農(nóng)業(yè)物料特性研究是農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)計(jì)、農(nóng)產(chǎn)品檢測(cè)、農(nóng)業(yè)物料包裝和儲(chǔ)存保鮮技術(shù)的研究基礎(chǔ),在現(xiàn)代農(nóng)業(yè)發(fā)展中具有重要的理論和實(shí)踐意義。本書(shū)從近代物理學(xué)理論、技術(shù)和方法運(yùn)用的角度出發(fā),重點(diǎn)介紹了農(nóng)業(yè)物料力學(xué)、熱學(xué)、光學(xué)及電學(xué)特性,為物料特性參數(shù)的選取和確定提供了科學(xué)的研究方法和測(cè)試依據(jù)。 本書(shū)可作為農(nóng)業(yè)機(jī)械化及其自動(dòng)化、生物工程、食品科學(xué)與工程、包裝工程、物流工程等專(zhuān)業(yè)本科生的學(xué)習(xí)用書(shū),也可供科研人員、工程技術(shù)人員、相關(guān)專(zhuān)業(yè)研究生和教師學(xué)習(xí)工作時(shí)參考。
適讀人群 :本書(shū)可作為農(nóng)業(yè)機(jī)械化及其自動(dòng)化、生物工程、食品科學(xué)與工程、包裝工程、物流工程等專(zhuān)業(yè)本科生的教學(xué)用書(shū),也可供科研人員、工程技術(shù)人員、相關(guān)專(zhuān)業(yè)研究生和教師作為參考。內(nèi)容權(quán)威、系統(tǒng)全面。
馬云海,吉林大學(xué)生物與農(nóng)業(yè)工程學(xué)院,教授,近年教學(xué)方面本人主講的課程有:農(nóng)業(yè)物料學(xué)等。主持與參加19余項(xiàng)國(guó)家省部項(xiàng)目,先后發(fā)表論文近50篇,其中SCI、EI收錄30篇。獲授權(quán)國(guó)家發(fā)明專(zhuān)利15件,并已實(shí)施,等等。正在參加的科研項(xiàng)目為國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目“生物纖維增強(qiáng)低樹(shù)脂摩擦材料的結(jié)構(gòu)仿生及摩擦學(xué)行為”、教育部新世紀(jì)優(yōu)秀人才支持計(jì)劃項(xiàng)目“仿生表面耦合設(shè)計(jì)與試驗(yàn)研究”等。獲2011年度教育部高等學(xué)校優(yōu)秀成果獎(jiǎng)技術(shù)發(fā)明二等獎(jiǎng),本人排名為第2位,題目:“農(nóng)業(yè)機(jī)械土壤工作部件節(jié)能增效仿生技術(shù)”、2013年度吉林省技術(shù)發(fā)明一等獎(jiǎng),本人排名為第2位,題目:“仿生幾何結(jié)構(gòu)表面技術(shù)及其在農(nóng)業(yè)機(jī)械中的應(yīng)用”等等。
第一章緒論
一、研究對(duì)象與任務(wù)001
二、農(nóng)業(yè)物料與工程材料的區(qū)別001
三、農(nóng)業(yè)物料學(xué)的進(jìn)展與應(yīng)用001
四、本課程的主要內(nèi)容001
第二章農(nóng)業(yè)物料的基本物理參數(shù)
第一節(jié)形狀和尺寸表示法004
一、圖形比較法004
二、類(lèi)似幾何體表示法005
三、軸向尺寸表示法006
四、粒徑表示法006
第二節(jié)密度測(cè)量法009
一、密度的定義009
二、密度的測(cè)量010
三、農(nóng)業(yè)物料的密度014
第三節(jié)孔隙率和表面積測(cè)量法015
一、松散物料的孔隙率及測(cè)量015
二、農(nóng)業(yè)物料的表面積及測(cè)量016
三、松散物料的比表面積及測(cè)量017
第四節(jié)含水率定義和表示法018
一、農(nóng)業(yè)物料的含水率018
二、水的活性019
第三章固體農(nóng)業(yè)物料的流變特性
第一節(jié)理想物體的流變特性021
一、理想彈性體的基本力學(xué)特性022
二、理想黏性體的流變特性023
三、理想塑性體的流變特性024
第二節(jié)黏彈性024
第三節(jié)流變模型和流變方程式025
一、單要素模型025
二、麥克斯韋模型(Maxwell model)026
三、開(kāi)爾文模型(Kelvin model)028
四、多要素模型029
五、廣義模型031
第四節(jié)固體農(nóng)業(yè)物料的流變性質(zhì)及其測(cè)定035
一、農(nóng)業(yè)物料力?變形關(guān)系曲線(xiàn)035
二、農(nóng)業(yè)物料的彈性參數(shù)測(cè)定036
三、農(nóng)業(yè)物料的彈塑性參數(shù)及測(cè)定040
四、農(nóng)業(yè)物料的黏彈性參數(shù)及測(cè)定041
