2.3.3. Плотность укладки и скважистость
В состав зерновой массы входит воздух, находящийся в свободных пространствах между отдельными зернами. Объем складской емкости, занимаемый зерновой массой, состоит из объема собственно зерна вместе с примесями и объема воздушных каналов, находящихся между ними. Объем собственно зерна вместе с примесями, выраженный в процентах от общего объема, занятого зерновой массой, называется плотностью укладки зерновой массы, а объем воздушных промежутков – скважистостью.
Рис. 48. Явление самосортирования зерна при заполнении (а) и опорожнении (б) силоса и устройства для устранения самосортирования; в – качающийся рассеиватель зерна; г – вращающийся конус с желобом; д – днище силоса с несколькими выпускными отверстиями и сборной воронкой; е – труба с отверстиями
Скважистость может быть рассчитана по одной из формул:
где W – общий объем зерновой массы; V – объем зерна с примесями; t – плотность зерновой массы.
Скважистость зависит от насыпной плотности зерна – массы единицы объема, заполненного зерном. Насыпная плотность, или объемная масса зерна, всегда ниже относительной плотности отдельных составляющих зерновую массу. Скважистость зерновой массы изменяется в зависимости от формы и выполненности зерна, состояния его поверхности, количества и состава примесей, а также от влажности. Наиболее высокая скважистость у насыпи семян подсолнечника – 60–80 %, зерна овса – 50–70 %, риса и гречихи – 50–65 %. Зерно пшеницы, ржи, проса и гороха укладывается более плотно, у этих культур скважистость составляет 35–45 %.
Воздух межзерновых пространств крайне необходим для сохранения жизнеспособности зерна. По воздушным каналам, образующимся за счет скважистости, в зерновой массе происходит перемещение воздуха и влаги, находящейся в газообразном состоянии. За счет скважистости через зерновую массу с большей или меньшей интенсивностью можно пропускать подогретый или охлажденный воздух, а с целью уничтожения вредителей хлебных запасов проводить фумигацию. Такой технологический прием, как активное вентилирование зерна и семян широко применяется в системе элеваторно‑складского хозяйства России.
Длительное хранение зерна, с большой высотой насыпи, увеличивает плотность его укладки, снижает скважистость и ухудшает в зерновой массе газообмен, что создает условия для снижения семенами всхожести и может привести к развитию процессов самосогревания.
Наряду с положительным значением скважистость имеет и негативное значение. Наличие в скважинах воздуха обуславливает низкую теплопроводность зерновой массы и слабый отток тепла, образующегося в процессе самосогревания. Скважины в зерновой массе создают великолепные условия для обитания вредителей хлебных запасов, защищают их от перепадов температур и переохлаждения в зимний период хранения зерна.
2.3.4. Теплопроводность
Свойство зерновой массы передавать тепло называется ее теплопроводностью.
Теплопроводность зерновой массы невысокая, т. к. ее компоненты (зерно и воздух) – плохие проводники тепла. Теплопроводящую способность характеризует коэффициент теплопроводности, показывающий, какое количество теплоты передается в единицу времени через единицу поверхности при изменении температуры на один градус на единицу длины материала:
где – коэффициент теплопроводности, Вт/(м К); Q – количество передаваемой теплоты, кДж; F – площадь поверхности, м2; t – время, с; t – разность температур, К; l – линейный размер, м.
Зерно плохо проводит тепло, коэффициент его теплопроводности колеблется в пределах от 0,12 до 0,3 Вт/(м · К), в то время, как, например, коэффициент теплопроводимости меди 300–390 Вт/(м · К). Межзерновые пространства зерновой массы на 30–70 % заполнены плохо проводящим тепло воздухом, имеющим, по сравнению с зерном меньшую, примерно в 8 раз теплопроводность. Поэтому теплопроводность у зерновой массы низкая – 0,08‑0,15 Вт/(м К). В практике хранения зерна плохая теплопроводность зерновой массы и семян позволяет длительное время сохранять их в охлажденном состоянии, а холод – дешевый и незаменимый консервант любой сельскохозяйственной продукции.
С повышением показателя влажности зерна теплопроводность зерновой массы также повышается. Из‑за низкой теплопроводности зерновой массы при сушке зерна кондуктивным методом возможен перегрев отдельных слоев зерна, снижается всхожесть семян, ухудшаются технологические достоинства зерна.