第六章 农业物料的流体动力学特性
农业物料学.
课程简介课程号： 13120310课程名称：生物物料学课程英文名称： Physical Propeties of Bio-Materials 周学时：1～1.5学时学分：1.5主要教学内容：绪论总述第一章基本物理参数第二章固体生物物料的流变特性第三章液体生物物料的流动特性第四章生物物料的流动力学特性第五章散粒物料的力学特性第六章生物物料的热学特性第七章生物物料的光学特性第八章生物物料的电学特性第九章生物物料的核磁共振， X 射线等反应特性选用教材或参考书：《 Physical Propeties of Bio-Materials 》《农业物料学》周祖锷，中国农业出版社， 1994 年 5 月教学大纲一、课程的教学目的和基本要求《生物物料学》是生物系统工程专业的重要专业基础平台课程之一。
它是运用近代物理学理论、技术和方法，研究农业物科物理性质以及各个物理因子和生物物料相互作用的一门边缘学科。
它是物理学、工程学科和生物学各学科之间的桥梁，也是生物系统工程学科的基础。
它的任务是为学生学习有关专业课以及今后从事科研、教学、生产和开发工作建立比较牢固的生物物料物理特性基本理论研究基础。
通过本课程的学习，学生应掌握生物物料物理特性研究的基本理论、基本知识和基本技能，在分析问题和解决问题的能力上有所提高。
为了完成和达到《生物物料学》的教学任务和要求，在整个教学环节中，要特别注意培养学生的独立思考能力。
教学内容宜以物料物理特性研究为主线，加强机械学、热学、电学、光学、声学等等基本理论和基本知识的教学与训练。
使学生能牢固和熟练地掌握和应用它们。
只有掌握足够的基础知识，才能学好理论。
必须重视基本技能和实验技术的训练。
二、相关教学环节安排为实现大纲的基本要求，创造条件采用 CAI 、多媒体等先进教学手段。
本大纲的部分内容可以而且应该由学生通过自学、作业和练习等方法获得。
课堂讲授以解决重点、难点及关键问题为主，着重调动学生的思维积极性，指导学生自学。
农业生物材料的力学特性w
农业生物材料的力学特性佟 金 郭颖杰【摘要】 农业生物材料的力学特性是设计农业装备的重要依据之一，可为减少农业物料收获、加工等环节的机械损伤，提高收获或加工质量，探索新的控制方法和判断依据，提供最佳参数。
农业生物材料的结构及功能还可为包括农业工程在内的工程领域的仿生材料研究提供有价值的信息。
本文综合介绍和评述了农业物料力学特性研究现状及发展，内容涉及农业物料的摩擦特性、谷物及水果蔬菜的力学特性以及农作物秸秆的力学特性。
关键词：农业生物材料； 力学特性中图分类号：S12Mechanical Characteristics of Agricultural Biomaterials - A ReviewTong Jin Guo Ying-jie(Key laboratory of Terrain-Machine Bionics Engineering (Ministry of Education), Jilin University,Changchun 130025 )AbstractThe mechanical properties of agricultural biomaterials affect their mechanical damage in harvesting and processing. So, the mechanical characteristics of agricultural biomaterials provide a basic should be considered in the design of agricultural engineering equipment in order to improve the harvesting and processing quality of the agricultural biomaterials and to develop the effective methods for controlling the quality. Moreover, the structures and functions would provide some valuable information for biomimetic materials in engineering including agricultural engineering. The mechanical characteristics of some agricultural biomaterials, including maize, straw, fruit and vegetable, were reviewed in this paper Key words: agricultural biomaterials; mechanical property1 引言农业生物材料的力学特性在农业工程技术研究及装备开发以及农业物料的品质等方面具有重要意义，可为各种机械和系统，如生产、处理、加工、运输、包装、贮藏及质量检测等提供设计依据，对于发展以植物和动物为原料的新消费品提供有重要作用，为评定和控制产品的最后质量提供新的方法。
