论述农业物料学在农业工程中及发展趋势

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1、论电气工程的安全管理与质量控制 农业物料学课程论文题目： 论述农业物料学在农业工程中的应用及发展趋势 姓名： 专业班级： 学号： 论述农业物料学在农业工程中的应用及发展趋势摘要：本文章通过查阅大量有关农业物料学资料对农业物料学的起源与发展状况进行了介绍，综述了农业物料的基本物理特性、流体动力学特性、光学特性、电学特性以及热特性，介绍其各自在农业工程中的应用，并提出今后农业物料学的发展趋势及对今后的相关研究的一定建议。关键词：农业物料 农业工程 应用 发展趋势Abstract: The article through consulting a large number of relevant a

2、gricultural materials science data for studying the origin and development of agricultural materials are introduced, summarizes the basic physical properties of agricultural materials, fluid dynamics, optical properties, electrical properties and thermal characteristics, introduces its application i

3、n agricultural engineering, and puts forward the future agricultural development trend of material science and some suggestions for future related research.Key works: agricultural materials agricultural engineering application the development trend前言 农业物料是指农业生产和加工对象。它包括植物和动物物料，以及以它们为原料加工的半成品和成品。农业物料

4、的种类不同,其生理特征、理化特性千差万别。因界因素影响不同,呈现出的生物效应也不同。农业物料学是主要研究农业物料的基本物理参数、固体农业物料的流变特性、液体农业物料的流动特性、流体动力学特性以及热学、光学和电学特性等，由农业工程发展的需要而形成的的一门综合性基础学科，它为各种机械、设备、运输和质量检验等提供了合理的设计依据。这一学科的形成和发展，是农业工程学科领域深入发展的标志之一，同时，它也是农业工程学开拓了一个新的研究领域，对工农业生产都有着重要意义。1 农业物料学的起源与发展状况农业物料学研究的最早可以追溯1898年，美国的W. Airy发表的“谷物的压力”一文。随后，人们开始对农作物、

5、水果及食品的物理学特性陆续进行研究，这些世界上早期的较零星的物料学研究成果标志着农业物料学的起源。到了20世纪60年代初期，农业物料方面的研究才开始受到重视。欧、美、日等发达国家相继在该领域展开了研究，近几十年来，随着科学技术的迅速发展，美、日等国对物料物理学性质的研究更加重视，开展了大量的工作，由于微机、有限元计算及各种传感器测试等现代技术方法的发展和应用，大大提高了测试精度和理论分析的水平。我国也在20世纪80年代开始这方面的研究，并取得了一定的成绩，但与国际同类研究相比，在研究对象、测试方法、应用领域等方面均存在很大差距。目前也有多所农业院校开设农业物料学相关课程。2 农业物料的基本物理

6、特性及其在农业工程上的应用2.1 农业物料的基本物理特性农业物料的基本物理特性，主要包括物料的单元素尺寸、综合尺寸、外观形状和颜色、密度、空隙率、摩擦因数、表面特征、宏观和微观结构等。2.2 在农业工程上的应用农业物料的基本物理特性在农业工程上的应用甚广，简单地举几个例子，水果表面涂蜡处理必须知道水果的表面积大小；农药喷施剂量的确定也必须知道叶片面积的大小；按尺寸选种时，必须知道种子的粒度分布等等。这里的水果表面积、叶片面积、种子粒度分布都属于农业物料的基本物理特性。李诗龙研究了油菜籽的形态、结构、细胞组织、散体的密度、摩擦因数、弹性模量和泊松比以及渗透性和吸附性等物理特性，对油菜籽的预处理方

