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1、*,*,單擊此處編輯母版標(biāo)題樣式,*,單擊此處編輯母版文本樣式,第二級(jí),第三級(jí),第四級(jí),第五級(jí),講稿,教材：,農(nóng)業(yè)工程概論,，張 偉主編，中國(guó)農(nóng)業(yè)出版社，,1997,年，第一版。,主要參考書(shū)：,1.,農(nóng)業(yè)物料學(xué),，周祖鍔主編，農(nóng)業(yè)出版社，,1994,年；,2.,農(nóng)業(yè)生物環(huán)境工程,，崔引安主編，農(nóng)業(yè)出版社，,1994,年；,3,.,農(nóng)產(chǎn)品加工機(jī)械與貯藏,，沈再春主編，農(nóng)業(yè)出版社，,1995,年；,4.,農(nóng)業(yè)系統(tǒng)工程,，朱永達(dá)主編，農(nóng)業(yè)出版社，,1993,年。,農(nóng)業(yè)工程概論,1,緒論,一 農(nóng)業(yè)工程與農(nóng)業(yè)的發(fā)展,1.,農(nóng)業(yè)的發(fā)展（時(shí)代的劃分）：,從,2000,多年以前,19,世紀(jì)中葉：,原始農(nóng)業(yè)（古

2、代農(nóng)業(yè)）；,19,世紀(jì)中葉,20,世紀(jì),40,年代（二戰(zhàn)結(jié)束）：,傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)（近代農(nóng)業(yè)）；,20,世紀(jì),40,年代,至今：現(xiàn)代農(nóng)業(yè)。,2,原始農(nóng)業(yè)，完全靠刀耕火種；傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)，有了引水灌溉和施用農(nóng)家肥；現(xiàn)代農(nóng)業(yè)，有了工業(yè)產(chǎn)品的武裝（化肥、農(nóng)藥、機(jī)械）。國(guó)外之所以稱(chēng)為“近代農(nóng)業(yè)”，是因?yàn)槟菚r(shí)也有了少量的半機(jī)械化、機(jī)械化農(nóng)具。,2,、農(nóng)業(yè)工程的發(fā)展：,1889年，美國(guó)人伯格首先發(fā)明了底盤(pán)與蒸汽機(jī)底盤(pán)相似的拖拉機(jī), “巴加”號(hào)拖拉機(jī),，由,芝加哥的,查特煤氣機(jī)械公司試制成功。1892年，美國(guó)衣阿華州的約翰,M,弗羅利奇，在辛辛那提市制造出第一臺(tái)作為農(nóng)用牽引機(jī)的內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)式拖拉機(jī)，這是一臺(tái)真正實(shí)用的拖拉機(jī)

3、，是著名的約翰迪爾式拖拉機(jī)前身。,3,4,5,1892年的拖拉機(jī),6,7,1904年，加利福尼亞的工程師霍爾特設(shè)計(jì)了 界上第一臺(tái)履帶式拖拉機(jī)，1907年，霍爾特創(chuàng)辦的拖拉機(jī)制造公司制造出世界上最早的以汽油內(nèi)燃機(jī)為動(dòng)力的履帶式拖拉機(jī)。這種拖拉機(jī)是當(dāng)時(shí)最成功的拖拉機(jī)，并成為數(shù)年后英國(guó)研制世界上第一種坦克時(shí)所參考的樣車(chē)。,輪式拖拉機(jī)的發(fā)明，最初是在鋼輪外加一層橡膠保護(hù)層，汽車(chē)輪胎誕生后，人們先后給拖拉機(jī)使用了實(shí)心和充氣胎。但汽車(chē)輪胎并不完全適用于拖拉機(jī)，一是汽車(chē)輪胎的溝紋過(guò)于淺細(xì)。二是人們發(fā)現(xiàn)拖拉機(jī)在輪胎氣不足時(shí)反而比氣很足時(shí)的軟地行駛性能更好。,1932年，美國(guó)的菲爾斯當(dāng)輪胎和橡膠公司生產(chǎn)出一種大

4、尺寸的高花紋低壓充氣橡膠輪胎。這是第一種真正適用于農(nóng)用拖拉機(jī)輪胎。,8,1908年產(chǎn)的履帶拖拉機(jī)（ 25,HP ）,9,1908年產(chǎn)的履帶拖拉機(jī)（,L20）,10,1912 年的履帶拖拉機(jī)（,Holt 30 ）,11,1914 年的履帶拖拉機(jī)（,Holt 30 ）,12,1917年產(chǎn)的履帶拖拉機(jī)（40,HP）,13,1917年,Holt,產(chǎn)的實(shí)驗(yàn)性履帶拖拉機(jī),14,1918年產(chǎn)的履帶拖拉機(jī)（,Holt45）,15,1928年產(chǎn)的毛毛蟲(chóng)（,Caterpillar）L20,履帶拖拉機(jī),16,1929年產(chǎn)的履帶拖拉機(jī)（毛毛蟲(chóng)6,0 ）,17,1977年毛毛蟲(chóng),D10,18,1913年的金屬輪拖拉機(jī),