农业物料学复习要点
农业物料学复习要点绪论：农业物料学是指农业生产和加工的对象第一章基本物理参数1、形状指数：是把物体的实际形状和基本形状，如球体，圆等，进行比较的一个物理量。
物理意义：圆度是表示物体角棱的锐度，它表明物体在投影面内的实际形状和圆形之间的差异程度；球度是表示物体实际形状和球体之间的差异程度，它表示了以相同体积球体为基准的物体形状特征。
2、密度定义：物体每单位体积内所具有的质量。
密度的测量法：液浸法、（悬浮发、比重天平法、比重瓶法），气体置换法（压力比较法、定容级压缩法、定容积膨胀法、不定容积法），比重梯度管法。
3、孔隙率：松散物料空隙所占体积和整个物料所占体积之比。
E=n/n+1(n是孔隙比)4、农业物料含水量表示方法：湿基表示法是以农业物料为基准，干基表示法是以农业物料中固体干物质为准计算的。
湿基含水量表达式Mw=mw/(ms+mw)。
(mw物料中水的质量，ms物料中所所干物质的质量)干基含水量表达式Md=mw/ms。
第二章固体农业物料的流变特性1、粘弹性：应力和应变关系可能与应变速率及应变时间的饿、高阶微分有关，这种与时间相关而产生的特性。
2、建立流变模型满足条件：a模型必须能够预测任何应力—应变情况下的实际物料性质，b模型必须能够适应拉伸和压缩应力及其相对的应变，c在实际物料料中，当流变特性发生变化时必须能依据模型参数加以解释。
3、麦克斯韦模型中弹性元件和粘性原件串联而成；开尔文模型由弹性元件和粘性原件并联而成；伯格斯模型由弹簧、阻尼器和开尔文模型三种原件串联而成。
4、农产品力和变形关系：图中y点是生物屈服点，在y点以后，力不在增加甚至有时还减少，而变形却不断增加。
在一些农产品中，生物屈服点的存在标志这物料中细胞结构开始破裂。
生物屈服点可以出现在点LL以后的任何位置，LL处力和变形关系曲线开始偏离初始的线性区段，点LL称作弹性极限点。
图中R点称为破裂点，在这位置时物料在轴向载荷作用下产生破裂。
农业物料物理特性及其应用
’ 程 然，臭 氧 及 其 在 食 品 生 产 中 的 应 用 〔 ( 〕 ，食 品 与 机 械， ’))* （+） ：+, - +) . + (/001023. $ . ，4560/ 789/: 9:/89;/09 96 81< =8>1989 6? 38@;60 〔 (〕 . A609:8 A6398 B1;/3，C60C6:< A8@1? . ，’))D，E6F . ’G：H+H - H+) . 陈亚妍，赵月朝，林少彬，臭氧处理对矿泉水质量的影响〔 (〕 . 软 饮料工业，’)),（H） ，H, - H* . 鲍忠定，郑林，许荣年 . 臭氧处理对水质二次污染的影响〔 (〕 . 食品与发酵工业，’)))（+） ：G+ - GH . G 许荣年，鲍忠定 . 浙江省矿泉水生产状况及存在质量问题的处理 〔 (〕 . 食品与发酵工业，’))D（G） ：D+ - DG . D J66< "80K?8C9K:102 A68@19160 . J66< 1006F89160 80< 9/C=06@62L 9:803M ?/: ："8082/;/09 6? C=@6:10/ 10 N:6<KC9160 N:6C/33〔 A 〕 . E89@. J66< #:6C/336:3 %330 . ，O83=102960， P . A . ’))D .
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!""! 年第 # 期《粮油加工与食品机械》
万方数据
专 题 综 述
