基于数字图像技术的粮堆压力与孔隙率关系研究

边 浩，蒋敏敏*，刘超赛，尹 君

1.河南工业大学 土木工程学院，河南 郑州 450001

2.国家粮食和物资储备局科学研究院，北京 100037

粮堆孔隙率是影响储粮通风、粮堆内水分和热量迁移的关键参数[1-4]。大型仓储结构中，粮堆的孔隙率与温度、湿度、压力以及微生物等多场之间互相耦合影响，构成了粮堆储藏的生态环境[5-8]。粮仓储料孔隙率分布规律及其理论计算方法是研究粮堆多场耦合的关键基础问题之一。

目前粮堆孔隙率的研究采用了比重瓶法、压汞法、电化学法、浮力法、显微镜法、扫描法、光学法、声学法及气体置换法等[9-11]，使用较多的是气体置换法。田晓红[12]、王娟[13]使用计算法和比重瓶法测定了小麦试样整体孔隙率。唐福元[14]使用气体置换法测定了不同粮层深度的粮堆孔隙率，张小正[15]使用柱体切片法测定了粮堆切面孔隙率。然而现有的研究主要集中于静态孔隙率，即测试过程中粮堆上部压力不变，而粮仓内粮堆在装粮、卸粮等过程中，压力不断变化，孔隙必然也不断变化；同时现有的测试方法通常测试的是粮堆内平均孔隙率，不能测试不同区域孔隙率不均的情况[16-18]。

作者通过自行研制的粮堆压力孔隙试验装置，对粮堆施加不同的压力以模拟仓内不同位置的粮堆，采集粮堆图像，用阈值分割法区分粮食与孔隙，测定不同压力下的孔隙率，采用数字图像法和压缩理论法分别计算孔隙率，建立了压力与粮堆孔隙率之间的关系。得出高大粮仓不同深度处孔隙率的变化情况，为温度、湿度模拟和通风参数设计提供依据。……