5、19,1932年的橡膠輪胎拖拉機(jī),20,21,20世紀(jì)3050年代，發(fā)達(dá)國(guó)家已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了,機(jī)械化,。然后農(nóng)業(yè)工程向更高層次發(fā)展：即,設(shè)施農(nóng)業(yè),（打破了季節(jié)性、地域性的限制）,農(nóng)副產(chǎn)品加工,、貯運(yùn),農(nóng)業(yè)環(huán)境與資源保護(hù)（,保護(hù)性耕作,）,精確,農(nóng)業(yè),。,22,溫室,最早起源于中國(guó)，據(jù)前漢書(shū)召信臣傳記載，距今2000多年前的西漢時(shí)，當(dāng)時(shí)的皇都西安已在生有暗火的屋子里種植蔥、韭一類(lèi)蔬菜，可在冬季為皇宮提供新鮮蔬菜。這是世界上最早的溫室。發(fā)展到清代，溫室的形式和栽培技術(shù)已較成熟，除用于種植黃瓜等多種蔬菜外，還生產(chǎn)許多名貴花卉。,在歐洲，公元1世紀(jì)羅馬帝國(guó)已使用一種用云母片裝配的溫床，促成水果早熟和為宮廷生

6、產(chǎn)黃瓜。1599年，在荷蘭建成一棟栽培熱帶植物的溫室，這是歐洲最早的溫室之一。直到19世紀(jì)，溫室才在歐洲普及開(kāi)來(lái)，當(dāng)時(shí)有許多博物學(xué)家從熱帶地區(qū)把多種植物新種帶回北方寒冷的家鄉(xiāng)，同時(shí)玻璃制造技術(shù)發(fā)達(dá)也使建造框架式的日光溫室成為可能。,23,18361841年，英國(guó)德溫公爵的園丁領(lǐng)班帕克頓在備德貝郡查茲沃斯府邸建了一具大型溫室，在鐵、木框架上共鑲有7000多平方米的玻璃。1851年，在英國(guó)舉辦世界上首次萬(wàn)國(guó)博覽會(huì)時(shí)，帕克斯頓以他建造的溫室為藍(lán)本，為博覽會(huì)的主展館設(shè)計(jì)了著名的 “水晶宮”。,在現(xiàn)代的大型溫室中，已經(jīng)配有帶熱風(fēng)或濕冷風(fēng)的混風(fēng)設(shè)備，并采用噴灌、滴灌和地下灌溉等技術(shù)，有的還使用無(wú)土栽培法。

7、有的溫室還裝備有電腦控制系統(tǒng)，以變化的光照強(qiáng)度為中心，隨時(shí)調(diào)節(jié)室溫和空氣中二氧化碳濃度，或輔以濕度、風(fēng)速、溫度場(chǎng)乃至營(yíng)養(yǎng)液中無(wú)機(jī)鹽含量的調(diào)節(jié)，從而為作物創(chuàng)造適合生長(zhǎng)的最佳環(huán)境。,24,25,26,27,中國(guó)農(nóng)產(chǎn)品加工業(yè)的歷史源遠(yuǎn)流長(zhǎng)。早在戰(zhàn)國(guó)、西周、西漢的文獻(xiàn)資料中，對(duì)糧食制飴，葡萄釀酒，煎蔗為糖，大豆生產(chǎn)豆腐、醬油，牛奶制作奶酒等食品技術(shù)就有記載。,28,1976年在河南新鄭裴李崗出土的石磨盤(pán)。據(jù)考證，為7000,年前的新石器時(shí)期早期，比仰韶文化還要早,。,29,在沈陽(yáng)“老龍口,”,出土的正面為“陰陽(yáng)魚(yú)”造型的石磨群。是山西商人孟子敬于清代康熙元年（1662年），在沈陽(yáng)小東門(mén)外建的制酒作坊的

8、遺物。,30,31,5000年前（神農(nóng)氏,）的,榨油工具,32,風(fēng)力車(chē)、石磨等,33,晉代的水磨,34,35,36,37,公元前5000多年，中國(guó)就有了石磨,38,龍骨提水車(chē)，又叫翻車(chē)。是東漢靈帝（公元168-189年）畢崗創(chuàng)造的，直到20世紀(jì)50年代末，在江南農(nóng)村還能見(jiàn)到。,39,筒 車(chē),40,井 車(chē),41,保護(hù)性耕作是以,保水保土,為核心的少耕免耕、殘茬覆蓋、生物覆蓋和作物輪作相結(jié)合的技術(shù)體系，起源于20世紀(jì)30年代的美國(guó),基本概念:用大量,秸稈殘茬覆蓋,地表，將,耕作減少,到只要能保證種子發(fā)芽即可，并主要用農(nóng)藥來(lái)控制雜草和病蟲(chóng)害的一種耕作技術(shù),保護(hù)性耕作的起源與發(fā)展,42,保護(hù)性耕作的四

9、項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù),免耕播種技術(shù),深松技術(shù),秸稈殘茬覆蓋處理技術(shù),雜草控制技術(shù)。,43,1、,免耕法能夠形成小氣候優(yōu)勢(shì),2、保護(hù)性耕作改善土壤結(jié)構(gòu)，保蓄更多水分，提高土壤水分利用效率, 增加作物產(chǎn)量,3、,作物根茬覆蓋能固定表土，阻止土粒、沙塵的移動(dòng)，防止土壤風(fēng)蝕,有效,扼制沙塵暴的發(fā)生,4、,少免耕法減少機(jī)具在田間的耕作次數(shù)、降低成本，提高燃油利用率與經(jīng)濟(jì)效益,保護(hù)性耕作的意義,44,45,大型多梁牽引式免耕播種機(jī),46,47,48,“精確農(nóng)業(yè)”,(,Precision Agriculture),技術(shù)研究發(fā)展的驅(qū)動(dòng)力，是在所有耕地中發(fā)現(xiàn)的作物生長(zhǎng)環(huán)境和收獲產(chǎn)量實(shí)際分布的空間差異性。,精確種植的基本技

