农业物料学-第一、二章-2011-2012
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《食品物性学》，李里特，中国农业出版社，1998 Physical Properties of Plant and Animal Materials, Mohsenin N.N. Gordon and Breach Science Publishers, Inc., New York, 1970 Thermal Properties of Foods and Agricultural Materials, Mohsenin N.N. Gordon and Breach Science Publishers, Inc., New York, 1980 Physical Properties ials(A Teaching Manual), Mohsenin N.N. Gordon and Breach Science Publishers, Inc., New York, 1981
农业物料物理特性
Physical Properties of Agricultural Materials
杨德勇
课程考核
• 课程讲授： 课堂讲授+部分实验 • 课程要求： 基本理论及应用、测试原理与方法 • 课程考核： 平时成绩（30%） 作业成绩（70%） • 联系方式： 公用邮箱：nywlwltx@ 密码：123456 个人邮箱：ydy@
物料的基本物理参数（形状、尺寸、体积、密度、孔隙率、 表面积、比表面积、含水率等物理参数） 固体物料的流变特性（应力—应变—时间关系及本构方程） 液体物料的流动特性（不同流体的粘度及其测量） 物料的流体动力学物性（流体阻力、临界速度） 散粒物料的力学物性（摩擦特性、流动特性、料仓压力）
农业物料学是随着农业工程发展的需要而在近几十 年内形成的一门新学科，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，也是农业工程学科的基础， 在农产品加工、农机工程及食品工程中应用 广泛。
农业物料学的研究内容
Heat Convection, Latif M. Jiji, Springer, 2006
Heat and Mass Transfer, Hans Dieter Baehr · Karl Stephan, Springer, 2006
Electronic Irradiation of Foods: An Introduction to the Technology, R. B. Miller, Springer, 2005
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，如：谷物、种子、果蔬、禽、蛋、奶、 油、烟、茶等。
组织结构 农业物料的性质 活体的生理活动 材料的组成成分
物料的物理特性 物料的生物生理特性 物料的化学特性
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。
S p de / dc
Sp —球度 de —与实际物体体积相等的球体的直径 dc —实际物体最小外接球直径或物体的 最大直径
S p di / dc
di —物体最大投影面中的最大内切圆直径 dc —物体最大投影面中的最小外接圆直径
S p (abc)1/ 3 / a d e / a
a, b, c—三维轴向尺寸（长度、宽度、厚度）
Electromagnetic Radiation Properties of Foods and Animal Materials, Mohsenin N.N. Gordon and Breach Science Publishers, Inc., New York, 1984
Physical Properties of Foods and Food Processing System, Lewis M.J., Ellis Horwood Ltd., Chichester(England), 1987 Engineering Properties of Foods, Rao M.A., Rizvi S.S.H., Marcel Dekker, Inc., New York, 1986 Thermal Processing of Bio-Materials, Tadeusz Kudra and Czeslaw Strumillo, Gordon and Breach Science Publishers, 1998 Physical Properties of Foods, Peleg M., Bagley E.B., AVI Publishing Company, Inc., Westport, Connecticut, 1981 Storage of cereal grains and their products (Fourth Edition), D. B. Sauer (Ed.), AOAC, St. Paul, MN., 1992
3、形状系数
A1 A2 A3 Ac 3
凸状物料
A1、A2、A3 —物体在三个垂直平 面内的投影面积 Ac —平均投影面积 Bannesen and Fenchel, 1948 Polya and Szega, 1951
23
V2 1 3 S 36
S 4 Ac
9 Ac 16