7、法和压榨工艺选择，提高油脂提取效率有重要的指导意义。王文奎对常见农产品的几何形态、纤维性、软脆性、硬脆性、塑韧性、弹性、粘附性等物理特性及相应的切片加工工艺进行了分析研究，给出不同物理性状农产品最佳切制加工工艺方法，为农产品深加工切片工艺装备的研发提供了技术支持。根据农产品物料的大小、形状、色彩、纹理、表面缺陷等基本物理特征，利用机器视觉技术可实现农产品品质检测和分级。3 农业物料的流体动力学特性及其在农业工程上的应用3.1 农业物料的流体动力学特性流动的流体在有物体存在时，流体将发生绕固体表面的绕流，流体与物体之间产生作用力。物料从静止的液体中行滑落，最终达到匀速向下运动的速度叫做该物料的沉

8、降速度，如果物体以物料沉降速度向上运动，则物料将会在某一水平上呈悬浮状态，此流体速度称为物料的悬浮速度。而沉降速度和悬浮速度统称为临界速度。3.2 流体动力学在农业工程上的应用将临界速度在农业物料的清选和分离、流体的输送方面作为物料的重要特性加以利用。因为物料中各组分的阻力系数或临界速度不相同，流体对其作用就也不相同，运动规律也不相同，所以利用阻力系数或临界速度的不同就可以实现物料的清选，从而把不同的组成成分分离并收集起来，这就大大减少了人工分离所需的劳动量。除此之外，农业物料的流体动力学特性也可以用在物料输送上，分为气力输送与水力输送。例如气流可以实现对颗粒物料的输送。成芳等人就理论分析了风

9、筛式清选装置的筛选流畅，试验研究了简易风筛式清选装置合理的筛面气流分布类型及其获得途径。一般的气力输送主要用于谷物，饲料和其他散粒体的输送，水力输送广泛应用于畜禽排泄物、饲料、水果、蔬菜、泥浆和岩石等的输送。在采用气力或水力清选分离或输送时，测定其在介质中的阻力特性及速度特性，对该系统的设计具有决定性作用。4农业物料的光学特性及其在农业工程上的应用4.1 农业物料的光学特性农业物料的光学特性主要是指农业物料对光的透过、反射、折射、吸收以及延迟发光的性能。光的反射率是反射光强度和入射光强度的比值，与物料的含水率有关，体现了物料对光的吸收特性。光的透过率是光从一个屋里上透过时，透过光强度与入射光强

10、度的比值，在实际使用中往往用透光率表示。研究农业物料的光学特性可了解它们的其它特征，例如成熟度、内部缺陷、组成物含量等。4.2 农业物料的光学特性在农业工程上的应用农业物料的光学特性在农业工程上的主要研究是利用各种物料对光的透过、反射等特性的不同，来估测内部状况。目前，已根据光的电原理制成各种检测装置，广泛应用于各种检测和分选。可用于物料颜色和成熟度检测,例如园艺产品成熟度、农产品颜色评定;成分分析,如谷物和肉类产品的含水量、牛奶脂肪含量等;内部缺陷检测,如苹果水心、马铃薯空心、鸡蛋中血点和小麦黒穗病检测等；自动化分选，如马铃薯和土块分离、颜色或成熟度自动化分选。精确的测定它们的光学特性，为农

11、业物料的质量评定和分级提供了重要的工程参数。5 农业物料的电学特性及其在农业工程上的应用5.1农业物料的电学特性农业物料的电特性是指农产品的电学物理性质，主要包括两类：一类是指在其内部存在某种能量而产生的电位差，另一类是指影响其所在空间的电磁场及电流分布的一些特性，如电阻、电导和介电特性等。农业物料属于活性生物体，不同种类物料的成分、含水率、密度、形状以及其他物理化学特性千差万别，其电学性的特点和测定值，有很大的差异。5.2 农业物料的电学特性及其在农业工程上的应用利用农业物料学的电学特性不仅可以进行农产品的品质检测、种子的处理、对食品进行加热与杀菌保鲜、农业物料的干燥与脱水。农产品的无损检测