10、術(shù)至少要具備以下四項(xiàng)功能：隨時(shí)間或(及)空間變化采集數(shù)據(jù)；根據(jù)數(shù)據(jù)繪制數(shù)據(jù)電子地圖，即田間狀態(tài)圖，并加工、處理，形成管理設(shè)計(jì)(或作業(yè)執(zhí)行電子地圖，即對(duì)策圖)；精確控制田間作業(yè)；對(duì)精確種植的農(nóng)業(yè)效果、經(jīng)濟(jì)效益及環(huán)境效益進(jìn)行評(píng)估。,49,精確種植的技術(shù)包括以下內(nèi)容：全球定位系統(tǒng),GPS、,地理信息系統(tǒng),GIS、,計(jì)算機(jī)控制器、傳感器及遙感系統(tǒng),RS、,變量投入設(shè)備、繪制電子地圖及數(shù)據(jù)處理加工軟件、專(zhuān)家系統(tǒng),ES,及決策支持系統(tǒng),DSS,等軟件及硬件。,GIS,Geographical,Infromation,System,，,地理信息系統(tǒng)；,GPS,G1obal Positioning Syste

11、m,，,全球定位系統(tǒng)：,RSS,Remote Sensing System,，,遙感系統(tǒng)；,SS,Simulation System,，,模擬系統(tǒng)；,ES,Expert System,，,專(zhuān)家系統(tǒng)；,DSS,Decision Support System,決策支持系統(tǒng)；,ICS,Intelligence Contro1 System,，,智能控制系統(tǒng),50,51,52,二 農(nóng)業(yè)工程學(xué)科的性質(zhì)與任務(wù),1,、學(xué)科的發(fā)展：,1896,年，美國(guó)內(nèi)布拉斯加大學(xué) 農(nóng)學(xué)院，開(kāi)設(shè)“農(nóng)業(yè)工程概論”課程；, 1907,年，在美國(guó)的麥迪遜，成立美國(guó) 農(nóng)業(yè)工程學(xué)會(huì)（,America Society of Agricu

12、ltural Engineering. ASAE）；,隨后，在以后的,10,多年里，美國(guó)、加拿 大的許多大學(xué)都成立了“農(nóng)業(yè)工程系”。 農(nóng) 業(yè)工程系一般由工程學(xué)院和農(nóng)學(xué)院共 同領(lǐng)導(dǎo)，起初分兩個(gè)科目： 1.農(nóng)業(yè)工程（農(nóng)業(yè)工程科學(xué)） 2.農(nóng)業(yè)機(jī)械化（農(nóng)業(yè)工程技術(shù)）,53,學(xué)科的發(fā)展：機(jī)械,應(yīng)用與管理,耕作,土壤動(dòng)力學(xué),農(nóng)業(yè)物料的工程性質(zhì),農(nóng)田水利學(xué),農(nóng)村能源,農(nóng)村,電氣化,農(nóng)副產(chǎn)品加工,農(nóng)業(yè),系統(tǒng)工程,（計(jì)算機(jī)模擬、專(zhuān)家系統(tǒng)等）。,1996,年以前，農(nóng)業(yè)工程學(xué)科包括,9,個(gè)本科專(zhuān)業(yè)：,1.,農(nóng)業(yè)機(jī)械化；,2.,農(nóng)業(yè)建筑與環(huán)境工程；,3.,農(nóng)業(yè)電氣化與自動(dòng)化；,54,4.,農(nóng)田水利工程；,5.,土地規(guī)

13、劃與利用；,6.,農(nóng)村能源開(kāi)發(fā)與利用；,7.,農(nóng)產(chǎn)品貯運(yùn)與加工；,8.,水產(chǎn)品貯藏與加工；,9.,冷凍冷藏工程。,1996,年以后合并為,4,個(gè)本科專(zhuān)業(yè)：,1.,農(nóng)業(yè)機(jī)械化及其自動(dòng)化；,2.,農(nóng)業(yè)電氣化與自動(dòng)化；,55,3.,農(nóng)業(yè)建筑環(huán)境與能源工程；,4.,農(nóng)田水利工程。,2,.,性質(zhì)與任務(wù),農(nóng)業(yè)工程學(xué)科,是應(yīng)用物理科學(xué)、化學(xué)和生物科學(xué)及工程技術(shù)來(lái)研究、解決農(nóng)業(yè)生產(chǎn)及其過(guò)程的工程科學(xué)與工程技術(shù)。,即：,農(nóng)業(yè)工程學(xué)科,是將農(nóng)業(yè)與工程聯(lián)系起來(lái)，研究生物、生產(chǎn)、生態(tài)與物力、化學(xué)、管理的,邊緣學(xué)科,（性質(zhì)）。,56,農(nóng)業(yè)工程中國(guó)農(nóng)業(yè)百科全書(shū).農(nóng)業(yè)工程卷中指出：“農(nóng)業(yè)工程是,改善,農(nóng)業(yè)生產(chǎn)手段、生態(tài)環(huán)境