五、農(nóng)業(yè)物料的模擬試驗(yàn)047
第四章液體農(nóng)業(yè)物料的流動(dòng)特性
第一節(jié)液體農(nóng)業(yè)物料的分類(lèi)及其流動(dòng)特性050
一、牛頓流體及其黏度051
二、準(zhǔn)黏性流體和表觀黏度052
三、塑性流體和準(zhǔn)塑性流體054
四、觸變性流體和膠變性流體055
五、黏彈性流體056
第二節(jié)液體農(nóng)業(yè)物料流動(dòng)性質(zhì)測(cè)定057
一、細(xì)管法流動(dòng)特性測(cè)定原理057
二、旋轉(zhuǎn)法流動(dòng)特性測(cè)定原理063
三、振動(dòng)法確定黏彈性液體的流動(dòng)特性068
第五章農(nóng)業(yè)物料的流體動(dòng)力學(xué)特性
第一節(jié)阻力和阻力系數(shù)069
一、球體的阻力系數(shù)070
二、平板的阻力系數(shù)071
三、其他形狀物體的阻力系數(shù)071
第二節(jié)臨界速度072
一、計(jì)算法確定物料的臨界速度072
二、查表法確定物料的臨界速度074
三、實(shí)驗(yàn)法確定物料的臨界速度076
第三節(jié)物料動(dòng)力學(xué)特性在農(nóng)業(yè)工程中的應(yīng)用078
一、農(nóng)業(yè)物料的清選和分離078
二、氣力輸送080
三、水力輸送082
第六章農(nóng)業(yè)散粒物料的力學(xué)特性
第一節(jié)概論084
第二節(jié)散粒物料的摩擦學(xué)特性087
一、滑動(dòng)摩擦角087
二、滾動(dòng)穩(wěn)定角090
三、休止角090
四、內(nèi)摩擦角092
第三節(jié)散粒物料的力學(xué)特性096
第七章農(nóng)業(yè)物料的熱學(xué)特性
第一節(jié)傳熱的基本形式102
一、熱傳導(dǎo)102
二、熱對(duì)流104
三、熱輻射106
第二節(jié)農(nóng)業(yè)物料的熱學(xué)特性參數(shù)107
一、農(nóng)業(yè)物料的比熱108
二、農(nóng)業(yè)物料的熱導(dǎo)率110
三、農(nóng)業(yè)物料的導(dǎo)溫系數(shù)113
第三節(jié)在農(nóng)業(yè)工程中的應(yīng)用114
一、熱學(xué)特性的測(cè)量114
二、農(nóng)業(yè)物料的干燥118
三、農(nóng)業(yè)物料的冷卻120
第八章農(nóng)業(yè)物料的光學(xué)特性
第一節(jié)農(nóng)業(yè)物料與光的特性122
一、光的本性123
二、光的透過(guò)與吸收123
三、光密度124
四、光反射特性124
五、熒光和延遲發(fā)光特性124
六、光的擴(kuò)散現(xiàn)象124
七、光的散射125
八、光的色散126
九、光傳輸模型126
第二節(jié)農(nóng)業(yè)物料的光學(xué)測(cè)定原理與方法127
一、透光特性的測(cè)定127
二、反射光特性的測(cè)定130
三、延遲發(fā)光特性的測(cè)定131
四、近紅外測(cè)定132
第三節(jié)農(nóng)業(yè)物料光學(xué)性質(zhì)的工程應(yīng)用134
一、顏色和成熟度分析134
二、物料化學(xué)成分的分析135
三、農(nóng)產(chǎn)品損傷缺陷檢測(cè)137
四、自動(dòng)分級(jí)和分選138
五、水果和蔬菜品質(zhì)無(wú)損檢測(cè)141
第九章農(nóng)業(yè)物料的電學(xué)特性
第一節(jié)基本概念143
一、電阻和電導(dǎo)143
二、介電特性144
三、靜電特性146
四、生物電147
第二節(jié)農(nóng)業(yè)物料電學(xué)特性的測(cè)定147
一、農(nóng)業(yè)物料的介電特性147
二、農(nóng)業(yè)物料介電特性的測(cè)定150
三、農(nóng)業(yè)物料其他電學(xué)特性及測(cè)定152
第三節(jié)在農(nóng)業(yè)工程中的應(yīng)用154
一、含水率的測(cè)定154
二、介質(zhì)的加熱和干燥154
三、農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量評(píng)定的控制155
四、種子的電處理156
參考文獻(xiàn)158