法研究了金帅苹果切片组织的介电特性与新鲜度的关 系。结果表明，在 !" # !""$% 的测试频率内，苹果 的储藏时间越长，苹果内组织的阻抗值越大，相对介 电常数和介电损耗因数越小，其中在 !" # !""$% 的 频率范围内，苹果的介电特性与新鲜度具有明显的相 关性。胥芳等人（ !&&’ ）利用智能 ()* 测量仪和平 板电极系统，用无损检测方法测定了桃子在储藏过程 中电特性的变化。结果表明：在 !+ # !""$% 的频率 内，桃子的最佳测试频率为 !,-$% 以下，此时桃子 随着储藏时间增加，等效阻抗增大而相对介电常数和 介质损耗因数减小；当桃子开始腐烂时，电特性数值 出现了一个大的反复。康敏、余登苑等人（ !&&.）为 了研究静电场对植物生长的影响和更好地利用静电生 物效应，设计了新型植物静电促长装置进行试验。结 果表明，适宜静电场的小青菜和番茄，从出苗到成 熟，收 获 的 整 个 生 育 期， 生 物 效 应 是 显 著 的， 经 !"-/ 的正静电场处理，番茄出苗数增加了 0"1 ，产 量增加了 &! 2 &1 ，小青菜出苗数增加了 00 2 31 ，产 量增加了 !. 2 01 。余树德等人（ !&&& ）利用玉米生 理电特性指标，诊断旱情。试验中用套针式电阻传感 器测玉米茎秆生理电阻，用介电常数变化型平板电容 传感器测玉米叶片生理电容，都能实时准确地反映出 植株水分状况，其配套的植物需水信息仪可用于抗旱 节水诊断及自动节水灌溉。 异很大，因此可根据光的反射率的不同将 + 种不同物 料分开。吴守一等人（ !&.& ）介绍了延迟发光特性， 对果蔬按成熟度及颜色等内外品质进行无损检测和分 级，有利于实现机械化。李晓明等人（!&&0）利用光 的反射特性对桃子进行了测试，结果表明，在可见波 长内反射率差异极微，在 .""45 以上近红外波长域， 反射率差异极大。由此可以得出近红外图像能够测出 肉眼看不见的损伤。张裕中等人（!&&,）利用光电分 选设备，根据水果表面颜色信号的差异进行分选，达 到剔除疵料的目的。
农业物料学要点
农业物料学【名词解释】【填空】和【问答】农二.王鹏农业物料：与农业工程直接有关的物料都属于农业物料，包括农产品、土壤、化肥、农药等。
大多数农业物料的性质由其组织结构、活体的生理活动和组成成分决定。
分为生物生理特性、化学特性和物理特性等。
农业物料流体动力学特性：是研究物料和流体的相互作用，物料在流体中运动时的阻力和速度以及提供农产品流体动力学特性的基本特性。
散粒物料：指由大量的尺寸大致相同的颗粒所组成的粒子群体农产品的电特性包括：电导性（侧含水量）、电阻（测棉花和羊毛的细密度）、电容、介电常数（种子清选和分离）粒径：物体的计算直径，是表示物体的各项尺寸的综合指标，他是利用以测定的物体的某些尺寸或参数推导出来的直径。
圆度：表示物体角菱的锐度，它表明物体在投影面内的实际形状和圆形之间的差异度。
球度：表示物体实际形状和球体之间的差异度。
形状因数：物体各项尺寸之间的无量纲组合。
形状系数：物体各种尺寸与其面积或体积之间的关系质量比表面积：每克物质中所有颗粒总外表面积之和。
国际单位是㎡/g。
是衡量物质特性的重要参数。
图形比较法：纵剖面和横剖面的形状绘制成图冰河标准圆进行比较，以确定物料的形状。
定向径：粒子投影图上任一方向的最大距离。
定向面积等分径：按一定的方向将投影面分割成二等分时的直线长度。
粒度分布：以粒子群的质量货粒子数的百分率计算的粒径频率分分布曲线或累积分布曲线表示的。
比重：物体的质量与同体积的1大气压、4℃的纯水的质量之比。
密度分容积密度和真实密度。
真实密度：物料的质量与真实体积之比。
真实体积：不包括粒子间的孔隙体积的体积。
密度的测量方法：浮力法，比重瓶法，比重梯度管气压法孔隙率：物料粒子之间存在空隙，粒子之间的空隙体积与包含空隙的物料的整个体积之比孔隙比：粒子之间的孔隙体积与粒子实际体积之比。
农业物料含水量的表示方法：湿基表示法和干基表示法。
湿基表示法是以农业物料质量为基准计算的。
干基表示法是以农业物料中固体物质为基准计算的。
农业物料特性及其应用
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。
第一章 农业物料的基本物理特征-1
单位体积的表面积Sv是S与V的比值（体积比表面积），由：
S
=
as, a
d
2 a
=
xs2 ;
V
=
av,a
d
3 a
=
xv3
可得：
S v=
asv,a da
=
1 xsv
asv,a—物体的体面积形状系数，又称为比表面积形状系数 ； a ——投影面；
xsv ——物体的体面积尺寸。
对于球体：
所以：
马铃薯 1.38 0.876
胡萝卜 1.76 0.687
二 面积和体积
2 表面积的测量
（1）叶片表面积的测量 感光法、方格纸法、照相法、剪纸法、气流求积仪法、
统计法、机器视觉法等等
（2）水果表面积的测量 削条法、统计法、回转体法、
（3）鸡蛋表面积的测量
称重法：
S = KW m
K=4.56~5.07 m=0.66
二 农业物料学及其研究内容
1 农业物料学