14、和農(nóng)村生活設(shè)施的各種工程技術(shù)、工程管理、工程理論的總稱(chēng)”（任務(wù),）。,三.,農(nóng)業(yè)工程師的素養(yǎng)和農(nóng)業(yè)工程學(xué)的研究方法,1.,必須具備,農(nóng)業(yè)生產(chǎn)及生物學(xué)基礎(chǔ)知識(shí),；（,生物系統(tǒng)的特點(diǎn),：隨時(shí)間變化；對(duì)環(huán)境有自適應(yīng)性。）,2.,必須具備,工程理論和工程訓(xùn)練,，掌握系統(tǒng)分析方法；（能力）,57,農(nóng)業(yè)工程屬于應(yīng)用學(xué)科：要,會(huì)綜合，會(huì)做科學(xué)試驗(yàn),；（綜合、實(shí)踐創(chuàng)新）,本課程的目的：,提供,有關(guān)農(nóng)業(yè)工程的基本概念、常識(shí)、,基本方法；進(jìn)一步深入了解各方面,內(nèi)容的必要線索。,58,世界農(nóng)業(yè)科技變革趨勢(shì),1,、由“平面式”向“立體式”發(fā)展,2,、由“石油型”向“生態(tài)型”發(fā)展,3,、由“自然式”向“,設(shè)施式,”發(fā)展

15、,4,、由“機(jī)械化”向“自動(dòng)化”發(fā)展,5,、由“農(nóng)場(chǎng)式”向“,公園式,”發(fā)展,6,、由“化學(xué)化”向“生物化”發(fā)展,7,由“單向性”向”綜合性”發(fā)展,59,我國(guó)農(nóng)業(yè)戰(zhàn)略布局,沿海地區(qū)和大中城市郊區(qū)要大力發(fā)展高效農(nóng)業(yè)。中部糧食主產(chǎn)區(qū)要抓住主銷(xiāo)區(qū)騰出部分糧食市場(chǎng)的機(jī)遇，擴(kuò)大優(yōu)質(zhì)糧食生產(chǎn)，提高糧食的綜合效益和市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。西部地區(qū)要發(fā)展特色農(nóng)業(yè)、旱作農(nóng)業(yè)和生態(tài)農(nóng)業(yè)。,60,第一章 農(nóng)業(yè)物料的工程性質(zhì),1,研究的意義,農(nóng)業(yè)物料,一般指：動(dòng)植物產(chǎn)品、加工成,品、半成品、以及與農(nóng)業(yè)作業(yè)有關(guān)的土壤、,肥料、農(nóng)藥等。（即：,產(chǎn)品,和,作業(yè)對(duì)象,）,意義,：有利于正確的設(shè)計(jì)工藝與設(shè)備；質(zhì)量,的評(píng)估。,2,農(nóng)業(yè)物料的

16、形態(tài)特征,一、尺寸和形狀,尺寸和形狀,61,（一）圓形和球形,圓度,式中：圓度表示與理想圓的接近程度；,r,指各棱角的曲率半徑；,R,值最大內(nèi)接圓的半徑。（,P6,圖,1-1,）,62,63,對(duì)于類(lèi)球體：,球度,=,d,i,d,c,式中：,d,i,指類(lèi)球體的最大投影面積圖形的最大,內(nèi)切圓直徑,d,c,指類(lèi)球體的最大投影面積圖形的最小,外接圓直徑,對(duì)于橢球：,球度,=,=,=,64,=,=,（二）尺寸的表示,（1,）粒徑（非類(lèi)球物料）,65,測(cè)定計(jì)算平均粒徑的簡(jiǎn)易方法：,粗顆粒的平均粒徑（可以一粒一粒的,分揀）,按表,1-2,的算法 會(huì)存在,d3d2d1d7d4d5,d6,的不同結(jié)果,粉狀物的平

17、均粒徑 （取為,50100,g,試樣）,66,67,（調(diào)和平均粒徑）,或用算術(shù)平均粒徑,相鄰篩子之間物粒的名義直徑,68,Xi,為,di,下方，,di+1,上方的物料占總質(zhì)量的百分?jǐn)?shù)。（權(quán)重）,應(yīng)根據(jù)測(cè)定的目的選用，如,（2,）單項(xiàng)尺寸的測(cè)定，用,69,（三）尺寸分布,可代表一批物料粒徑的平均尺寸,70,二、密度,一）真實(shí)密度（,true density）：,（成分、水含量等）,測(cè)量方法主要有,71,（二）容積密度（,bulk density）,與孔隙率（度）：,（物料總質(zhì)量與視在體積或稱(chēng)虛表容積之比）,孔隙度（率）,孔隙所占體積與整個(gè)物料所占體積之比,（孔隙比,孔隙體積與物料固體物質(zhì)體積之比

18、）,72,三、農(nóng)業(yè)物料形態(tài)特征在農(nóng)業(yè)工程中的應(yīng)用,（一）品質(zhì)評(píng)定：,1,谷物成熟程度（與尺寸有關(guān)）、雜質(zhì)含量,、,均勻度等與,有關(guān)；土壤緊實(shí)程度,2,牛奶放置時(shí)間長(zhǎng)，變大。,（二）確定物料清選和分級(jí)工藝,73,根據(jù),球度的大小影響滾動(dòng)性,尺寸形狀的差異影響選擇分選方法的設(shè)備由尺寸的分布規(guī)律，確定分選的可能性及篩孔的大小等,。,（,1,）,分,選可能性（分離程度）和孔型,（圖,1-4,不同的物料的尺寸,頻率分布曲線）,（,2,）,篩,孔（窩眼）大小的選擇：根據(jù)分選的,目,的,和要求確定（圖,1-5,）,（三）設(shè)計(jì)計(jì)量裝置或容器,根據(jù)容積密度,74,75,3,農(nóng)業(yè)物料的機(jī)械特性,一、應(yīng)力、應(yīng)變與破

