四角切圆进风口在浅圆仓粮面冷却中应用的探讨

杨 亮，高志航，褚阳阳，季 冰，陈传波

无锡中粮工程科技有限公司 (无锡 214035)

浅圆仓由于仓顶较薄、传热较快，故仓内粮食受外温影响较大。特别是靠近仓顶部分粮食的最高温度在夏季会达到30 ℃～33 ℃，极易因温差过大而引起结露，造成部分区域会出现粮食虫害聚集、霉变挂壁等储粮问题。目前多用粮面谷冷机送风或者自然进风，无导流措施，造成粮面通风时气流短路，会造成局部通风不畅，使得温差梯度偏大，与此同时远离送风口的位置需要靠导热降温，整体温度降下来需要的时间较长，电力消耗大。

现阶段四角切圆技术多用于大型煤粉炉，该技术可以使燃烧室增加燃烧流程，强化换热效果，降低燃烧室温度，从而提高燃烧效率，降低氮氧化物排放量[1]。四角切圆技术同时也可应用于数据中心的机柜冷却，在机柜四角竖直方向上设置自扰动装置，射流孔喷射出绝缘冷却液在水平方向上围绕服务器形成环流，形成的环流扰动与从机柜底上升的冷却液相混合，使冷却液围绕服务器螺旋式上升，增强了机柜内冷却液流程的扰动强度，在一定程度上扰动越强，换热性能越好，换热效率越高。在粮面冷却方面，可以采用四角切圆通风口，送出冷风主要集中在粮面，形成冷热气流分层；
送入冷风集中在粮面层，换热后的热风处于上层空间，不仅隔绝热空气向下扩散，同时可以使粮面无死角得到降温冷却，从而实现粮面控温系统节能高效，并保证粮面温度的均匀性。

1.1 浅圆仓通风现状

以浅圆仓为例，该仓直径23 m，装粮高度22.2 m。粮面采用冷机冷却，配套粮仓专用空调，每仓2套，制冷量15 kW，功率5.9 kW，出风口空气湿度、温度均可调节，设有回风管道，可对仓内低温空气进行循环利用。每仓配置4台轴流风机，风量12 812 m3/h，全压237 Pa，轴流风机抽出粮面上层空间的空气，达到通风换气目的。

粮面专用冷机与轴流风机安装示意见图1，粮面气流组织示意见图2，进风口为直吹粮面对称相对布置，在远离送风口处因气流短路而送风气流无法吹到的地方(图2中阴影部分)大约占粮面1/3的面积，整个粮面完全冷却需要通过导热才能使粮面降温，将会使专用冷却机或者通风机工作更长时间，造成电能的浪费。

图1 粮面专用冷机与轴流风机安装示意图

图2 粮面气流示意图

1.2 四角切圆通风口改造

将粮面上原通风口改为平行于粮面上布置，风口标高28 m，这样粮面气流会沿圆周做切线流动(如图3、图4)，同时借助仓壁可以成为导流器，粮面中心会形成低压区，从中间回风口流出，沿高度方向会形成螺旋流螺旋上升(如图5)，同时可以避免粮面低温区形成死角，可以快速的对粮面进行降温。出风口流速定为4 m/s，粮面上部换气量为16 277 m3/h，此时粮面上部空间换气次数高于8次/h。

图3 28 m风口布置以及粮面气流示意图

依据圆管喷射口计算，从每个出风口喷射出风到相邻出风口处轴心风速可衰减到0.5 m/s，不会对此出风口高速(4 m/s)气流流线造成扰动。并且每个喷口射流出速为4 m/s，可以对周围气流形成引射，诱导气流沿切圆周流动(如图3)。相邻喷射口距离为14 m，根据喷口射流计算，在14 m末端扩散半径已达4 m，喷出冷风可以吹进粮堆。喷口距粮面高度为2 m，经喷口射流计算，在据出风口2.75 m，沿出风口轴线位置射流扩散半径为2 m，此段以后吹出的凉风可以通过粮面深入到粮堆(如图5)。

图4 32 m平台设备管道示意图

按照专用制冷剂吹出冷风为低温10 ℃计算，冷风刚吹入粮面时温度为13 ℃，吹至据出风口14 m时温度衰减到几乎与粮面温度相当，不至于温度过低而使粮面下层30～50 cm处降温而结露，造成霉变。

根据喷口射流计算， 从每个出风口出风到相邻出风口所用时间为7.5 s，因此低温空气主要集中在粮面层，强化粮面层对流换热，强化粮面层的换热效率，中心区形成负压利于向上流动，可以使换热后的热空气隔绝到冷空气以上，可以降低换气次数并且保证粮面温度不超温。虽然气流流程增加，但空气粘度系数小，在浅圆仓上层空间一直处于层流流动，阻力增加可忽略，并且可以降低换气次数，可适当降低吹风出口流速，进一步降低仓面以上气流阻力，不需要更改送风设备规格型号即可满足要求。

图5 粮面四角切圆单个出风口沿高度方向气流示意图

四角切圆出风口可仅在20 s 吹遍整个粮面，而传统出风口则需要至少30 min才能把冷风传导整个粮面；
四角切圆出风口可使整个粮面温差维持在7 ℃以内，而传统出风口整个粮面温差可达12 ℃，甚至在死角处与出风口温差可高达15 ℃；
传统出风口的谷冷机采用(10 ℃/17 ℃)，而四角切圆出风口使粮面充分换热，可使谷冷机采用大温差(10 ℃/20 ℃)小流量冷却粮面，可节约至少20%的制冷量。

四角切圆技术可以增加气流贴粮面行程，强化粮面换热，还可以无死角环流冷却粮面，通过把大量冷量带入粮堆面层以下，保证粮面层的冷却通风。粮面层采用四角切圆，同时利用浅圆仓圆筒导流作用，可以在粮面上部空间形成气流立体分层，以及均匀的温度梯度，可以减少上层辐射热，起到隔绝部分辐射热量的作用。该技术提高了有效冷量的利用率，降低电耗，具有较好的推广价值。