2、球度(sphericity)：表示物体实际形状和球 体间的差异程度。 3、形状系数(shape factor)：表示物体实际 形状与球体的接近程度。
1、圆度
圆度比(roundness ratio)
Rr r / R
Rr —圆度比 R —与物体投影面积相等的圆 的半径 r —物体投影面积中最小锐角处 的曲率半径 此处的投影面为最大投影面
a、b为椭圆的长、 短半轴； r1、r2为圆锥体 上下截面处半径； h为截头圆锥体 高度； r为球体直径
利用实验方法确定实际体积和表面积后，计算实际值与计算 值间的比例系数，从而确定典型形状的校正系数
三、形状指数
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。
13
V
23
K 0V
9 K0 16
—形状系数
13
1.21
1.21 / K
根据K 或 值可判别物料形状与球体间的差异。
该法适用于形状规则的较大物料。
三轴投影
物体平均投影面积与体积关系
四、轴向尺寸
小 麦
蚕 豆
绿 豆
燕 麦
扁 豆
棉 籽
菜 豆
豌 豆
荞 麦
参考书目：
《农业物料学》，周祖锷主编，农业出版社，1995 《农业物料学》，赵学笃等，机械工业出版社，1985 《农业流变学导论》，李翰如，潘君拯，农业出版社，1990 《粘性流体力学》，章梓雄等，清华大学出版社，1999
《非粘性流体力学 》，董曾南等，清华大学出版社，2003
Food Physics: Physical Properties –Measurement and Applications, Ludger O. Figura and Arthur A.Teixeira, Springer, 2007
Physical Properties of Foods, Serpil Sahin and Servet Gulum Sumnu, Springer, 2006
玉 米
大 豆
采用照片放大器或投影设备反映物料外形轮廓。物料的三维 尺寸分别用a、b、c表示。三轴两两垂直但不一定相交。尺寸、 形状密不可分。
五、粒径
粒径：颗粒的直径、大小或尺寸，用于表示粒状、粉状物料的 形状和尺寸（单个颗粒的粒径或由不同尺寸粒子组成的 粒子群的平均粒径）。 单一粒径 平均粒径
农业物料的热学特性（热学特性及其测定）
农业物料的光学特性（反射、透光、延迟发光特性及应用） 农业物料的电学特性（介电特性、静电特性）
第一章 基本物理参数
第一节 形状和尺寸 第二节 密度及测量
第三节 孔隙率
第四节 表面积和比表面积 第五节 水分和水活度
主
要
农
产
品
第一节 形状和尺寸
一、图形比较法(charted standards) 二、类似几何体表示法(resemblance) 三、形状指数(shape index) 四、轴向尺寸(axial dimensions) 五、粒径(particle dimension) 六、曲率半径(radius)
一、图形比较法
将物料的纵剖面和横剖面的形状与标准图形相比较以确定其形状
Shape
Description
Round（圆形） - approaching spheroid Oblate（扁圆形） - flattened at the stem end and apex Oblong （长圆形） - vertical diameter greater than the horizontal diameter Conic（圆锥形） - tapered toward the apex Ovate（卵形） - egg-shaped and broad at the stem end Oblique (lopsided)（歪斜形） - axis connecting stem and apex slanted Obovate（倒卵形） - inverted ovate Elliptical（椭圆形） - approaching ellipsoid Truncate（平头形） - having both ends squared or flattened Unequal（不对称） - one-half larger than the other Ribbed（肋形） - in cross section, sides are more or less angular Regular（规则） - horizontal section approaches a circle Irregular（不规则 - horizontal cross section departs materially from a circle
Fundamentals of Food Process Engineering (Third Edition), Romeo T. Toledo, Springer, 2007 Viscosity of Liquids: Theory, Estimation, Experiment, and Data, DABIR S. VISWANATH, Springer, 2007
1、圆度(roundness)
Rd Ap / Ac
Rd —圆度 Ap —物体在自然静止位置时的 最大投影面积 Ac —Ap的最小外接圆面积
Rd
r
r1 r2 r3 rn NR NR
r —物体各棱角处的曲率半径 R —最大内切圆半径 N —相加的棱角总数
2、球度(sphericity)
2
备注
b e 1 a
2
4 V (ab 2 ) 长球体 3