农 业 物 料 学 也 称 为 农 业 物 料 物 理 特 性 （ Physical Properties of Agricultural Materials）是由农业工程 发展的需要发展起来的一门新学科。它是运用近现代物理 学理论、技木和方法，研究农业物料的物理性质以及各个 物理因子和农业物料相互作用的一门交叉学科。
长椭圆：
圆锥形：
垂直直径大于水平直径
朝顶端方向其尺寸逐渐变小
卵 形：
歪斜形：
鸡蛋形且柄端处较宽 连接柄端和顶端的轴线是倾斜的
倒卵形：
椭圆形： 倒转的卵形
接近于椭球体
平头形：
筋 形：
顶端和柄端两处是方形或扁平的
农业物料力学特性发展浅谈
浅谈农业物料力学特性发展摘要：农业工程是实现农业现代化的重要物质基础和保障，也是建设现代农业和社会主义新农村最关键的科学技术领域之一1。
随着农业工程技术的应用和发展，农业物料力学在农业工程领域中也得到了广泛应用，农业物料力学的理论、实验、应用等方面在农业工程领域中得到了广泛应用。
本文简述农业物料力学的发展过程，以及固体农业物料的力学性质在理论、实验等方面的研究发展。
关键字：农业物料；力学特性；研究进展；1.引言农业物料是指农业生产和农产品加工的对象，它包括动、植物以及以它们为原料加工的半成品和成品，如谷物、蔬菜、水果、肉、蛋奶、皮毛等2。
农业物料力学特性包括固体物料的应力—应变规律、冲击、振动、屈服强度、硬度、蠕变、松弛和流变等特性。
散粒体物料的摩擦、粘附、变形、流动、离析等特性。
液体物料的流体力学特性、流变、黏性、黏弹性等特性。
声学特性和超声波特性。
所以深入研究农业物料的力学问题显得尤为重要，这对于农业物料的采摘、加工、运输、储存、包装及相关机械设计的研究设计有着重要的作用。
国内外学者对此进行了广泛深入的研究，研究成果在农业工程中得到了大量的应用。
2．固体农业物料的力学特性研究与应用固体物料力学特性研究发展较早，在国外，20世纪60年代就引起了重视，美国宾夕法尼亚大学N．Mohsenin教授总结了各方面取得的研究成果，于70年代至80年代中期写出了“动植物物料物理特性”一书，为该学科的发展奠定了基础3。
国内起步则稍晚一些，80年代以后，几所大学及研究所展开了相应的研究。
到目前为止已经获得了很大发展，取得了不少成果。
固体物料涉及到流变力学特性，固体物料流变特性在生产、质量控制和研制开发新产品中有着重要作用。
2.1固体农业物料的常规力学特性研究固体农业物料的常规力学性质可得到在工程分析和设计中有参考价值的数据。
由于原料在运输和加工时一般以自然状态承受各种机械作用，所以开展完整形态下物料力学特性的研究有着重要的理论价值和现实意义。
农业物料的工程性质概述
•
表 单一粒径表示法
名称
计算式
名称
二轴算术平均值 （a+b）/2
几何平均值
圆等值径
(4f/π)1/2
调和平均值
定向径
dg
体积平均值
•注：f——投影面积。
计算式 3abc(ab+bc+ac)-1
1.2 农业物料的形态特征
•1.2.1 尺寸和形状 1.2.1.2 尺寸的表示 •(1)粒径：粒子群体的平均粒径。
1.2 农业物料的形态特征
•1.2.1 尺寸和形状 1.2.1.2 尺寸的表示
•(2)粒径计算方法：
•1) 粗颗粒按质量与粒子数根据球体积公式计算平均匀粒径；
•2) 细粉平均粒径：筛分法。
• d50 粒径
•粒度累积分布曲线 •粒度累积分布曲线
•分 布 量
(%
)
• d50
粒径
•粒度频率分布曲线
1.2 农业物料的形态特征
•1.2.2 密度
农业物料的体积、密度和比重在许多场合是必不可少 的原始数据。 干草的干燥和贮存、青贮仓和贮存仓的设计、青贮料 的机械压缩、颗粒饲料和草饼的稳定性、分离和分组 、气流和水力输送、种子纯度测定和成熟度评定等都 需要密度和比重的数据。 物体每单位体积内所具有的质量称密度。 物体的质量与同体积的l大气压、4℃的纯水的质量之 比称比重。
1.2.2.2 容积密度与孔隙率
• 容积密度是把试料装入已知体积的容器内，测量装
入容器内的物料质量，根据容器体积和物料质量求得的密
度• 。 松散物料孔隙所占体积和整个物料所占体积之比为孔
农业物料的特性在农业工程中的应用
农业物料的特性在农业工程中的应用一、农业物料的电特性在农业工程中的应用1.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。
（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）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.农产品质量评定和控制电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%。
