 加热将是均匀的。对采用高频电磁场强化果汁的杀菌 过程的研究发现， 利用高频电磁场杀菌， 能够保持果汁的营养价值 , 特别是维生素 C的含 量。此外， 利用静电场进行果蔬保鲜， 是一种无污染的物理保鲜方法 , 其保鲜机理是利 用高电压电离空气产生离子雾和一定量臭氧 , 其中负离子雾具有抑制果蔬新陈代谢、 降 低其呼吸强度和减弱酶活性等作用； 而臭氧是一种强氧化剂 , 除具杀菌能力外， 还能与 乙烯和乙醇等发生反应 , 间接对果蔬保鲜起积极作用。2.4 农产品质量评定和控制 电特性和磁特性可用来评定食品和农产品的品质。 例如，测定干燥后玉米

21、粒的热损 伤、冻伤种子的成活率； 测定植物体的机械损伤程度及抗霜冻能力； 测定蛋白质含量及 鱼的新鲜程度等。 利用电容及直流电阻可估量玉米的受热损伤的程度。 玉米的过热会使 淀粉含量减少，裂纹增多，从而影响淀粉质量。如将其用作种子则会减小其成活能力。 利用电特性和磁特性和磁特性和此特性还可调定棉花纤维长度的分布情况， 研究表明在 棉花中如纤维增加 1%，棉纱强度则便降低 1%。2.5 种子的电处理 种子的电处理是指为了一定目的对物料施以电能的过程。 谷物及种子的电处理包括 对害虫的控制、 改善发芽能力以及种子分选等。 利用静电原理可以分离和清选种子、 处 理种子、提高种子的发芽率和发芽势。 2

22、001年，康敏等人的试验表明， 静电选种的发芽 率、发芽势以及最终产量均有较大提高。 1997年，张迈等发现静电场产生的电位差能够 促进 ATP的合成，触发酶类的活化，使细胞内外通透性增加，有利于营养物质的吸收利 用，产生生物效应和增产效果。三）、结束语大量的理论和研究表明， 农业物料的电特性和磁特性和磁特性和此特性理论与技术 具有很广阔的研究空间和实用价值， 并以其快捷、 使用简单而深受喜爱。 我国在农业物 料电特性和磁特性和磁特性和此特性方面的研究和应用还远远不足， 但随着农业科技的 飞速发展、对农业物料研究的不断深入，电特性和磁特性和磁特性和此特性将在贮藏、 保鲜、无损检测、自动分级、消毒灭菌、防治病虫害、加工及运输、提高产品质量和数 量等方面发挥更大的作用。五、农业物料学农业物料学是农业工程专业的重要专业基础平台课程之一，是农业机械化设计、 农产品检测以及运输等方面研究的前提和基础， 在农业发展