4 V (a 2 b) 扁球体 3
截头正 h 2 V (r1 r1 r2 r22 ) S (r1 r2 ) h 2 (r2 r1 ) 2 圆锥体 3
球体
V 4 3 r 3
S 4r 2
图形比较法
特点：直观、简单，但主观性强，个体差异较大
二、类似几何体表示法
根据物料形状，用相似几何体表示，利用其计算公式计算物 料的体积和表面积
形状 体积
2
表面积
ab S 2b 2 sin 1 e e
b2 1 e S 2a 2 log e e 1 e
农业物料物理特性
Physical Properties of Agricultural Materials
杨德勇
课程考核
• 课程讲授： 课堂讲授+部分实验 • 课程要求： 基本理论及应用、测试原理与方法 • 课程考核： 平时成绩（30%） 作业成绩（70%） • 联系方式： 公用邮箱：nywlwltx@ 密码：123456 个人邮箱：ydy@
物料的基本物理参数（形状、尺寸、体积、密度、孔隙率、 表面积、比表面积、含水率等物理参数） 固体物料的流变特性（应力—应变—时间关系及本构方程） 液体物料的流动特性（不同流体的粘度及其测量） 物料的流体动力学物性（流体阻力、临界速度） 散粒物料的力学物性（摩擦特性、流动特性、料仓压力）
农业物料学是随着农业工程发展的需要而在近几十 年内形成的一门新学科，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，也是农业工程学科的基础， 在农产品加工、农机工程及食品工程中应用 广泛。
农业物料学的研究内容
Heat Convection, Latif M. Jiji, Springer, 2006
Heat and Mass Transfer, Hans Dieter Baehr · Karl Stephan, Springer, 2006
Electronic Irradiation of Foods: An Introduction to the Technology, R. B. Miller, Springer, 2005
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，如：谷物、种子、果蔬、禽、蛋、奶、 油、烟、茶等。
组织结构 农业物料的性质 活体的生理活动 材料的组成成分
物料的物理特性 物料的生物生理特性 物料的化学特性
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。
S p de / dc
Sp —球度 de —与实际物体体积相等的球体的直径 dc —实际物体最小外接球直径或物体的 最大直径
S p di / dc
di —物体最大投影面中的最大内切圆直径 dc —物体最大投影面中的最小外接圆直径
S p (abc)1/ 3 / a d e / a
a, b, c—三维轴向尺寸（长度、宽度、厚度）
Electromagnetic Radiation Properties of Foods and Animal Materials, Mohsenin N.N. Gordon and Breach Science Publishers, Inc., New York, 1984
Physical Properties of Foods and Food Processing System, Lewis M.J., Ellis Horwood Ltd., Chichester(England), 1987 Engineering Properties of Foods, Rao M.A., Rizvi S.S.H., Marcel Dekker, Inc., New York, 1986 Thermal Processing of Bio-Materials, Tadeusz Kudra and Czeslaw Strumillo, Gordon and Breach Science Publishers, 1998 Physical Properties of Foods, Peleg M., Bagley E.B., AVI Publishing Company, Inc., Westport, Connecticut, 1981 Storage of cereal grains and their products (Fourth Edition), D. B. Sauer (Ed.), AOAC, St. Paul, MN., 1992
3、形状系数
A1 A2 A3 Ac 3
凸状物料
A1、A2、A3 —物体在三个垂直平 面内的投影面积 Ac —平均投影面积 Bannesen and Fenchel, 1948 Polya and Szega, 1951
23
V2 1 3 S 36
S 4 Ac
9 Ac 16
2、球度(sphericity)：表示物体实际形状和球 体间的差异程度。 3、形状系数(shape factor)：表示物体实际 形状与球体的接近程度。
1、圆度
圆度比(roundness ratio)
Rr r / R
Rr —圆度比 R —与物体投影面积相等的圆 的半径 r —物体投影面积中最小锐角处 的曲率半径 此处的投影面为最大投影面
a、b为椭圆的长、 短半轴； r1、r2为圆锥体 上下截面处半径； h为截头圆锥体 高度； r为球体直径
