Venlo型温室夏季自然通风降温的CFD数值模拟

采用CFD(computational fluid dynamics)方法对Venlo型温室夏季采用室外遮阳和屋顶喷淋措施的自然通风降温过程进行了数值模拟。模拟时对整个计算域采用六面体网格进行划分。对温室天窗附近区域的网格进行了加密处理，生成的网格总数约为100个。温室CFD数值模拟以室内外空气作为研究对象，外界气象条件、温室围护结构、室外遮阳与屋顶喷淋、室内植物和土壤等作为数值模拟的边界条件进行处理。对Venlo型温室在室外遮阳和屋顶喷淋措施下室内空气温度的变化以及在整个温室空间的分布进行了数值模拟。同时进行了venlo型温室室内温度的现场试验测试。CFD模拟结果和试验测试结果均表明：室外遮阳和屋顶喷淋使温室内空气温度得到有效降低。CFD模拟得到的Veto型温室室内温度平均值与试验测试结果的平均差值为1．7℃，平均偏差为试验测试结果的5％；数值模拟得到的温室室内温度的空间分布变化趋势也与试验测试结果一致。     

基于CFD的花卉温室夏季机械通风模拟

为了研究实际花卉温室中夏季机械通风温度场和气流场对于花卉作物生长的影响,采用流体力学软件ANSYS FLUENT 19.0对温室进行三维计算流体动力学(CFD)模拟。通过在温室中布置温度测点,分析夏季机械通风模式下的温度分布规律;采用k-ε模型(RNG)对温室室内小气候进行模拟,离散纵坐标(DO)辐射模型进行室内辐射模拟,控制算法采用PISO算法,压力分散采用体积力加权法;设置求解器进行稳态分析,变量残差收敛的标准设为10~(-4)。在试验条件下,计算结果与试验结果吻合较好,模拟速度场误差范围在0.5%～24.6%,模拟温度在实测温度附近波动,RMSE=1.982 6,MAE=2.153 4,温度模拟值与实际值的绝对误差最大值小于2.5℃。模拟结果表明,夏季机械通风情况下温度场分布较均匀,适合花卉生长。     

温室内喷雾降温系统的CFD模拟

为了研究温室内喷雾系统的降温效果,采用CFD方法对Venlo型玻璃温室在夏天自然通风状况下的喷雾降温过程进行了数值模拟。在充分考虑太阳辐射影响和室内水蒸气传输过程基础上,结合离散相模型,构建求解室内环境系统的3-D数学模型,并对边界条件的设置进行探讨。对Venlo型温室在喷雾降温措施下室内空气温、湿度的变化以及在整个温室空间的温度分布进行了数值模拟与预测,结果显示:温室内测点温、湿度的模拟值与实测值的平均相对误差分别为4.9%和5.7%,模拟结果与试验结果吻合良好,说明所建立的CFD模型有效,边界设置合理。喷雾前流场存在明显温度梯度分布,温度变化随着高度的增加而变缓。喷雾后,温室内温度迅速降低,喷头下方温度下降最为明显。随着时间的推移,温室内温度逐渐回升,温度回升速度与高度呈正相关关系。     

工厂化食用菌生产温度及气流组织模型的建立与模拟研究

通过设置边界条件,应用计算流体动力学(computational fluid dynamics,简称CFD)方法对江苏农林职业技术学院的江苏食用菌研究所3个不同方向菇房内的温度场和速度场进行模拟预测分析,建立出菇阶段菇房内的温度场和流场模型,并通过试验对模型的有效性进行验证。结果表明,模拟得到的温度与实际测得温度的绝对误差均在1. 3℃以内,最大相对误差在6. 1%以内,数值模拟的温度变化趋势与实测结果一致,验证了所构建CFD模型的正确性。     

CFD模拟技术在温室室内环境研究中的应用

介绍了CFD模拟技术在国内外的应用现状和在温室冬季供暖及温室夏季通风中的应用现状.在此基础上,提出了今后利用CFD研究温室室内环境的方向:结合不同地域的气象条件进行模拟研究;考虑作物对温室环境的影响,使模拟结果更贴近实际;在进行温室内温度分布方面的研究的同时,建立一些新的模型,开展室内湿度分布方面的研究.     

