農(nóng)業(yè)工程概論農(nóng)業(yè)物料的工程性質(zhì)

1、1 講稿 2 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)。 3 原始農(nóng)業(yè)，完全靠刀耕火種；傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)，有了原始農(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)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）。國外之所產(chǎn)品的武裝（化肥、農(nóng)藥、機(jī)械）。國外之所 以稱為以稱為“近代農(nóng)業(yè)近代農(nóng)業(yè)”，是因?yàn)槟菚r(shí)也有了少量，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。的半機(jī)械化

2、、機(jī)械化農(nóng)具。 2、農(nóng)業(yè)工程的發(fā)展： 18891889年，美國人伯格首先發(fā)明了底盤與蒸汽機(jī) 底盤相似的拖拉機(jī) “巴加”號拖拉機(jī)，由芝 加哥的查特煤氣機(jī)械公司試制成功。18921892年， 美國衣阿華州的約翰M M弗羅利奇，在辛辛那 提市制造出第一臺作為農(nóng)用牽引機(jī)的內(nèi)燃發(fā)動 機(jī)式拖拉機(jī)，這是一臺真正實(shí)用的拖拉機(jī)，是 著名的約翰迪爾式拖拉機(jī)前身。 4 5 61892年的拖拉機(jī) 7 8 1904年，加利福尼亞的工程師霍爾特設(shè)計(jì)了 界 上第一臺履帶式拖拉機(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)年后英國研

3、制世界上第一種坦克時(shí)所參考的 樣車。 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。但汽車輪胎并不完全適用于拖拉機(jī)， 一是汽車輪胎的溝紋過于淺細(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，美國的菲爾斯當(dāng)輪胎和橡膠公司生產(chǎn)出 一種大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。 9 1908年產(chǎn)的履帶拖拉機(jī)（ 25HP ） 10 1908年產(chǎn)的履帶拖拉機(jī)（L20） 11 1912 年的履帶拖拉機(jī)（ Holt 30 ） 12 1914 年的履帶拖拉機(jī)（ Holt 30 ） 13

4、1917年產(chǎn)的履帶拖拉機(jī)（40HP） 14 1917年Holt產(chǎn)的實(shí)驗(yàn)性履帶拖拉機(jī) 15 1918年產(chǎn)的履帶拖拉機(jī)（Holt45） 16 1928年產(chǎn)的毛毛蟲（Caterpillar）L20履帶拖拉機(jī) 171929年產(chǎn)的履帶拖拉機(jī)（毛毛蟲60 ） 18 1977年毛毛蟲D10 191913年的金屬輪拖拉機(jī) 20 1932年的橡膠輪胎拖拉機(jī) 21 22 23 溫室最早起源于中國，據(jù)前漢書召信臣傳記 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

5、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 來，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。 24 18361841年，英國德溫公爵的園丁領(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 國舉辦世界上首次萬國博覽會時(shí)，帕克斯頓以他建造 的溫室為藍(lán)本，為博覽會的主展館設(shè)計(jì)

6、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)， 有的還使用無土栽培法。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、溫度場乃至 營養(yǎng)液中無機(jī)鹽含量的調(diào)節(jié)，從而為作物創(chuàng)造適合生 長的最佳環(huán)境。 25 26 27 28 中國農(nóng)產(chǎn)品加工業(yè)的歷史源遠(yuǎn) 流長。早在戰(zhàn)國、西周、西漢的文獻(xiàn) 資料中，對糧食制飴，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。 29 1976年在河南新鄭裴李崗出土的石磨 盤。據(jù)考證，為7000年前的新石器時(shí) 期早期，

7、比仰韶文化還要早。 30 在沈陽 “老龍口” 出土的正面 為“陰陽魚” 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 陽小東門外 建的制酒作 坊的遺物。 31 32 5000年前（神農(nóng)氏）的榨油工具 33 風(fēng)力車、石磨等 34 晉 代 的 水 磨 35 36 37 38 公元前5000多年，中國就有了石磨 39 龍骨提水車，又叫翻車。 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) 村還能見到。 40 筒 車 41 井 車 42 43 44 45 46 47 48 49 “精確農(nóng)業(yè)” (Precision Agriculture