19、壞,有助于選擇加工方法,（一）、應(yīng)力與應(yīng)變：,農(nóng)業(yè)物料的流變特性,是研究物料在外力作用下產(chǎn)生的,變形,和,流動(dòng),，以及載荷作用的時(shí)效。,76,變形,彈性變形；流動(dòng),：,流變特性用,應(yīng)力,、,應(yīng)變,和,時(shí)間,三個(gè)參數(shù)表示。,應(yīng)力松弛,指物料突然地變形到給定值并保持 不變時(shí)，應(yīng)力隨時(shí)間變化的函數(shù)關(guān)系。（與蠕變對(duì)應(yīng)）,東農(nóng),303,馬鈴薯的應(yīng)力松弛模量方程（,P11.,圖1-7,）彈性模量：,77,78,79,農(nóng)業(yè)物料的應(yīng)力,應(yīng)變關(guān)系，因農(nóng)業(yè)物料通常,等特點(diǎn)，而變得非常復(fù)（,P12.,圖,1-8,）。,具有,（二）農(nóng)業(yè)物料的破壞,（,1,）破壞的原因,機(jī)械力：擠壓、切斷、碰撞、顛簸等。,谷粒的損傷與

20、,受力大小,和,水分高低,密切相關(guān)（,P12.,圖1-9,）,其他應(yīng)力（物理化學(xué)的作用）：,熱應(yīng)力,（烘干與冷卻過(guò)程）；乙醇促使蘋(píng)果邊熟腐爛；,濕應(yīng)力,（西瓜番茄水分過(guò)大的裂口）。,80,81,物料自身的生化作用,呼吸代謝作用,在,溫度 濕度較高條件下（受傷后速度變快），導(dǎo),致生命縮短而壞死（呼吸加快，營(yíng)養(yǎng)消耗加,快）。甘薯受傷后呼吸量加大（,P13.,圖,1-10,）,82,（2）破壞的類(lèi)型：,切斷（,正切、斜切、歪切、滑切,）,粉碎（,擊磨,玉米；,壓磨,小麥、大,蒜）,去殼（,克剝,核桃；,熱脹應(yīng)力,松籽,、板栗；,撞擊,葵花籽）,碎土（,彎曲,犁地）,有害性破壞的防止,83,84,二、

21、流體動(dòng)力學(xué)特性,（,流體,以空氣、水,（形變介質(zhì)）為載運(yùn)體）與物料的輸送、裝,卸、分離等作業(yè)有關(guān)系,（一）流體對(duì)農(nóng)業(yè)物料的作用力,（）阻力與阻力系數(shù),根據(jù)因次（量綱）分析，流體的總阻力,C,為阻力系數(shù)（一般由試驗(yàn)確定）,85,A,為物體垂直于平面內(nèi)的投影面積,為流體密度,g/cm,3,V,為流體和物體的相對(duì)速度,m/s,阻力系數(shù):,86,87,動(dòng)力粘度的定義（,P21）,單位面積、單位速度梯度時(shí)所受到的剪力。,1,PaS（,帕,秒）,=10,P（,泊：達(dá)因,S/cm2；,克/,cmS）=1000CP(,厘泊；毫帕,秒),C=f(Re),的關(guān)系復(fù)雜，一般為,34,個(gè)區(qū)域,88,（）物料在流體（形

22、變介質(zhì)）中的臨界速度,（即:,重力-浮力,=,阻力,時(shí)的相對(duì)速度,V,0,）,球狀物體,重力,浮力：,時(shí),球體的體積和投影面積分別為,d,3,/6,和,d2/4，,一般情況下，,C0.44,89,非球狀物體,實(shí)驗(yàn)證明：當(dāng),Re,液體,氣體；水的導(dǎo)熱系數(shù)為,0.06,W/mK。,果蔬的導(dǎo)熱系數(shù) ：,肉類(lèi)：,=0.0798+0.00517M（,當(dāng)溫度為,0,60,，含水率,6080%,時(shí)）,（三）導(dǎo)溫系數(shù)（熱擴(kuò)散系數(shù)，,）：,反映導(dǎo)熱過(guò)程中物料導(dǎo)熱能力和儲(chǔ)熱能力間的關(guān)系，是衡量物料受熱后溫度傳導(dǎo)能力的重要參數(shù)。,121,（,單位：,m,2,/s,）,三、農(nóng)業(yè)物料熱特性的應(yīng)用,（一）設(shè)計(jì)烘干和冷卻工

23、藝參數(shù)和規(guī)范,供熱和升溫與比熱有關(guān),物料層的厚度和加熱均勻度與導(dǎo)熱系數(shù)有關(guān),熱特性跟溫度和水分的關(guān)系等,（二）品質(zhì)檢驗(yàn)：,如牛奶比熱,C=0.93,若偏離過(guò)大即為摻假或變質(zhì)。,122,5,農(nóng)業(yè)物料的電磁輻射特性,不同的物料對(duì)不同波有不同的反射、折射、繞射（衍射）、散射和吸收作用，能引起內(nèi)部組織和結(jié)構(gòu)的變化。,123,一、農(nóng)業(yè)物料的可見(jiàn)光特性,（約為,0.40.77,m）,（,一）反射特性：,光反射率 ：,I,0,和,I,R,分別表示射向物料總輻射強(qiáng)度和反射回的輻射強(qiáng)度（即單位面積上的光通量，,W/m,2,）。,（P27.,圖1-31,）,124,125,不同物料或同物料的不同發(fā)育階段其,R,不