现代化温室自然通风时湿热环境CFD模拟研究

选取现代化温室室内区域和室外区域作为CFD模拟的计算域,建立温室同等大小的三维模拟,采用标准k-ε湍流模型,选择合适的辐射模型,番茄作物区采用多孔介质模型,对温室内部湿热环境进行了数值模拟.对模拟结果与试验测试结果进行对比,温室内部空气温度的模拟值与实测值的绝对误差为0.2～2.2℃,平均误差为0.91℃,平均相对误差为3.1%,最大相对误差为7.7%.温室内部空气相对湿度的模拟值与实测值的平均相对误差为6.4%,最大相对误差为16.6%,数值模拟结果与试验测试结果吻合较好.     

CFD在温室室内环境研究中的应用

介绍了计算流体力学(CFD)仿真技术的基本理论和应用方法,认为CFD仿真主要包括前处理、求解和后处理3个步骤,且目前大多研究者采用将CFD数值模拟结果与测试数据进行对比的方法,验证应用所建CFD模型进行数值模拟的可行性。重点分析了CFD在国内外温室(冬季温室、夏季温室和日光温室)热环境研究中及温室流场(温室自然通风流场、有防护网温室流场和温室机械通风流场)中的应用现状。在此基础上,提出了今后利用CFD研究温室室内环境的方向:开展多种类型温室的研究,确定合适的边界条件,并对模拟结果的准确性进行评价;对我国不同地区、不同气候条件下的温室热环境开展CFD数值分析,使研究更系统、更完善;引入不同作物CFD模型,研究作物对温室小气候环境的影响,以实现更贴近实际精度的数值模拟。     

层叠式笼养肉鸭舍秋季最小通风的环境参数测试及分析

本研究旨在探讨最小通风模式对层叠笼养肉鸭舍内环境参数的影响。选择秋季肉鸭育肥后期(32～35日龄)进行试验,通过检测鸭舍内温度、湿度、风速、NH_3质量浓度、CO_2质量浓度,构建鸭舍CFD模型,模拟并分析温度场与气流场分布特征。结果表明:连续测试4 d,舍外温度6.31～26.12℃,舍内气温15.98～24.85℃;舍外相对湿度13.74%～91.49%,舍内相对湿度28.94%～79.68%;舍内风速波动范围0.30～0.81 m/s,CO_2与NH_3质量浓度变化范围分别为1 462～2 798 mg/m~3、0.05～0.87 mg/m~3。模拟试验鸭舍温度场与气流场,模拟仿真值与实测值间相对误差为0.8%～1.3%,说明所建CFD模型数值模拟与试验数据间高度吻合。每层鸭笼水平剖面温度场与气流场分布模拟结果分别揭示了各层面纵向中部温度均高于两端区域,以及各层中部至风机处气流流速均大于其他区域;此外,南北两侧对称分布通风小窗进入气流形成对冲并汇聚,致使气流分布不均。该研究可为层叠笼养鸭舍结构优化设计与环境调控提供参考。     

温室大棚气流场的CFD数值模拟

为了探索温室大棚内部的气流和热量传递过程,设计合理的通风降温设施,在CFD计算流体力学软件——AirPak的支持下,选择华北型连栋塑料温室,建立了有植物条件下的湿帘机械通风三维数值模拟模型,并对温室大棚内气流场进行了模拟,得到了温室内气流场的三维空间分布,为今后温室内小气候数值模拟、综合性能评价以及温室大棚整体结构规划设计提供可靠的依据。     

机械通风条件下连栋温室速度场和温度场的CFD数值模拟

为了了解温室内部气流和热量传递过程 ,设计合理的通风设施 ,建立了无植物条件下湿帘机械通风的华北型连栋塑料温室三维数值模拟模型 ,并使用CFX计算流体力学软件进行了数值模拟计算。得到了合理的速度场分布和温度场分布数值模拟结果 ,并与试验值进行了对比。与试验值相比 ,模拟结果误差≤ 5 % ,在入口风速≤ 1 5m·s-1,入口气温≤ 2 6℃ (热浮力的影响较小 )的情况下效果更好。讨论了入口风速和湿帘高度对温室可控距离的影响 :提高入口风速可以增大温室的可控距离 ,湿帘高度越大 ,可控距离越大。湿帘高度在 1 2～ 1 2 5m之间时 ,相同湿帘高度下 ,纵向距离为 5 0m的温室 ,其可控距离略小于 4 0m的温室 ;当湿帘高度超过 1 2 5m时 ,纵向距离为 5 0m的温室可控距离大于 4 0m的温室。     