8、)技 術(shù)研究發(fā)展的驅(qū)動力，是在所有耕地中發(fā) 現(xiàn)的作物生長環(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，即對策圖)；精 確控制田間作業(yè)；對精確種植的農(nóng)業(yè)效 果、經(jīng)濟(jì)效益及環(huán)境效益進(jìn)行評估。 50 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、專家系統(tǒng)ES及決策支持系統(tǒng)DSS等軟件及硬件。 GISGeographical Inf

9、romation System，地理信息系統(tǒng)； GPSG1obal Positioning System，全球定位系統(tǒng)： RSSRemote Sensing System，遙感系統(tǒng)； SSSimulation System，模擬系統(tǒng)； ESExpert System，專家系統(tǒng)； DSSDecision Support System決策支持系統(tǒng)； ICSIntelligence Contro1 System，智能控制系統(tǒng) 51 52 53 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，美國內(nèi)布拉斯加大學(xué) 農(nóng)學(xué)院，開設(shè) “農(nóng)業(yè)工程概論”課程； 1907年，在美國的麥迪遜，成立美國 農(nóng)

10、業(yè) 工程學(xué)會（America Society of Agricultural Engineering. ASAE）； 隨后，在以后的10多年里，美國、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)） 54 學(xué)科的發(fā)展：機(jī)械應(yīng)用與管理耕作土壤動力學(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)電氣化與自動化；

11、55 4.農(nóng)田水利工程； 5.土地規(guī)劃與利用； 6.農(nóng)村能源開發(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)本科專業(yè)： 1.農(nóng)業(yè)機(jī)械化及其自動化； 2.農(nóng)業(yè)電氣化與自動化； 56 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)來研究、解 決農(nóng)業(yè)生產(chǎn)及其過程的工程科學(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，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)）。 57 農(nóng)業(yè)工程中國農(nóng)業(yè)百科全書.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)

12、環(huán)境和農(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”（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；（ 生物系統(tǒng)的特點(diǎn)：隨時(shí)間變 化；對環(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） 58 農(nóng)業(yè)工程屬于應(yīng)用學(xué)科：要會綜合，會做科學(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、 基本方法；進(jìn)一步深入了解各方面 內(nèi)容的必要線索。 59 世界農(nóng)業(yè)科技變革趨勢 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 4、由“機(jī)械化”向“自

13、動化”發(fā)展 5、由“農(nóng)場式”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 60 我國農(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 區(qū)騰出部分糧食市場的機(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 場競爭力。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)。 61 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)對象） 意義：有利于正確的設(shè)計(jì)工藝與設(shè)備；質(zhì)量 的評估。 2 農(nóng)業(yè)物料的形態(tài)特征 一、尺寸和形狀 尺寸和形狀 62 （

14、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） Rm r m 1i i 異能夠反映相互之間的差 態(tài)能夠描述物料實(shí)體的形 63 64 對于類球 體： di dc 式中：di指類球體的最大投影面積圖形的最大 內(nèi)切圓直徑 dc指類球體的最大投影面積圖形的最小 外接圓直徑 對于橢球： 球度 = = 3/1 外接球體積 橢球體積 = 3/1 3 a 6 abc 6 65 = a 3/ 1 )abc( = （二）尺寸的表示 最大直徑 幾何平均直徑 （1）粒徑（非類球物料） ) 8 P 21( ) 7 P 11( 如表然后計(jì)算平均值

15、， 需先測定單一粒，群體平均直徑的計(jì)算， 如表單一粒徑的計(jì)算， 66 測定計(jì)算平均粒徑的簡易方法： 粗顆粒的平均粒徑（可以一粒一粒的 分揀） 200n M n M6 d ssn 3 s sn s 為顆粒個(gè)數(shù)，一般 為密度為總質(zhì)量， 按表1-2的算法 會存在d3d2d1d7d4d5 d6的不同結(jié)果 粉狀物的平均粒徑 （取為50100g試樣） 67 68 m 1i i i s d X 1 d （調(diào)和平均粒徑） 或用算術(shù)平均粒徑 m 1i iis )dx(d 相鄰篩子之間物粒的名義直徑 1iii d dd 1ii d d 69 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