24、相同。,為了消除物料外形、光源的強(qiáng)弱所產(chǎn)生的誤,差，通常采用兩種波長(zhǎng)的光測(cè)其反射率差。,R,或反射率比,R1/R2,作為判斷標(biāo)準(zhǔn)。,（二）光透射特性,透射率：,T=I,T,/I,0,100%,實(shí)際應(yīng)用中，常采用吸光度,126,能夠同時(shí)反映物料的外表特征和內(nèi)部密度等。,（三）延遲發(fā)光特性,物料經(jīng)過(guò)照射，使葉綠素分子離子化，產(chǎn)生自由電子，使最低能級(jí)的葉綠素放出延遲光然后，逐漸衰減（,P27.,圖1-32）。,127,二、,農(nóng)業(yè)物料的其它光輻射特性,（紅外光：,0.771000,m；,紫外光：,0.040.39,m）,紅外線輻射有顯著的熱效應(yīng)和較強(qiáng)的穿透力。,紅外輻射特性（,R、T、A,等）與物料的

25、厚度、結(jié)構(gòu)、密度、水分以及照射條件有關(guān)。,128,遠(yuǎn)紅外探測(cè)器，可探測(cè)森林火災(zāi)、作物長(zhǎng)勢(shì)和預(yù)報(bào)病蟲(chóng)害等。,紫外線輻射（,0.040.39,m），,有激發(fā)光現(xiàn)（不同物質(zhì)發(fā)出不同顏色的熒光），用于分揀、 鑒定純度等。,用近紅外光 譜分析法，可以快速、準(zhǔn)確測(cè)定物料的品質(zhì)和成分；,生物受適當(dāng)強(qiáng)度的紫外光照射，可促進(jìn)維生素,D,的轉(zhuǎn)化，有利于健康；過(guò)強(qiáng)的紫外線能消毒殺菌，但有害于健康。,129,三、農(nóng)業(yè)物料的其它,電磁輻射,特性,（一）微波（,0.10.01,m）,輻射特性,(,R、T、A,等),比短波顯著。,1,、原理,：,通過(guò)極性水分子振蕩，導(dǎo)致細(xì)胞膜破裂和細(xì)胞間的氫鍵松弛破壞而難以存活；但有時(shí)可能

26、激活細(xì)胞，增加種子發(fā)芽率等。,2,、用途,（二）,X,射線和放射性輻射波,1、原理：,穿透力強(qiáng)，使水和其它物質(zhì)電離，從而影響新陳代謝,130,2,、用途,：,推遲果菜完熟期；,推遲蘑菇破膜開(kāi)傘；,誘變育種；,殺菌保鮮（大蒜）。,四、電磁輻射的應(yīng)用,（見(jiàn),P29.,表,1-10,）,131,132,133,6,農(nóng)業(yè)物料的電特性和磁特性,一、生物電,受精蛋兩端電位差,植株受傷部分和完整部分間存在電位差，且傷勢(shì)嚴(yán)重，則電位升高。,134,(,0,和,C,0,為真空介電常數(shù)和電容。表示提高電容量的能力),(表示物料在交流電場(chǎng)中吸收電能轉(zhuǎn)化為熱能的能力,),二、介電特性,介電常數(shù)：,=D/E,(D,電通

27、量密度；,E,電場(chǎng)強(qiáng)度,),相對(duì)介電常數(shù),=/,0,=C/C,0,介質(zhì)損耗角正切：,135,用途,（見(jiàn),P31.,圖,1-34,）,136,充滿理想電解質(zhì)的電容器沒(méi)有能量消耗，其電流,Ic,超前電壓,V,為,90,0,。由于有了損耗，使電流,I,與電壓,V,的相位角減小，損耗角,增加。,（通常）在任何給定頻率下，電介質(zhì)可用理想電容和電阻,R,組成的并聯(lián)電路表示（見(jiàn)上圖）。,總電流,I,與外加電壓,V,之間的角度,稱(chēng)為相位角，,cos,稱(chēng)為功率系數(shù)，在,很小時(shí)，,tg,cos,。,137,圖1-34 稻谷介電常數(shù)與含水率的關(guān)系,138,三、電阻率（,m）,已知,實(shí)驗(yàn)得出，吸濕性物料有：,（水分傳

28、感器原理）,a,、,b,為物料特性常數(shù),=,f(,品種、密度、溫度等,),西瓜電阻率與含糖量的關(guān)系，,P31.,圖1-35,139,140,四、磁特性,用磁化水灌溉，可以增強(qiáng)根系的吸水性、有利于葉莖的生長(zhǎng)。,磁化的主要表現(xiàn)（作用）：,作物增產(chǎn)。例如，在播前612天，將小麥種子在3060,mT,（,毫特斯拉）磁感應(yīng)強(qiáng)度下進(jìn)行處理,數(shù)秒,，能夠,提高凈光合速率,。,141,減少耕翻作業(yè)的能耗。在犁鏵處安裝強(qiáng)磁性,源，可以使阻力,11.3%,；阻力波動(dòng)?。ú▌?dòng)系,數(shù)由,6.95%到1.99%,）。,增強(qiáng)土粒凝聚性。,土壤磁化率與有機(jī)質(zhì)的關(guān)系：,X=28.6+14.6Om(%) ，,相關(guān)系數(shù),r=0.