農(nóng)業(yè)物料是指在種植、養(yǎng)殖及其產(chǎn)品加工中涉及的各種有機(jī)體,包括植物物料及產(chǎn)品——根、莖、葉、種子和果實(shí),動(dòng)物物料及產(chǎn)品——肉、骨、蛋和奶等。研究農(nóng)業(yè)物料的物理參數(shù)、力學(xué)、熱學(xué)、光學(xué)和電學(xué)特性,對(duì)于采用相關(guān)技術(shù)手段進(jìn)行播種、收獲、清選、輸送、干燥、冷凍、儲(chǔ)存和品質(zhì)檢測(cè)等農(nóng)業(yè)裝備設(shè)計(jì)、農(nóng)產(chǎn)品加工和質(zhì)量控制具有重要的意義。農(nóng)業(yè)物料的研究歷史悠久,早在1893年,美國(guó)的科研工作者已開(kāi)始對(duì)農(nóng)作物、水果及食品的物理特性進(jìn)行研究,但早期研究在當(dāng)時(shí)的技術(shù)條件下沒(méi)有得到很好的發(fā)展。到20世紀(jì)60年代初期,由于美國(guó)水果及蔬菜生產(chǎn)機(jī)械化的發(fā)展,亟需了解水果及蔬菜的物料特性作為農(nóng)業(yè)機(jī)械裝備的設(shè)計(jì)依據(jù),農(nóng)業(yè)物料的研究逐漸得到重視,美國(guó)農(nóng)業(yè)工程協(xié)會(huì)將物料物理學(xué)性質(zhì)列為一項(xiàng)研究分支,并且定期開(kāi)展學(xué)術(shù)活動(dòng)。
近幾十年來(lái),隨著科學(xué)技術(shù)的迅速發(fā)展,美、日、歐等對(duì)物料性質(zhì)的研究更加重視,并開(kāi)展了大量的工作,由于計(jì)算機(jī)及現(xiàn)代測(cè)試技術(shù)等的發(fā)展和應(yīng)用,農(nóng)業(yè)物料的測(cè)試精度和理論分析水平有了顯著提高,逐步形成一門(mén)多學(xué)科交叉的新興學(xué)科——農(nóng)業(yè)物料學(xué)。農(nóng)業(yè)物料學(xué)是運(yùn)用近代物理學(xué)理論、技術(shù)和方法,研究農(nóng)業(yè)物料物理性質(zhì)以及各個(gè)物理因子和生物物料相互作用的一門(mén)交叉學(xué)科。它是物理學(xué)、工程學(xué)科和生物學(xué)各學(xué)科之間的橋梁,也是生物系統(tǒng)工程、農(nóng)業(yè)工程、食品科學(xué)工程等學(xué)科的基礎(chǔ)。農(nóng)業(yè)物料學(xué)因其涵蓋了各研究領(lǐng)域所涉及的物料特性研究問(wèn)題,重要性已經(jīng)逐漸被我國(guó)各大院校所認(rèn)識(shí),在研究生招生目錄中列有該考試科目。20世紀(jì)80年代,吉林大學(xué)張守勤教授曾與東北農(nóng)業(yè)大學(xué)馬小愚教授合編一本《農(nóng)業(yè)物料學(xué)》內(nèi)部教材,該教材是當(dāng)時(shí)全國(guó)農(nóng)業(yè)工程類(lèi)專(zhuān)業(yè)的重要教材之一。中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)的周祖鍔教授以此教材為藍(lán)本,于1994年編寫(xiě)并正式出版了《農(nóng)業(yè)物料學(xué)》,該書(shū)現(xiàn)在仍是國(guó)內(nèi)高校碩、博研究生的參考授課教材。但由于該教材編撰年代久遠(yuǎn),很長(zhǎng)時(shí)間沒(méi)有再版,在內(nèi)容上已經(jīng)跟不上現(xiàn)代物性檢測(cè)新方法和新技術(shù)的發(fā)展,不能滿(mǎn)足對(duì)學(xué)生培養(yǎng)的要求。因此,我們?cè)谠袇⒖紩?shū)的基礎(chǔ)上,根據(jù)近年來(lái)本科生和研究生課堂教學(xué)的經(jīng)驗(yàn)和積累,收集并整理了現(xiàn)有資料和研究成果,組織編寫(xiě)了本書(shū)。在內(nèi)容選取上,本書(shū)以農(nóng)業(yè)物料的物理性質(zhì)研究為線(xiàn)索,介紹了農(nóng)業(yè)物料的基本物理參數(shù)及測(cè)定方法、力學(xué)、流變、熱學(xué)、光學(xué)和電學(xué)等物理作用下所表現(xiàn)出的特性,綜合考慮了讀者理論基礎(chǔ)和大學(xué)教學(xué)方式,以期將農(nóng)業(yè)物料測(cè)試的新理論、新技術(shù)和新方法引入相關(guān)教學(xué)和科研之中。本書(shū)由吉林大學(xué)馬云海任主編,佳木斯大學(xué)張金波、太原理工大學(xué)吳亞麗任副主編,權(quán)龍哲、郭麗、莊健、張東光參與了本書(shū)的編寫(xiě)。全書(shū)由馬云海統(tǒng)稿。本書(shū)被列入吉林大學(xué)本科“十二五”規(guī)劃教材項(xiàng)目,并在編寫(xiě)過(guò)程中得到了許多專(zhuān)家的指導(dǎo)和幫助,在此表示衷心的感謝。對(duì)于農(nóng)業(yè)物料特性的研究正在深入開(kāi)展,現(xiàn)代測(cè)試技術(shù)的發(fā)展也日新月異,本書(shū)涉及的研究?jī)?nèi)容具有較大的探索空間,仍需要在實(shí)踐中不斷完善。由于筆者知識(shí)有限,書(shū)中疏漏和不妥之處在所難免,誠(chéng)望讀者提出批評(píng)和指正。
編者