16、定的目的選用，如 所對應(yīng)的粒徑） 中徑（粒徑總積分布達(dá)評定分級裝置時(shí)，用 質(zhì)量平均徑氣力輸送時(shí)，用 算術(shù)平均徑尺寸比較時(shí)，用 %50 d d d 50 6 1 （2）單項(xiàng)尺寸的測定，用 70 ，按過篩情況分組利用不同的孔徑的套篩 或圖 具，然后分級統(tǒng)計(jì)，卡尺、輪廓放大儀等量 21 （三）尺寸分布 可代表一批物料粒徑的平均尺寸 71 二、密度 一）真實(shí)密度（true density）： f V s t 實(shí)際體積 質(zhì)量 （成分、水含量等） 測量方法主要有 比重瓶法（粉末物料） 浮力法（小物體） 稱重法（大物體） 比重瓶法（粉末物料） 浮力法（小物體） 稱重法（大物體） 72 （二）容積密度（bul

17、k density）與孔隙率（度）： tsa V/m （物料總質(zhì)量與視在體積或稱虛表容積之比） 孔隙度（率） %100 V V %100)1 ( t v t a 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） 73 ) 1( 1 a t t a t a t a t s t v s v va v v v v v v v vv v e 孔隙度 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，變大。 （二）確定物料清選和分級工藝 74 根據(jù)球度的大小影響滾動性尺寸形狀的差

18、 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 75 76 3 3農(nóng)業(yè)物料的機(jī)械特性農(nóng)業(yè)物料的機(jī)械特性 一、應(yīng)力、應(yīng)變與破壞 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，以及載荷作用的時(shí)效。 77 變形彈性變形；流動： 塑性流動 粘性流動 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

19、 不變時(shí)，應(yīng)力隨時(shí)間變化的函數(shù)關(guān) 系。（與蠕變對應(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： t 2 . 1 e178. 0 t036. 0 e69. 178. 1 ) t ( E 78 79 80 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）。 水分 非均質(zhì)性 多相性 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 與冷卻過程）；乙醇促使蘋果邊熟腐爛；濕應(yīng)力 （西瓜番茄水分過大的裂口）。 8

20、1 82 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，營養(yǎng)消耗加 快）。甘薯受傷后呼吸量加大（P13.圖1-10） 83 （2）破壞的類型： 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 提高貯藏質(zhì)量降溫降濕充氮 防振動撞擊改善運(yùn)輸裝置和包裝 84 85 二、流體動力學(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）流體對農(nóng)業(yè)物料的作用力 摩擦阻力 形面阻力（壓差阻力） 阻力 升力

21、（浮力） 2 2 1 VCAP V （）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） 86 A為物體垂直于平面內(nèi)的投影面積 為流體密度 g/cm3 V為流體和物體的相對速度 m/s 阻力系數(shù): 為雷諾數(shù) 為系數(shù) e k e R ka R a C , Vd Re Vd Re 數(shù)）流體的粘度（動粘滯系 流體密度 流體和物體的相對速度 物體的特征尺寸 V d 87 88 動力粘度的定義（P21）單位面積、 單位速度梯度時(shí)所受到的剪力。 A dh dv F 1PaS（帕秒）=10P（泊：達(dá)因S/cm2； 克/cmS）=1000CP(厘泊；毫帕秒) C=f(Re)的

22、關(guān)系復(fù)雜，一般為34個(gè)區(qū)域 0 0 紊流壓，摩擦阻力 不可忽略形面阻力和摩擦阻力均 層流區(qū)小域，形面阻力 c b a 89 （）物料在流體（形變介質(zhì)）中的臨界速度 （即:重力-浮力=阻力 時(shí)的相對速度V0） 球狀物體 重力浮力： 時(shí) 2 0 2 1 VCAPgW sss CA g V ss )( 2 0 球體的體積和投影面積分別為d3/6 和d2/4， 一般情況下，C0.44 90 C gd V s )( 155. 1 0 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) ： dw MM)1 ( 肉類：=0.0798+0.00517M（ 當(dāng)溫度為0 6