29、902；,磁化率,=,磁化強(qiáng)度,/,磁感應(yīng)強(qiáng)度，,磁感應(yīng)強(qiáng)度,磁性物質(zhì)中單位體積的磁矩,。,142,、電阻率,等）與含水量的關(guān)系。,（二）物料干燥 利用介電損耗原理。,采用高頻（,1150,MHz）,或超高頻,(,微波,)（9152450,MHz）,加熱更加優(yōu)越，如：含水量,17%,的蘑菇經(jīng)微波處理,5,分鐘，水分便可降到,5%,一下，而在一般烘房?jī)?nèi)則需,68,小時(shí)。,利用電特性（電導(dǎo)率,五、農(nóng)業(yè)物料電特性在農(nóng)業(yè)工程中的應(yīng)用,（一）含水率測(cè)定,143,微波加熱的原理,利用材料對(duì)電磁波的吸收進(jìn)行加熱，主要有高頻波（10,kHz,300MHz)；,微波(300,MHz,300000MHz),兩種電

30、磁波,。,水分、蛋白質(zhì)、糖類(lèi)、脂肪等都屬于電解質(zhì)，在電磁場(chǎng)中都會(huì)發(fā)生極化反應(yīng)。尤其是水分，是極性分子，在自由狀態(tài)下，分子呈雜亂排列，不顯電性，而在交變電場(chǎng)中，這些極性分子會(huì)隨著電磁場(chǎng)方向的變化而轉(zhuǎn)動(dòng)，當(dāng)這種變化頻率增加，水分子極化運(yùn)動(dòng)加快，因此產(chǎn)生摩擦熱。,家用微波頻率2450,MHz，,也就是說(shuō)水分子在1,s,內(nèi)發(fā)生180,0,的轉(zhuǎn)動(dòng),24.5,億次。,144,水分子在微波長(zhǎng)中極化運(yùn)動(dòng)示意圖,145,（三）質(zhì)量評(píng)定,測(cè)：,細(xì)胞組織材料的阻抗與電流頻率,146,147,用于：,（四）種子處理,148,7,農(nóng)業(yè)土壤的工程性質(zhì), ,周禮,中指出：“萬(wàn)物自生焉則曰土，以人所耕而樹(shù)藝焉則曰壤”。古書(shū),

31、說(shuō)文解字,對(duì)土的定義：“土者，地之吐生物者也”。并進(jìn)一步解釋?zhuān)骸岸蟮刂?，地之中”。即土壤位于巖石上，地面以下的大地表層；“”是“物出之形”，表示土壤能夠生長(zhǎng)植物。兩者合起來(lái)就是“土”。,本節(jié)主要內(nèi)容：土壤的形成；土壤的組成；土壤的性質(zhì)；土壤鹽堿化及其危害。,149,一、自然土與農(nóng)業(yè)土壤的形成,（一）自然土的形成：,巖石母質(zhì)微生物植物,五大自然成土因素：,母質(zhì)、氣候、生物、地形、時(shí)間。,自然土（5層）：,150,（二）農(nóng)業(yè)土壤的形成,土壤（,4,層）,二、土壤孔隙度、土壤水和空氣,土壤為三相體（見(jiàn)下圖）,：,151,（一）土壤孔隙度,土壤孔隙,152,土壤要求：總孔隙度為,30-60%,，非

32、毛管孔隙,10%,；毛管孔隙（含非活性孔隙）非毛管孔隙,=241,。,土壤孔隙度,=,土壤孔隙比：,153,（二）土壤水：,氣態(tài)水,孔隙中的水汽；,吸濕水,土壤顆粒表面由空氣中吸,取的水分子（約,20,個(gè)水分子厚，密度,為,1.,2,2,.4,，冰點(diǎn)為,78,）。,薄膜水,包容在吸濕水外面的水膜，,最大含量為吸濕水的,24,倍。外層,膜狀水可以被作物利用，但移動(dòng)緩,慢。,毛管水,重力水,154,155,三、土壤含水率和土壤狀態(tài),見(jiàn),P34.,表1-12；,P35.,圖1-38,。,含水量：由小,大,狀態(tài)： 固體,塑體,流體,力學(xué)特性：小,大,小,（三）土壤空氣：,相對(duì)濕度大，氧氣少，,CO,2

33、,多（是空氣中的,5,120,倍）。,土壤空氣增多，微生物活動(dòng)旺盛（尤其溫度較高時(shí)），有利于有機(jī)質(zhì)分解。,156,四、土壤的強(qiáng)度與破壞,土壤強(qiáng)度,不引起屈服應(yīng)變和破壞的,最大應(yīng)力。,外力,拉、壓、剪、穿透等,破壞,斷裂、壓縮、塑流等,土壤強(qiáng)度是變化的，不是定值。,質(zhì)地、含水量的不同；,由于孔隙的存在，難以準(zhǔn)確地衡量有,效截面積。,157,158,（一）抗剪強(qiáng)度（,S,）,據(jù)摩爾庫(kù)倫經(jīng)驗(yàn)公式：,S=C+,tg,(,類(lèi)似于物料摩擦力公式：,F=,+,fP,),159,式中：,C,粘結(jié)力；,正應(yīng)力；,內(nèi)摩擦角；,粘附力。,（二）承壓強(qiáng)度（支承能力）,基本公式：,P=K（,）,式中：,P,載荷壓強(qiáng)；,

34、Z,下陷深度；,n,與土壤性質(zhì)有關(guān)的常數(shù)；,K,考慮到,K,與承載面積有關(guān)，,故分為兩部分：,160,其中，,Kc,內(nèi)聚變形模量,，與面積有關(guān)；,K,摩擦,變形模量,，與面積無(wú)關(guān)；,b,矩形支承面的短邊或圓形半徑。,土壤下塑限,開(kāi)始表現(xiàn)可塑性時(shí)的含水量,（犁地的含水量應(yīng)在下塑限以下）,土壤上塑限,失去可塑性，開(kāi)始流動(dòng)時(shí)的,含水量,。,兩者之間的含水量范圍稱(chēng)為可塑性范圍， 兩者之差稱(chēng)為塑性值。,塑性值大的土壤，可塑性強(qiáng)。,五、土壤結(jié)持度,在不同水分下，土粒在外,力作用下的難移動(dòng)度。,161,土壤結(jié)持度與含水量有關(guān),水分影響土粒的,粘結(jié)力,和,粘附力,（,P37.,圖1-43,）。,162,土壤的