二、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。
农业物料学期末试卷复习重点
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（roundness ）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45μm 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42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25.4mm 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之比。
流体动力学知识点
流体动力学知识点流体动力学是研究流体运动规律的科学，它在物理学、工程学和地球科学等领域中有着广泛的应用。
本文将主要介绍流体动力学中的一些重要知识点，帮助读者更好地理解和应用这一领域的知识。
1. 流体的定义在流体动力学中，流体是一种连续的物质，它没有固定的形状和体积，能够流动。
流体可以分为液体和气体两种状态，液体是一种近似不可压缩的流体，而气体则是一种高度可压缩的流体。
2. 流体的性质流体具有一些特殊的性质，包括粘性、密度、压力、流速等。
其中，粘性是流体的一种内在性质，它决定了流体的黏滞阻力。
流体的密度是流体在单位体积内所含物质的质量，而压力则是流体在单位面积上的作用力。
流速是流体通过单位面积的速度。
3. 流体的流动流体的流动是流体动力学中的核心概念，它描述了流体在空间中的运动规律。
流体的流动可以分为层流和湍流两种状态，层流是指流体在管道或河道中以层状、有序的方式流动，而湍流则是指流体在空间中以不规则、混乱的方式流动。
4. 流体的流量在流体动力学中，流体的流量是指单位时间内通过某个截面的流体体积。
流体的流量受到流体密度、流速和截面积的影响，可以用公式Q=Av来表示，其中Q表示流量，A表示截面积，v表示流速。
5. 流体的动量流体的动量是描述流体运动的一个重要物理量，它表示流体在单位时间内通过某个截面的动量。
根据动量守恒定律，流体在运动过程中动量守恒，可以用公式ρAv=常数来表示，其中ρ表示流体密度，A表示截面积，v表示流速。
6. 流体的能量流体的能量是流体动力学中的另一个重要物理量，它表示流体在运动过程中所具有的能量。
流体的能量可以分为动能、势能和压力能三种形式，动能是流体由于运动而具有的能量，势能是流体由于位置而具有的能量，压力能是流体由于受到压力而具有的能量。
7. 流体的控制方程流体的控制方程是描述流体运动规律的数学方程，包括连续性方程、动量方程和能量方程。
连续性方程描述了流体在流动过程中质量的守恒，动量方程描述了流体在流动过程中动量的守恒，能量方程描述了流体在流动过程中能量的守恒。
农业物料特性(精)
农业物料特性论文专业农业机械化及其自动化班级农机091学号080803110428学生姓名常冬2011年4 月10 日目录一、引言…………………………………………………………………………（ 3）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)论农业物料特性常冬一、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。
流体动力学研究流体的运动规律和力学性质
流体动力学研究流体的运动规律和力学性质流体动力学是一门研究流体运动规律和力学性质的学科，其研究对象是液体和气体。
流体是一种特殊的物质，具有流动性和可变形性。
在自然界和工程领域中，流体运动的规律与力学性质的了解对于很多问题的解决至关重要。
一、流体的特性流体具有两个基本特性：流动性和可变形性。
首先，流体具有流动性，表现为其分子之间的相对运动，当外力作用于流体时，流体的分子会发生位移，从而引起流体整体的流动。
其次，流体具有可变形性，即流体的体积和形状会随外力的作用而发生变化。
二、流体动力学基本公式流体动力学的基本公式包括质量守恒方程、动量守恒方程和能量守恒方程。
质量守恒方程描述了流体质量的守恒关系，即在流动过程中，单位时间内通过一个封闭表面的流体质量变化率等于通过该表面的质量流量。
动量守恒方程描述了流体动量的守恒关系，即在流动过程中，单位时间内通过一个封闭表面的动量变化率等于通过该表面的动量流量。
