空气之流动壹空气之阻力.PDF

第五章 空氣之流動 台大生機系教授 馮丁樹 穀物之乾燥與調製系統中，空氣扮演許多不同之功能。它不但攜帶熱，而且 傳遞熱，除此之外，尚要帶走穀物蒸發後之水分。在常溫通風系統內，空氣則自 系統中攜走熱量，使穀物冷卻。有時空氣亦會攜帶水分進入系統，使穀物回潮， 因此在選擇乾燥系統之各部份機件時，最重要的是應先徹底瞭解空氣之特性及其 流動原理，因此亦必須瞭解各種送風機械之特性。 壹、空氣之阻力 一、榖層對空氣之阻力 當空氣流經穀層時，即氣流會遭受到阻力，此阻力或謂空氣在榖層之壓降 (Pressure drop) 。這種阻力係由空氣行進間產生之摩擦與擾亂所導致，因此會產 生能量損失。克服此項阻力可設法於穀層之進口端加壓，產生正壓力；或於穀層 之出口端形成真空，以產生吸力，這些工作必須藉助送風機來完成。空氣流經穀 層所產生之壓降與氣流之速率、穀物之表面與形狀特性、空隙之數量、大小及形 狀、顆粒大小之變異以及穀層之深度等因素有關。 空氣流經各種農產品穀層之壓降資料，常以實驗方式獲得，並利用對數紙製 成相關曲線；其典型關係曲線如圖 5- 1 所示。其中空氣流量為垂直軸，其單位為 每單位面積之流量，而水平軸則為每單位穀層厚度之壓力 Pa 表示。兩軸均為對 數比例 。 圖 5- 1 穀粒對氣流之阻力 -1- 圖 5-2 稻穀及向日葵子的風阻曲線 圖 5- 1 所示資料必須視穀層之壓實狀況與夾雜物含量進行修正。幾乎每一個 計算之例子中，穀物在乾燥期間，多少總會混合某些數量之細碎雜物在內。圖 5-2 為稻穀及糙米的風阻曲線。 佛斯特(Foster, 1970) 曾對細碎雜物與乾淨玉米混合後之空氣阻力加以觀察 研究，當細碎雜物在混合物中之比例增加時，其壓力阻力亦隨之增加，約於 30 至 40%時，達到最大值。此項壓降之最大值約為乾淨玉米之兩倍左右。 農產品本身之水分含量對空氣阻力之影響並不明顯。薛德氏(Shedd ，1953) 曾發現玉米水分含量高於20%以上時，對其一風量言，其阻力反而較小，並非與 乾燥後之阻力相同。但是派特生(Patterson,1969)與馬鍚(Matthies,1956)卻發現通過 玉米之壓降隨其水分含量之增加而增加。 薛德氏(Shedd, l953)經實驗所獲得之壓降資料，如圖 5- 1 所示，已廣泛被學 術界所採用；並且在穀物加工乾燥業上之應用亦認為相當滿意，本書所舉之例題 均利用此項資料加以引證。 根據圖 5- 1 及圖 5-2 顯示，穀物每 m 之壓降顯然與穀層之深度無關，事實上， 嚴格而言，此項假設對於深層穀物之通風狀況並不正確(Matthies,1956) 。但是由 於其他因素之影響，諸如裝卸之方式、雜物量之大小形狀等均無法精確估定，以 及單位深度(m)上壓降之變化，實際對穀層厚度之關係甚微，故薛德之資料引用 通常僅適合於一般農家倉庫深度之穀物通風作業。 空氣流量若以單位面積(平方米)之立方米每分(cmm)表示，即為質量速率 (mass flow rate) ，此種單位可以簡化為米/每分(即為速率) 。但通常並不如此做， 因為簡化後之速率值並非實際之速度，空氣之實際流動速度必須將穀堆中之空隙 率同時考慮，再計算而得。 圖 5- 1 中各曲線係由三至四條線段合併組成，其每一線段部份之方程式型式 如下： -2- Q = a ΔPb’ (5- 1) a 在雙對數格紙內，b’之常數即為各線段之斜率，在風量較低之範圍內，因接 近穩定流，其值趨近於 1.0 ，因此圖中所示之曲線，其風量應可以1.0 斜率向低 風量方向再延伸引用。另一常數 a可由圖中，各直線線段或其延線與ΔP 等於 1.0 之垂線相交點之 Qa 讀出。 公式(5-2)(Huki11 Shedd, 1955)係利用圖 5- 1 中所示之資料演變而成，適合 2 於 6.6 至 13.2 cmm/m 之風量變化範圍，