农业物料学

农业物料学 （田海清）

判别物体的形状以后，它的体积和表面积可以用相应的公式计算。

体积和表面积按上述公式估算后，用实验方法确定物体的实际体积和表面积。 体积和表面积按上述公式估算后，用实验方法确定物体的实际体积和表面积。

形状指数是把物体的实际形状与基准形状，如球体和圆等，进行比较的一个物理量。

谷粒和种子一类较小的物料，可采用照片放大器或投影仪描绘其外形轮廓，并用三轴尺寸a、b、c表示物料的形状和大小。

★基本概念: 粒径是用来表示粒状或粉状物料的形状和尺寸的一种方法。粒径可分为表示单个粒子的单一粒径和表示许多不同尺寸粒子组成的粒子群的平均粒径。 1、粗颗粒的平均粒径计算

首先从试样中任意地广泛采集n个粒子（一般取200粒以上，越多越好），用普通天平测其总质量为 ,设粒子密度为 ，则平均粒径 可按下式计算

6m1/3 3

d ()50-100克左右）m d ns，用筛孔尺寸分别为 ss

n6 的m+1个筛子进行分级 , 设:则全部粒子的平均粒径可用调和平均径或算术平均径计算。调和平均径为 ： s

dn m

★密度的定义：物体每单位体积内所具有的质量称密度。物体的质量与同体积的 l 大气压、4℃的纯水的质量之比称比重。根据体积测定方法不同，密度有不同的定义。 xi

1

(

d

i 1

)

i

（一）容积密度（二）粒子密度（三）真密度 ； 从理论上讲，如果已知农业物料的组成成分，则密度可由下式计算：

例如：苹果的质量组成成分中，水为84.4%、糖为14.55%、脂肪为0.6 %、蛋白质为0.2%，则苹果的密度为： 第三节 孔隙率

松散物料如青贮、干草、谷粒和其它多孔物料在堆放或装入容器中时物料之间的间隙称为孔隙。松散物料孔隙所占体积和整个物料所占体积之比称为孔隙率。孔隙体积与物料固体物质体积之比称为孔隙比。在研究气流和热流运动时经常要用到这些参数。孔隙率和孔隙比之间存在以下的关系：

第二章 固体农业物料的流变特性

★流变学基本概念:

农业物料的流变特性是研究物料在外力作用下产生的变形和流动，以及载荷作用下的时效。流变特性用应力、应变和时间三个参数表示,把研究物体形变和流动的科学称作流变学。 1、物体在外力作用下的变形分类：弹性变形和流动。 2、流动分类：粘性流动和塑性流动。

3、弹性、粘性和塑性是用来描述农业物料流变特性的三种基本性质。

★理想弹性体的定义：是指当受到外力作用时，按比例产生形变；而在卸载后，形变则完全消失的物体。理想弹性体中应力和应变是成正比的。(1) 当理想弹性体受到外力作用时其应变立即达到相应的最大值，并且不随时间而变化，称这种应变为瞬时弹性应变。 (2) 当外力消除时应变立即全部消失，且卸载历程和加载历程完全重合。所以，我们把理想弹性体又称作线弹性体。 理想弹性体应力和应变关系可用虎克定律表示。

(1) 当虎克体在拉伸和压缩应力作用时，用下式求出弹性模量或杨氏模量：E=6/E------弹性模量或杨氏模量 6---------拉伸或压缩应力

(2) 当虎克体受到剪切应力时，用下式求出剪切模量或刚性模量：

G=I/r G---剪切模量或刚性模量 I-----剪切应力 r---剪切应变

(3) 当虎克体在静液压力作用下，用下式求出体积模量或不可压缩性:

K=P/ k----体积模量

P---精液压力

-----体积应变

如果液体的剪切应力τ和剪切应变速率 成正比，则这种液体称为理想粘性体或牛顿液体，并可用下式表示

在液体中剪切应变不仅与剪切应力大小有关，而且与剪切应力作用时间有关。液体在剪切应力作用下，剪切应变将随时间而不断增加，这种形变称作粘性流动。 ★塑性流动的定义：

物料在外力作用下，当剪切应力小于某个极限值时物料不会产生剪切应变；当剪切应力达到该极限值时物料即产生剪切应变，只要保持这个剪切应力，剪切应变将不断增加，把这种形变称为塑性流动。

应力松弛是指物料突然地变形到给定值并保持不变时，应力随时间变化的函数关系。 蠕变是指物料突然地受到一个给定应力值并保持不变时，应变随时间变化的函数关系。 在流变学研究中往往把前述的理想物体作为基本机械模型，并通过不同方式的组合来模拟物料实际流变特性。这些模型在某种程度上能定性地表示物料的流变特性。根据流变模型，最后可导出流变方程

式，利用流变方程式可解释和预测在各种加载条件下物料的性质。

在一个机械模型中，弹簧和阻尼器的数量以及它们连接方式可以变换，以表示不同类型的粘弹性体和显示在应力或应变作用下它们所具有的性质。于是，一个粘弹性物料取决于表示流变特性的弹簧和阻

尼器的数量,有若干个流变常数。对于粘弹性物料不存在一个简单的流变常数如弹性模量，因为弹性模量在整个加载或卸载时间范围内将是变化的，它是时间的函数。粘弹性物料的流变常数是用一个方程式表示的。

在流变学研究中所采用的流变模型有三个基本元件，即弹性元件、粘性元件和塑性元件，它们分别代表：

麦克斯韦模型在外力作用下，两个元件所受应力是相等的，总应变是两个元件应变之和

弹簧的应力和应变用 和 表示，阻尼器的应力和应变用 和 表示。

py

E

y

流变模型基本元件：

弹簧

阻尼器

摩擦块

流变方程： s E S v v

s：正应力 s：正应变 v：正应力

v：正应变

v：正应变速率

：粘性系数

p：正应力

y：屈服应力