23、0，含水率6080%時(shí)） （三）導(dǎo)溫系數(shù)（熱擴(kuò)散系數(shù)，）： 反映導(dǎo)熱過程中物料導(dǎo)熱能力和儲熱能力間 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)。 122 C dx dT dA dQ C sm Q Km msK Q / 2 3 （單位：m2/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若偏離過大即為摻假或變質(zhì)。 123 5 農(nóng)業(yè)物料的電磁輻射特性 不同的物料對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)

24、的變化。 124 一、農(nóng)業(yè)物料的可見光特性（約為0.40.77m） （一）反射特性： 光反射率 ：%100 0 I I R R I0和IR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/m2）。 （P27.圖1-31） 125 126 不同物料或同物料的不同發(fā)育階段其R不相同。 為了消除物料外形、光源的強(qiáng)弱所產(chǎn)生的誤 差，通常采用兩種波長的光測其反射率差。 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=IT/I0100% 實(shí)際應(yīng)用中，常采用吸光度 ) 1 log( T A 127 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

25、經(jīng)過照射，使葉綠素分子離子化，產(chǎn)生 自由電子，使最低能級的葉綠素放出延遲光然后， 逐漸衰減（P27.圖1-32）。 128 二、農(nóng)業(yè)物料的其它光輻射特性 （紅外光：0.771000m；紫外光：0.040.39m） 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）與物料的厚度、 結(jié)構(gòu)、密度、水分以及照射條件有關(guān)。 129 遠(yuǎn)紅外探測器，可探測森林火災(zāi)、作物 長勢和預(yù)報(bào)病蟲害等。 紫外線輻射（0.040.39m），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

26、促進(jìn)維 生素D的轉(zhuǎn)化，有利于健康；過強(qiáng)的紫外線能 消毒殺菌，但有害于健康。 130 三、農(nóng)業(yè)物料的其它電磁輻射特性 （一）微波（0.10.01m） 輻射特性(R、T、A等)比短波顯著。 1、原理： 通過極性水分子振蕩，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)可能激 活細(xì)胞，增加種子發(fā)芽率等。 2、用途 殺死有害微生物 率加熱：單位物料消耗功 2 2EtgfP （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 131 2、用途： 推遲果菜完熟期； 推遲蘑菇破膜開傘； 誘變育種； 殺菌保鮮（大蒜）。 四、電磁輻射的應(yīng)用（見P29.表1-10）

27、 r r r r r 132 133 134 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 mV73 20mV-15 雌性： 雄性： 植株受傷部分和完整部分間存在電位差， 且傷勢嚴(yán)重，則電位升高。 135 r (0和C0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電通量密度；E電場強(qiáng)度) 相對介電常數(shù) =/0=C/C0 r 介質(zhì)損耗角正切： CR I /I/tg 136 用途 測含水率 加熱物料 （見P31.圖1-34） 137 充滿理想電解質(zhì)的電容器沒有能量消耗，其電 流Ic超前電壓

28、V為900。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（見上圖）。 總電流I與外加電壓V之間的角度稱為相位角， cos稱為功率系數(shù)，在很小時(shí)， tgcos。 138 圖1-34 稻谷介電常數(shù)與含水率的關(guān)系 139 三、電阻率（m） A l R 已知 實(shí)驗(yàn)得出，吸濕性物料有： bawlog （水分傳感器原理） 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1-35 140 141 A l R 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。 磁化的主

29、要表現(xiàn)（作用）： 作物增產(chǎn)。例如，在播前612天，將小麥 種子在3060mT（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。 142 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?。ú▌酉?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=0.902； 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。 143 1 、 、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（1150MHz）或超高頻(微 波)（9152450MHz）加熱更

30、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，而在一般烘房內(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）含水率測定 144 微波加熱的原理 利用材料對電磁波的吸收進(jìn)行加熱，主要有高 頻波（10kHz300MHz)；微波(300MHz 300000MHz)兩種電磁波。 145 水分子在微波長中極化運(yùn)動示意圖 146 （三）質(zhì)量評定 測： 主頻 含水量電導(dǎo)率 碰傷電位差 細(xì)胞組織材料的阻抗與電流頻率 147 148 紫外線、靜電種子清選 微波軟化皮層提高發(fā)芽率)( 用于： （四）種子處理 149 7 農(nóng)業(yè)土壤的工程性質(zhì) 周禮中指出：