12、技术是建立农产品质量和农产品安全的有效监控体系的关键技术之一。利用农产品的电特性可实现农产品含水率、损伤、品质等的快速无损检测。对食品进行加热和杀菌对于食品安全，延长食品的储藏事件、货价寿命都具有重要意义。利用农业物料的电特性可以上提高物料的干燥速度、节约能源消耗。所以测量农业物料的电特性是相当重要的。但在实际研究中，由于农业物料的多样性和组成成分的复杂性，农业物料的电特性也呈复杂多样的特点，电特性的测量有一定的复杂性。6农业物料的热特性及其在农业工程上的应用6.1 农业物料的热特性农产品尤其是食品，往往要经受各种热处理，包括干燥、冷却、脱水及烘烤等。物料热处理的核心是传热问题，它要涉及到热特

13、性：比热、导热率、热扩散率等。这些特性数据是物料热处理系统设计及设备设计的基本依据。研究方法是以传热学理论为基础，寻求适当的测试方法以获得某种物料的基础数据。6.2农业物料的热特性在农业工程上的应用热特性的应用主要在两个方面，一方面是在工程系统和设备的设计上，诸如肉制品的加热和脱水，水果蔬菜的冷却等设备的设计上，基于采用理论模型及数学分析方法，确定物质传递和导热值率，为设计提供了科学依据。同时，利用物料的冷却速度及半冷却时间等特性值，可作为判定冷冻系统性能优劣的重要指标。另一方面，利用加热冷却的方法以保持或改善农业物料或食品的品质。例如某些谷物经过热处理后可以促使较快地发芽；水果、蔬菜可藉此低

14、温抑制其酶及微生物的活力，从而提高保鲜能力。7 农业物料学的发展趋势农业物料学在农业工程中的应用越来越广泛，具有广阔的应用前景。其各种物理性质也在应用工程中有了显著的成果。但是在我国，对于农业物料学物理特性的研究还处在发展阶段，有许多基本研究工作有待完成，今后的研究目标及发展趋势硬有如下几个方面：7.1 基础研究在基础研究方面，引进某些应用工程材料的新的研究方法，善于向欧美等在这方面研究发达的国家学习，引进新技术，通过取长补短转换为自己的技术。7.2 应用研究一切研究以实际应用为落脚点，结合生产实际课题，开展应用性研究，将物理特性试测与技术开发结合起来，这是农业物料学发展的重要方向。7.3 绿

15、色化研究研究过程中要注意生物内部差异与外部环境的关系。在应用上对农业物料本身应不存在着损害，让其在毫无破损的结果上进行，达到应用的目的，实现所需的功能。8 结束语在最近的几十年里，我们对农业物料的研究开展了大量的研究工作，为各类机械、设备的设计和改进提供了原始数据，为发展以植物和动物为原料的新消费品提供了依据，为评定和控制产品的最后质量提供了新的方法，并在此基础上取得了很大的进步。它也为农业工程带来了一次大变革，为农业现代化装备水平提供了巨大的推动力。所以，积极开展农业物料学的相关研究和技术开发，具有相当重要的意义。参考文献1 张俐,马小愚,雷得天等.农业物料电特性研究进展J.农业工程学报,2

16、003,19(3):18-222 张和远,张淑珍.农业物料学的进展J.沈阳农业大学学报， 1989,20(4):452-4553 于恩中,孙彦君.农业物料学的发展展望J.中国科技信息,2007(3):54-57 4 姜瑞涉,王俊.农业物料物理特性及其应用J.粮油加工与食品机械,2002(1):35-375 崔清亮,郭玉明.农业物料物理特性的研究及其应用进展J.农业现代化研究，2007,28(1):124-1276 李诗龙.油菜籽的物理特性浅析J.中国油脂，2005,30(2):17-20.7 王文奎.不同几何形态与物理特性的农产品切制加工工艺技术初探J.农业工程学报,2004,20(6):35-39.8 胡玉才,袁泉.农业物料的电特性及其在农业工程中的应用J.农机化研究，1998,11(4):73-769 李陆星,李法德,张宜宝等.农业物料的电特性及其在农产品加工中的应用J.包装与食品机械,2006,24(5):38-41 页脚内容- 8 -