能量守恒方程描述了流体能量的守恒关系，即在流动过程中，单位时间内通过一个封闭表面的能量变化率等于通过该表面的能量流量。
三、流体的运动规律1. 流体的流动类型：流体的流动可以分为层流和湍流两种。
层流是指流体沿着平行的径线流动，流速分布均匀，在流动过程中无交叉。
湍流是指流体运动混乱，流速分布不均匀，在流动过程中形成涡旋结构。
2. 流体的速度分布：流体的速度分布可以通过流速剖面表示，流速剖面是指流体中各点的流速随位置变化的曲线。
在层流中，流体的流速剖面呈现为平滑的抛物线状；在湍流中，流体的流速剖面呈现为起伏不平的曲线。
3. 流体的流量和压力：流体的流量表示单位时间内通过某个截面的流体质量或体积。
流体的压力表示单位面积上受到的力的大小，是由于分子碰撞产生的。
四、流体的力学性质1. 流体的黏性：黏性是流体的一种力学性质，表示流体内部分子之间的摩擦力。
黏性会影响流体的流动形态，高黏性的流体更容易形成层流，低黏性的流体更容易形成湍流。
农业物料
农业物料学是运用近代物理学理论、技术和方法，研究农业物料物理性质以及各个物理因子和生物物料相互作用的一门边缘学科，是物理学、工程学科和生物学各学科间的桥梁，是农业工程学科的基础，是是农业机械化及其自动化专业的一门专业选修课。
主要任务是系统学习农业物料的基本物理特性、流变特性、动力学特性、以及电学、光学、电学特性等基本理论、测试方法及应用。
二、教学目标要求1.理解和掌握农业物料的物理特性参数及其测试原理和方法；2.理解和掌握固态和液态农业物料的流变学基本理论；3.理解和掌握流体动力学特性基本理论及其测试原理；4.理解和掌握散粒体物料的力学特性基本理论及其测试原理；5.理解和掌握农业物料的热特性基本理论及其测试方法和原理；6.了解和理解农业物料的电磁学、光学和电学特性的基本知识。
三、理论教学内容及安排第1章绪论（1学时）1.1 农业物料学及其研究的意义1.2 农业物料特性研究的现状1.3 课程主要内容与学习方法第2章农业物料的物理参数（3学时）教学目标：理解形状和尺寸、密度、空隙率的测量原理。
掌握粒径和粒度、密度、空隙率、比表面积、水分和水分活性的概念，物料密度、空隙率、粒径和粒度、水分的测定方法。
重点、难点：重点是物料的形状和尺寸、密度、粒径和粒度、空隙率、比表面积、水分和水分活性的基本概念及其测定方法。
难点是圆度和球度的计算方法、水分和水分活性之间的相关理论关系等。
2.1 形状和尺寸(1学时)2.1.1 圆形和球形2.1.2 粒径和粒度2.1.3 曲率半径2.2 密度及其测量2.2.1 密度的定义2.2.2 密度的测量2.2.3 农业物料的密度2.3 孔隙率2.3.1 孔隙率的定义2.3.2 孔隙率的测量2.4 表面积和比表面积2.4.1 表面积和比比表面积的定义2.4.2表面积和比比表面积的测量2.5 水分和水分活性2.5.1 水分的表示方法2.5.2 水分活性2.5.3 水分的测定第3章固体农业物料的流变特性（6学时）教学目标：理解伯格斯模型、宾汉模型的流变方程及蠕变、应力松弛的基本概念，以及固体农业物料的流变性质及其测定；掌握农业物料流变特性的基本概念、理想物料的流变特性、麦克斯韦模型、开尔文模型的流变方程。
第六章 农业物料的流体动力学特性
1. 当Re≤1时 ： 阻力主要是流体的粘性摩擦力，此时α=24， k=1
阻力Fr为：
-------斯托克斯公式
2. 当1 < Re < 1000 时 ： 阻力既有流体的粘性摩擦力，又 有形面阻力，此时α=10，k=0.5
阻力Fr为：
3. 当 1000< Re < 200000 时 ： 形面阻力远大于粘性摩 擦力，此时C基本为一常数，α=10，k=0。 阻力 Fr为: 4. 当 Re > 200000时 ： 阻力系数C下降，降至原数值的 1/4-1/5，称阻力危机。
而完成的。各组成成分的阻力系数或临界速
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。
小麦脱出物各组成成分的临界速度、阻力系数c
垂直气流分离谷物脱出物的实验结果
二、气力输送 气力输送是利用气流对颗粒物料进行输送，在农业物料 中主要用于谷粒、草料、面粉以及其它松散物料的输送。气 力输送是固体与流体混合在一起的流动，为两相流。
：空气密度；
ms ma
：物料相对气流浓度
ma
；
：单位时间内的气流质量；
不同种类物料输送时的气流速度与物料相对气流浓度
三、水力输送 水力输送主要用于 饲料、畜禽粪便、水果 和蔬菜等的输送。按输 送方式可分为敞开式沟 槽和封闭式管道两种。 水力输送的优点是比较 经济而且可减小物料的 损伤，在输送过程个又 对物料进行了清选。
