2.3.5. Температуропроводность
характеризует скорость изменения температуры в зерне, его тепловую инерцию, способность за определенный срок выравнивать температуру в различных слоях насыпи зерна. Коэффициент температуропроводности а, м2/с рассчитывается по формуле:
где а – коэффициент температуропроводности, м2/с; – коэффициент теплопроводности зерна, (Вт/м · К); с – удельная теплоемкость, Дж/(кг К); – натура зерна, кг/м3.
Коэффициент температуропроводности зерновой массы зависит от показателей влажности зерна и его температуры и колеблется в пределах 8‑10 м2/с.
Имеются различия в коэффициентах тепло– и температуропроводности. Они заключаются в том, что первый коэффициент показывает, какое количество теплоты передается в единицу времени, т. е. характеризует теплоизоляционные свойства, а другой коэффициент – температуропроводность – скорость нагревания или охлаждения зерновой массы, т. е. теплоинерционные свойства. Между этими коэффициентами наблюдается следующая закономерность: коэффициент температуропроводности с увеличением коэффициента теплопроводности возрастает, а при увеличении удельной теплоемкости зерна и плотности зерновой массы уменьшается.
Из‑за низкой температуропроводности насыпей зерна колосовых культур они длительное время сохраняют температуру, приобретенную в период поступления на хранение. Примерно 3 месяца требуется для выравнивания температуры насыпи высотой 4 м в складе с температурой окружающего воздуха.
Низкая тепло и температуропроводность зерновой массы в технологии хранения рассматриваются и как положительное, и как отрицательное свойство зерновой массы.
Положительным фактором является то, что хранящиеся массы зерна могут долго находиться в охлажденном за зиму состоянии даже при повышенных весенних температурах воздуха в хранилищах, отрицательным – из‑за низкой температуропроводности при интенсивном дыхании зерновой массы и выделении значительного количества тепла может происходить ее концентрация в нижних слоях насыпи, что вызывает самосогревание зерна или семян.
Тепло в зерновой массе передается за счет теплопроводности в результате непосредственного соприкосновения зерен между собой и за счет конвекции тепла воздушным потоком. При конвекции происходит перемещение нагретых частиц воздуха межзерновых пространств в вышележащие слои зерновой массы. Нагретые частицы воздуха становятся легче и вследствие этого нагревают также зерно, перемещаясь в верхние слои зерновой насыпи.
Тепло при самосогревании нижних слоев зерновой массы быстро переходит в верхние слои за счет передачи его от зерна к зерну, а также за счет конвекции воздуха, поднимающегося вверх по скважинам насыпи от нагретого пласта зерна.
2.3.6. Теплоемкость
зерновой массы характеризуется удельной теплоемкостью – расходом тепла при нагревании 1 кг зерна на 1 °C. В зерне всегда присутствует какое‑то количество влаги, и вследствие этого теплоемкость зерна определяется как составляющая теплоемкостей абсолютно сухого зерна, равная 1,32‑1,55 кДж/(кг · К), и воды – 4,19 кДж/(кг К).
Удельная теплоемкость зерна рассчитывается как средняя величина между теплоемкостью абсолютно сухого зерна и воды по формуле:
где W – влажность зерна, %; Cв – удельная теплоемкость воды, кДж/(кг К); Сс – удельная теплоемкость сухого вещества зерна, кДж/(кг К).
Удельная теплоемкость зерна пшеницы невысокая и при влажности 10–15 % равна 1,8–2,1 кДж/(кг К).
Так как теплоемкость воды значительно выше теплоемкости сухого зерна, то с повышением его влажности показатель теплоемкости зерна возрастает.
При сушке зерна учитывают его теплоемкость. Наличие органических и других примесей в зерновой массе оказывает существенное влияние на теплофизические свойства зерновой массы, а следовательно, уравнения для определения теплофизических характеристик зерновой массы получены несколько эмпирически и применимы только в определенных границах. Хорошим подтверждением этому может служить расчет теплоемкости семян подсолнечника. Известно, что теплоемкость жира составляет 2050 Дж/(кг К), что вдвое превышает теплоемкость белков, углеводов и клетчатки. Так как в семенах отдельных сортов и партий подсолнечника содержание жира может резко варьировать, то для подсолнечника и показатель теплоемкости будет изменяться в широкой амплитуде.
Удельная теплоемкость при расчете процесса сушки и охлаждения влажных партий зерна и семян является важнейшим показателем теплофизических характеристик.