35、狀態(tài)從 干燥泥漿；其結(jié)持性依次為：堅(jiān)固、酥軟、可塑、粘韌、濃漿、薄漿。,通常為了減小機(jī)具的摩擦阻力（摩擦阻力約占總阻力的50%，而當(dāng)作業(yè)速度達(dá)到14.5,km/h,時(shí) 只占8%），常采取以下措施：,增加刃口的銳度；,涂聚四氟乙烯和尿素樹(shù)脂等；,電滲法：施以直流電場(chǎng)，使陰陽(yáng)離子向不同方向遷移；,163,六、土壤壓實(shí),基本公式：,式中：,A,壓縮系數(shù)；,P,壓力；,CP0=1,時(shí)的孔隙比，即單位壓力下的,e0。,P37.,圖1-44,，表示干、濕土的,P-e,變化趨勢(shì)。,在酥軟結(jié)持狀態(tài)下作業(yè)。（另外，還有,磁化犁、仿生犁等）,164,165,圖,1-45,，表示含水量對(duì)壓實(shí)程度的影響，,在壓,力一

36、定的情況下，一般當(dāng)含水量為飽和含水量的8085%時(shí)，最易壓實(shí),。,壓實(shí)的后果：,透水、透氣性，蒸發(fā)；,有機(jī)質(zhì)分解慢，對(duì)作物供氮不足；,耕作阻力，質(zhì)量；,影響產(chǎn)量。,166,減少壓實(shí)的措施：,復(fù)式作業(yè)；,免耕、少耕；,降低接地壓力；,定期深松；,施有機(jī)肥；,167,七、土壤的熱特性,C、,各參數(shù)的物理意義與1.4是一致的。但由于土壤中水分和空氣比一般物料多，熱特性波動(dòng)很大。,水分對(duì)土壤熱容量的影響見(jiàn),P38.,表1-13，,當(dāng)水分低時(shí)：,C：,砂土壤土粘土泥炭；,土壤,土壤含水量占持水量的（%）,0,20,50,80,100,砂土,粘土,泥炭,1.47,1.09,0.84,1.67,1.26,1

37、.40,2.01,2.20,2.34,2.43,3.01,3.31,2.64,3.77,3.94,168,圖1-46 水分對(duì)導(dǎo)熱系數(shù)和導(dǎo)溫系數(shù)的影響,169,當(dāng)水分高是：,C：,泥炭,粘土,壤土,砂土。, ,水置換了空氣，而水的熱容量大約是固相的,35,倍，是空氣的,3000,倍。,、：,砂土,壤土,粘土,泥炭。, ,水導(dǎo)熱系數(shù)是空氣的,26,倍，是固相的,1/31/4,，通常土壤導(dǎo)熱系數(shù)主要受含水量和松緊程度,的影響，其影響程度大于容積密度。,公式,和,是一致的，,C,乘以,即為單位容積的比熱。,170,通過(guò)測(cè)定,（,簡(jiǎn)單），可以研究導(dǎo)熱方面的變化。,實(shí)踐證明，常見(jiàn)作物種子發(fā)芽的最佳土溫平均

38、,25,。較高的土溫有利于豐產(chǎn)。,晝夜溫差大，有利于,根系發(fā)育,、,作物成,以及土壤與大氣中的,氣水交換,。因此，耕（肥、中耕）使土壤疏松，可以使,Cv,，,日照后升溫快。,關(guān)系式,的作用是：,171,八、土壤的鹽化和堿化,（一）鹽堿土分類(lèi),鹽化土,表層的中性鹽含量,0.2%,，對(duì)作物有,危害；,鹽土,表層的氯化鹽,0.6%,或硫酸鹽,2%,，危,害極大；,堿化土,表層含有堿性鹽，,PH8.5，,堿化度,（在水中的含量）,5%,；,堿土,表層含有堿性鹽，,PH8.5，,堿化度,20%,172,（二）鹽堿土成因,1、自然因素,含鹽高的母質(zhì)，由于水的蒸發(fā)，在隨雨流,到低洼處；,耐鹽力強(qiáng)的植物吸水時(shí)

39、吸收了鹽分，干枯時(shí)留在地表。,2、人為因素灌溉不當(dāng)、高位水庫(kù)（使地下水位抬高）、水旱間隔種植等，造成次生鹽漬化。,地下水位臨界高度，一般認(rèn)為：毛管深度+根系主要部分的分布深度。,173,（三）鹽堿土對(duì)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的危害,生理干旱,含鹽水的濃度大，植物吸,水難甚至“反滲”而凋萎；,鹽分毒性,腐蝕幼芽或使葉子干枯；,營(yíng)養(yǎng)失調(diào),影響植物對(duì)某些營(yíng)養(yǎng)元素的,吸收或生成難溶解的化合物；,惡化土壤理化性質(zhì),破壞團(tuán)粒結(jié)構(gòu)，干,時(shí)板結(jié)，濕時(shí)粘重，透氣性差。造成植物,出芽難、微生物活動(dòng)困難。,174,本章重點(diǎn)、難點(diǎn)：,1、農(nóng)業(yè)物料的機(jī)械特性；,2,、農(nóng)業(yè)物料特性在農(nóng)業(yè)工程中的應(yīng)用。,思考題：,1、農(nóng)業(yè)物料的基本特性；,2、含水量對(duì)農(nóng)業(yè)物料特性的影響。,175,