在农业工程中以空气或水作为载运体，利用流体 动力学原理对农业物料进行加工、输送和分离是比较常 用的方法。这时，固体物料存在于流体之中，并受到来 自流体的力的作用。因此，了解农业物料流体动力学特 性是十分必要的。
农业生态学-第6章-能量流动
●
基本内容
1.能量的基本形态与来源：能量包括动能
和潜能；生态系统的主要能源是大阳能和 人工辅助能； 2.食物链和食物网：生态系统能量流动的 渠道，具有不同的类型和作用；
3.农业生态系统能量转化与流动途径：
将日光能转化为储存在植物有机物质中的 化学潜能，根据化学潜能去向不同而形成3 种不同的能流路径；
（二）食物网（Food Web）
在生态系统中，各种生物成员之间的取食与 被取食关系，往往不是单一的，多数情况是 交织在一起的，一种生物常常以多种食物为 生，而同一食物又往往被多种消费者取食， 于是就形成了生态系统内多条食物链相互交 织，互相联结的“网络”，这种网络被称为 “食物网”。
陆地生态系统食物网示意图
陆地生态系统食物网示意图
北极岛屿简单的食物网
南极圈食物网简图
食物网使生态系统中
的各种生物组分直接或 间接地联系起来。
食物网中的生物种类多、食性越复杂，形成的生态 系统也越复杂。一个具有复杂食物网的生态系统， 往往稳定性越强，易于保持平衡。
太阳
植物 草食 动物 人及肉 食动物
代表生物物种
熵 实际上是对热力学体系中不可利用的热能
的度量。
热力学第二定律也称熵定律，因为能量总是从
集中形式趋向分散，这个过程不可逆。 熵定律可以表述为：一切自发过程总是向熵值 增加的方向进行。 从熵定律可以看出，在自发过程中，熵值不断 增加，孤立系统的不平衡态随着时间的推移， 最终会趋向平衡态—熵最大状态，使系统从有 序走向无序。系统要保持有序状态，必须从外 界吸取负熵。
10 25 47
太阳辐射到 达大气层后
到达地球表面 大气或云层反射 云层吸收 臭氧、水蒸气、二氧化碳吸收 尘埃散射
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第一节 阻力和阻力系数
当流体流过固体时，固体物料从 流体中获得能量，使固体受到两种力， 一种是阻力，另一种升力。
作用在机翼上的力 例：绕机翼运动的气流方向有所变化， 在其上表面形成低压区，在下表面形成 高 压区，产生向上的合力，并垂直于气流方向， 在产生升力的同时，也产生了 阻力，风速 有所下降。 风机叶片压力分布
：空气密度；
ms ma
：物料相对气流浓度
ma
；
：单位时间内的气流质量；
不同种类物料输送时的气流速度与物料相对气流浓度
三、水力输送 水力输送主要用于 饲料、畜禽粪便、水果 和蔬菜等的输送。按输 送方式可分为敞开式沟 槽和封闭式管道两种。 水力输送的优点是比较 经济而且可减小物料的 损伤，在输送过程个又 对物料进行了清选。
阻力:摩擦阻力、形面阻力 摩擦阻力为作用在物体表面上的切向力沿相对
运动方向上的总和。
形面阻力或压差阻力是由于流体的附面层在物
体后部产生分裂而形成涡流，使后部的压力降 低所致，其数值为作用在物体表面上所有压力 沿相对运动方向上的总和。
在层流或低速流动中，流体的密度变化不大，
粘性作用支配着流体的流动，形面阻力可以忽
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1. 当Re≤1时 ： 阻力主要是流体的粘性摩擦力，此时α=24， k=1
阻力Fr为：
பைடு நூலகம்
-------斯托克斯公式
2. 当1 < Re < 1000 时 ： 阻力既有流体的粘性摩擦力，又 有形面阻力，此时α=10，k=0.5
阻力Fr为：
3. 当 1000< Re < 200000 时 ： 形面阻力远大于粘性摩 擦力，此时C基本为一常数，α=10，k=0。 阻力 Fr为: 4. 当 Re > 200000时 ： 阻力系数C下降，降至原数值的 1/4-1/5，称阻力危机。
而完成的。各组成成分的阻力系数或临界速
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。
小麦脱出物各组成成分的临界速度、阻力系数c
垂直气流分离谷物脱出物的实验结果
二、气力输送 气力输送是利用气流对颗粒物料进行输送，在农业物料 中主要用于谷粒、草料、面粉以及其它松散物料的输送。气 力输送是固体与流体混合在一起的流动，为两相流。
设物料在静止空气中自由下落，其所受重力为mg， 阻力为: 如不计空气浮力，则可建立如下运动方程式：
第三节 在农业工程中的应用
一、农业物料的清选和分离 二、气力输送 三、水力输送
一、农业物料的清选和分离