31、“萬物自生焉則曰土， 以人所耕而樹藝焉則曰壤”。古書說文解 字對土的定義：“土者，地之吐生物者 也”。并進(jìn)一步解釋：“二象地之上， 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 壤能夠生長植物。兩者合起來就是“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。 150 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。 巖石層 母質(zhì)層 沉積層 帶酸型的淋溶層 枯枝敗葉層 自然土（5層）： 151 （二）農(nóng)業(yè)土壤的形成 土壤（4層） 屑或母質(zhì)）底土層（自然風(fēng)化的碎

32、 狀態(tài)）心土層（保持自然土的 ）犁底層（ ）耕作層（ 10cm-5 20-15cm 二、土壤孔隙度、土壤水和空氣 土壤為三相體（見下圖）： 3 3 /5 . 10 . 1 /8 . 12 . 1 %6030 cmg cmg 粘質(zhì)土壤 砂質(zhì)土壤 容積密度 （其中非水即氣）孔隙占 152 45% 5% 50% 土粒45%有機(jī)質(zhì)5%孔隙50% （一）土壤孔隙度 土壤孔隙 m m m 100 1001 1 非毛管孔隙 毛管孔隙 非活性孔隙 153 土壤要求：總孔隙度為30-60%，非毛管孔隙 10%；毛管孔隙（含非活性孔隙） 非毛管孔 隙=24 1。 土壤孔隙度= %100)1 ( t a t v V

33、 V 土壤孔隙比： ) 1( 1 a t t a t a t a t s t v s v va v v v v v v v vv v e 孔隙度 154 （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，但移動緩 慢。 毛管水 重力水 155 156 三、土壤含水率和土壤狀態(tài) 見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： 相對濕度大，氧氣少，CO2多（

34、是空氣中的 5120倍）。 土壤空氣增多，微生物活動旺盛（尤其溫 度較高時(shí)），有利于有機(jī)質(zhì)分解。 157 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。 158 159 （一）抗剪強(qiáng)度（S） 據(jù)摩爾庫倫經(jīng)驗(yàn)公式：S=C+tg (類似于物料摩擦力公式：F=+fP) 160 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） n Z基本公式：P=K（ ） 式中：P載荷壓強(qiáng)； Z下陷深度； n與土壤性質(zhì)有關(guān)的常數(shù)；

35、K考慮到K與承載面積有關(guān)， 故分為兩部分： K b K K C 161 其中，Kc內(nèi)聚變形模量，與面積有關(guān)； K摩擦變形模量，與面積無關(guān)； b矩形支承面的短邊或圓形半徑。 土壤下塑限開始表現(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，開始流動時(shí)的 含水量。 兩者之間的含水量范圍稱為可塑性范圍， 兩者之差稱為塑性值。 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 力作用下的難移動度。 162 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）。 163 土壤的狀態(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、

36、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14.5km/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脂等； 電滲法：施以直流電場，使陰陽離子向 不同方向遷移； 164 六、土壤壓實(shí) PAC V V e t v lg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。 在酥軟結(jié)持狀態(tài)下作業(yè)。（另外，還有 磁化犁、仿生犁等） 165 166 圖1-45，表示含水量對壓實(shí)程度的影響，在壓 力一定的情況下，一般當(dāng)含水量為飽和含水量 的8085%時(shí)，

37、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，對作物供氮不足； 耕作阻力，質(zhì)量； 影響產(chǎn)量。 167 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； 168 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 性波動很大。 水分對土壤熱容量的影響見P38.表1-13， 當(dāng)水分低時(shí)：C：砂土壤土粘土泥炭； 169 圖1-46 水分對導(dǎo)熱系數(shù)和導(dǎo)溫系數(shù)的影響 170 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1/3 1/4，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。 v C C 公式和是一致的， C乘以即為單位容積的比熱。 171 通過測定（簡單），可以研究導(dǎo)熱方面的變 化。 實(shí)踐證明，常見作物種子發(fā)芽的最佳土溫 平均