农业物料 第二章 基本物理参数.doc

第二章 基本物理参数
第一节 形状和尺寸
一 图形比较法：将物料的纵剖面和横剖面的形状与标准图形相比较以确定物料的形状。
常用术语：圆形、扁圆形、长椭圆、圆锥形、卵形、椭圆形、不对称、歪斜形、规则、不规则。

二．用类似的几何体表示
根据物料形状，用相似规则几何体表示，利用其计算公式计算物料的体积和表面积。

利用实验方法确定实际体积和表面积后，可确定实际值与计算值之间的比例系数从而确定各种农产品典型形状的校正系数。

三．形状指数：是把物体的实际形状与基准形状进行比较的一个物理量；
1.圆度比和圆度（roundness）：表示物体角棱的锐度，表明物体在投影面内的实际形状与圆形之间的差异程度。

2. 球度（sphericity）：表示物体实际形状与球体之间的差异程度。

四．形状系数：表示物体实际形状与球体之间的接近程度。

A1、A2、A3 —物体在三个垂直平面内的投影面积；Ac —平均投影面积

凸状物理论：

一般物料：

根据K 或 值可判别物料形状与球体间的差异。

五．轴向尺寸：
采用照片放大器或投影设备反映物料外形轮廓。物料的三维尺寸分别用a、b、c表示。三轴两两垂直但不一定相交。尺寸、形状密不可分。

六．粒径：用于表示粒状、粉状物料的形状和尺寸（单个颗粒的粒径或由不同尺寸粒子组成的粒子群的平均粒径）的一种方法。
1.单一粒径：

2. 平均粒径

3.粒径计算方法：
（1）粗颗粒平均粒径：

（2）细粉平均粒径：

调和平均径： 算术平均径：

六．曲率半径：曲率半径主要影响物料的接触应力、变形、物料孔隙率、体积和密度等。
（1）较大的水果和蔬菜的曲率半径：

R—曲率半径
—两固定测头间距
—固定测头与中间测头的高度差
（2）较小物料的曲率半径可用经验公式近似确定：

R—测定点的最小曲率半径
R’—测定点的最大曲率半径
H—物料厚度
L—物料长度

第二节 农业物料的密度及测量
一 密度的定义
1. 容积密度（Bulk density）：物料质量与其所占容器体积之比。
2. 粒子密度(Particle density)：物料质量与物料实际体积(包括物料内部空洞)之比。
3. 真密度(True density)：物料质量与除去物料内部孔隙后的物料体积之比。
二 农业物料密度的测量
1. 液浸法：将物料浸入容易浸润物料表面的液体中，测定物料排除液体的体积的方法求密度。
（一）悬浮法：（适用大块物料）

—浸液密度 — 物料密度
mol —容器浸液质量之和
msl —容器、浸液和浸入物料质量之和
ms —物料质量

（二）比重天平法: 利用分析天平或比重天平进行测试.

a. 物料比重大于浸液比重

b. 物料比重小于浸液比重

msl —物料在液体中质量
ms —物料和配重总质量
mo —配重质量
msl —物料和配重在液体中总质量
mol —配重在液体中质量
（三）比重瓶法（适用谷粒、种子等）
浸液要求：物料几乎不吸收该浸液；表面张力小；浸液对物料无溶解作用；沸点高，比重、粘度几乎不变；比重小，如甲苯、四氯化碳等。

mw —比重瓶装满蒸馏水时总质量
ml —比重瓶装满浸液时总质量
ρw—测量温度下的蒸馏水密度
ρl—浸液密度
mo —比重瓶质量
ms —比重瓶和物料质量之和
msl —比重瓶、物料、浸液三者质量之和

2. 气体置换法
（一）压力比较法：在物料放入气室前后，两气室压差保持不变

（二）定容积压缩法：容器体积发生相同变化，分别测定气室中装与不装物料时的压差，从而测定物料体积。

V —测量室体积 Pa—大气绝对压力
V0—定压缩体积 —无物料时压差
Vs—物料体积 —有物料时压差
（三）不定容积法（定压法）：气室中装与不装物料时，均保证气室体积发生变化时的气室压差保持恒定。

V1—无物料时达到给定压差时的容器体积变化量
V2—有物料时达到给定压差时的容器体积变化量
—压力差

3. 比重梯度法：
原理：根据物料在有一定密度梯度的液柱中的位置并通过标定曲线来确定其密度
仪器：比重计或标准浮子

x —物料在液柱中的位置
y、z—两个标准浮子的位置
—两个标准浮子的密度

三 农业物料密度的计算
1、已知物料组成成分

2、已知物料组成成分体积占总体积的百分数

rs—农业物料密度
mi—各组成成分的质量占总质量的百分数
ri—各组成成分的密度 V i—各组成成分体积占总体积的百分数
第三节 孔隙率
孔隙（空隙） ：物料间间隙
孔隙率ε：物料孔隙体积与物料总体积之比
孔隙比n：物料孔隙体积与物料实际体积之比
体积实体系数k：物料实际体积与物料总体积之比
孔隙率与物料形状、堆积或充填方式、物料尺寸分布、含水率、放置时间等因素有关。

孔隙率的测定：

第四节 比面积和比表面积
叶子、水果、蔬菜等的表面积直接反映其生长状况、产量、作业量大小及后期的热加工等的难易程度。
1、物料表面积及其测量
测量方法：（1）接触晒映；（2）方格纸；（3）投影测量；（4）光遮断法；（5）气流求积仪；（6）剪纸称重；（7）函数关系式
2、松散物料比表面积及测量 （1）透气法（2）涂层法

第五节 水分和活性
水分和水活度：对物料的外观、风味、硬度、流动性、加工及贮藏性能有很大影响。
1、水分(moisture)
自由水(free water)、结合水(bound water)

湿基含水率

干基含水率
2. 含水量的测定
常压恒温烘干法：适用于不含有易热解和易挥发成分的物料。
减压烘干法：适用于含有易热解但不含易挥发性油的物料。
甲苯蒸馏法：适用于含有易挥发性油和干性油的物料。
3.水活度(water activity)
平衡水分(equilibrium moisture)：物料在某一环境条件下，经过无限长时间后所具有的水分。
水活度：指物料在平衡水分时的环境相对湿度(ERH：environmental relative humidity)，即平衡相对湿度；也可表示为物料中水蒸汽压P和相同温度条件下纯水蒸汽压P0之比。

等温吸湿、解吸曲线 (sorption-desorption isotherms)：在给定温度下，以物料平衡含水量为纵坐标，以环境相对温度为横坐标所得的关系曲线。
在相同相对湿度下，平衡含水量：解吸 > 吸湿。即物料的含水量不仅取决于平衡相对蒸汽压，而且与趋近平衡状态的方向有关。