基本原理: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
物体的阻力系数 C随雷诺数 Re 而变,如图示:
一、球体的阻力系数
球体阻力系数与雷诺数的关系：
C
Re k
(α、k为系数)
阻力系数与Re的关系可分为以下四个区域讨论：
1. 当Re≤1时 2. 当1 < Re < 1000 时 3. 当 1000< Re < 200000 时 4. 当 Re > 200000时
v i ：物料的临界速度
m
s
f
：物料的质量
：物料的密度 ：流体的密度
A
：物体在垂直于相对速度方向上的投影面积
C ：阻力系数
一、计算法确定物料的临界速度
1. 球形物料的临界速度 直径为d(不规则物料取当量直径)、密度为ρ的球形物料： 质量为
投影面积为
由于阻力系数在不同的雷诺数区段内存在不同的函数关系，所以物料临 界速度应根据不同的雷诺数区段分别加以计算：
雷诺数小，意味着流体流动时各质点间 的粘性力占主要地位，呈层流流动状态。 雷诺数大，意味着惯性力占主要地位， 流体呈紊流流动状态。
式中: ρ:流体的密度；η:流体的粘度； v、d为流场的特征速度和特征长度。对外流问题，v、d一 般取远前方来流相对速度和物体主要尺寸(如机翼展长或圆球 直径)；内流问题则取通道内平均相对流速和通道直径 。
Fg Fr Fb
Fg mg (重力)
Fb m f g (浮力)
s
1 2 Fr CA f vi (流体对物料的阻力) 2
于是，当物料处于临界速度时，得:
1 2 mg f g CA f vi s 2 m
最后得物料的临界速度：
vi 2mg ( s f ) AC s f
当Re≤1时,C=24/Re,临界速度：
当1<Re<1000时，
，临界速度：
当1000<Re<200000 时：C=0.44，临界速度：
2. 几种规则形状物料的临界速度
3. 一些农业物料的临界速度
二、实验法确定物料的临界速度
临界速度=悬浮速度=沉降速度
1.测定悬浮速度
2.测定沉降速度
略不计。
在紊流或高速流动中，摩擦阻力可忽略不计，
形面阻力占主导地位。
流体的阻力可按下式计算：
式中： Fr ——阻力； A ——物体在垂直于相对速度方向上的投影面积； v ——流体和物体的相对速度； C ——阻力系数，与物体的形状、表面状态和流体的流 动状态有关，一般由实验确定。
雷诺数（Reynolds number）：一种可用来表征 流体流动情况的无量纲数，以Re表示
速度。
2. 悬浮速度 ：如果流体以物料的沉降速度向上运动，
则物料颗 粒将会在某一水平上呈悬浮状态，把此流
体速度称作物料的悬浮速度。 显然，悬浮速度和沉降速度意义不同而数值相同， 把沉降速度和悬浮速度统称为 临界速度 。
临界速度计算公式:
物料在静止流体中 自由下落达到临界速 度时，物料受到的流 体阻力、重力和流体 浮力将达到平衡，即
式中 φ：速度系数。 φ =1.3-2.5（松散物料在垂直管道中） φ =1.5-2.5（松散物料在水平管道中） φ =2.4-5.0（松散物料在复杂管道中） φ =5.0-10（粘性物料）
气流输送时空气流量计算方法:
Qa
ms
f
Qa ms
f
：单位时间内流过的空气体积； ：单位时间气流输送的物料质量；
第六章 农业物料的流体动力学特性
教学内容：1 阻力和阻力系数 2 临界速度 3 临界速度计算及测定方法 4 临界速度在农业工程中的应用 学习要求：1 掌握临界速度概念 2 熟悉临界速度测定方法 3 了解临界速度在农业工程中的 应用
在农业工程中以空气或水作为载运体，利用流体 动力学原理对农业物料进行加工、输送和分离是比较常 用的方法。这时，固体物料存在于流体之中，并受到来 自流体的力的作用。因此，了解农业物料流体动力学特 性是十分必要的。
气力输送时物料呈悬 浮状态流动。
垂直管道中:只要上升 气流对颗粒的作用力与 其所受重力相平衡，物 料就将悬浮起来。
水平管道中:
影响物料流动状态的因素主要是气流 速度和物料在气流中的浓度。速度愈小 和 浓度愈大，物料分布在管底愈密， 愈易堵塞。
实际设计中，应有足够的气流速 度及流量以保证管道不堵塞。 气流速度应根据 理论研究及实验 结果综合选取，通常可按下式确 定:
二、平板的阻力系数
板面与流速方向平行时，对于层流附面层的平板，阻力系数 由下式求出：
对于紊流附面层的平板，阻力系数由下式求出：
对于附面层为层流转变为紊流的过渡区，阻力系数由下式求出：
三、其它形状物体的阻力系数(略)
第二节 临界速度
1. 沉降速度 ：物料从静止的流体中自由下落，最终
达到匀速向下 运动，把这一速度称为该物料的沉降