利用实验方法确定实际体积和表面积后，计算实际值与计算 值间的比例系数，从而确定典型形状的校正系数
三、形状指数
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。
13
V
23
K 0V
9 K0 16
—形状系数
13
1.21
1.21 / K
根据K 或 值可判别物料形状与球体间的差异。
该法适用于形状规则的较大物料。
三轴投影
物体平均投影面积与体积关系
四、轴向尺寸
小 麦
蚕 豆
绿 豆
燕 麦
扁 豆
棉 籽
菜 豆
豌 豆
荞 麦
参考书目：
《农业物料学》，周祖锷主编，农业出版社，1995 《农业物料学》，赵学笃等，机械工业出版社，1985 《农业流变学导论》，李翰如，潘君拯，农业出版社，1990 《粘性流体力学》，章梓雄等，清华大学出版社，1999
《非粘性流体力学 》，董曾南等，清华大学出版社，2003
Food Physics: Physical Properties –Measurement and Applications, Ludger O. Figura and Arthur A.Teixeira, Springer, 2007
Physical Properties of Foods, Serpil Sahin and Servet Gulum Sumnu, Springer, 2006
玉 米
大 豆
采用照片放大器或投影设备反映物料外形轮廓。物料的三维 尺寸分别用a、b、c表示。三轴两两垂直但不一定相交。尺寸、 形状密不可分。
五、粒径
粒径：颗粒的直径、大小或尺寸，用于表示粒状、粉状物料的 形状和尺寸（单个颗粒的粒径或由不同尺寸粒子组成的 粒子群的平均粒径）。 单一粒径 平均粒径
农业物料的热学特性（热学特性及其测定）
农业物料的光学特性（反射、透光、延迟发光特性及应用） 农业物料的电学特性（介电特性、静电特性）
第一章 基本物理参数
第一节 形状和尺寸 第二节 密度及测量
第三节 孔隙率
第四节 表面积和比表面积 第五节 水分和水活度
主
要
农
产
品
第一节 形状和尺寸
一、图形比较法(charted standards) 二、类似几何体表示法(resemblance) 三、形状指数(shape index) 四、轴向尺寸(axial dimensions) 五、粒径(particle dimension) 六、曲率半径(radius)
一、图形比较法
将物料的纵剖面和横剖面的形状与标准图形相比较以确定其形状
Shape
Description
Round（圆形） - approaching spheroid Oblate（扁圆形） - flattened at the stem end and apex Oblong （长圆形） - vertical diameter greater than the horizontal diameter Conic（圆锥形） - tapered toward the apex Ovate（卵形） - egg-shaped and broad at the stem end Oblique (lopsided)（歪斜形） - axis connecting stem and apex slanted Obovate（倒卵形） - inverted ovate Elliptical（椭圆形） - approaching ellipsoid Truncate（平头形） - having both ends squared or flattened Unequal（不对称） - one-half larger than the other Ribbed（肋形） - in cross section, sides are more or less angular Regular（规则） - horizontal section approaches a circle Irregular（不规则 - horizontal cross section departs materially from a circle
Fundamentals of Food Process Engineering (Third Edition), Romeo T. Toledo, Springer, 2007 Viscosity of Liquids: Theory, Estimation, Experiment, and Data, DABIR S. VISWANATH, Springer, 2007
1、圆度(roundness)
Rd Ap / Ac
Rd —圆度 Ap —物体在自然静止位置时的 最大投影面积 Ac —Ap的最小外接圆面积
Rd
r
r1 r2 r3 rn NR NR
r —物体各棱角处的曲率半径 R —最大内切圆半径 N —相加的棱角总数
2、球度(sphericity)
2
备注
b e 1 a
2
4 V (ab 2 ) 长球体 3
4 V (a 2 b) 扁球体 3
截头正 h 2 V (r1 r1 r2 r22 ) S (r1 r2 ) h 2 (r2 r1 ) 2 圆锥体 3
球体
V 4 3 r 3
S 4r 2
图形比较法
特点：直观、简单，但主观性强，个体差异较大
二、类似几何体表示法
根据物料形状，用相似几何体表示，利用其计算公式计算物 料的体积和表面积
形状 体积
2
表面积
ab S 2b 2 sin 1 e e
b2 1 e S 2a 2 log e e 1 e