温室系统夏季温度动态模型的建模与仿真

运用一种基于能量和物质守恒的温室环境智能化控制的建模思路和方法,分析了温室小气候中辐射、通风、对流和作物蒸腾作用引起的热质交换物理过程,研究和建立了夏季温室温度的动态模型。用Matlab／Simulink软件仿真,验证了动态模型能可靠地估计温室内空气的温度值．为合理调控温室内环境因子提供了借鉴和依据。     

Comparison of finite element and finite volume methods for simulation of natural ventilation in greenhouses

This article aims to contribute to the discussion on the efficiency of two different discretization methods used as computational fluid dynamics (CFD) solvers for the simulation of natural ventilation in greenhouses. The focus is not on a general use of CFD, but rather on its specific application to simulate airflow in naturally ventilated greenhouses. After a short review of the basic model and its extensions, we compare the accuracy and computational efficiency of two simulation codes based on the Finite Element Method (FEM) and the Finite Volume Method (FVM) for two-dimensional incompressible turbulent flow in naturally ventilated greenhouses. FVM software (ANSYS/FLUENT v 6.3.) is the most frequently used CFD code in ventilation research, but few papers using FEM software (ANSYS/FLOTRAN v. 11.0) have been published. CFD simulations have been compared to experimental data for 12 cases corresponding to three greenhouse types. The experimental greenhouses were chosen to represent a large range of ventilation situations: buoyancy effect in a mono-span greenhouse with adiabatic walls, buoyancy and wind effect in a multi-span greenhouse and ventilation in an Almería-type greenhouse under conditions of large temperature gradient and high wind speeds. The data from simulations and field experiments were compared using different parameters to analyze the effectiveness of experimental data in the validations of CFD models.The possibility of repeating simulations with different discretization methods and commercial software has been tested, as well as the type of experimental data needed to ensure correct validation of CFD models for use in greenhouse ventilation studies. To this end, temperature distribution measurements are preferable to set-point measurements and the use of visualization techniques (laser sheets) or the measurement of velocity vectors (anemometer) are more indicative than ventilation rates.The computational capacity of these approaches has also been analyzed, comparing their performance in terms of the overall database space necessary to store the numerical models and the necessary CPU time to compute one step of the convergence process. On average, the FEM required twice as much computing time per cell and step as FVM, and the amount of required memory storage was approximately 10 times greater for the FEM.     

自然通风单栋温室内流场的CFD模拟

基于CFD模拟技术,采用标准K-ε湍流模型和Do辐射模型对自然通风温室在3种通风型下的室内气流分布进行了2-D求解,并对3种模拟结果进行了比较和分析。结果表明:在温室两侧开有侧窗、顶部开有天窗的通风情况下,温室内部的通风状况最好,而且风速适中,适宜作物生长。     

基于物联网技术的日光温室黄瓜白粉病预警系统研究

运用物联网技术实现对日光温室黄瓜的生长环境包括空气温湿度与土壤温湿度和白粉病发病状况进行了实时动态监测和采集,并采取 Logistic回归模型建立日光温室黄瓜白粉病预警模型,以期探索基于物联网技术的日光温室黄瓜白粉病预警系统的设计与构建。研究结果表明：湿度特征变量（最大空气湿度）、温度特征变量（最大空气温度）对日光温室黄瓜白粉病的发病概率均有显著影响,且基于物联网技术构建日光温室黄瓜白粉病预警系统是可行的。     

基于物联网技术的日光温室黄瓜白粉病预警系统的研究

运用物联网技术实现对日光温室黄瓜的生长环境(空气温湿度和土壤温湿度)和白粉病发病状况进行了实时动态监测和采集,并采取Logistic回归模型建立日光温室黄瓜白粉病预警模型,以期探索基于物联网技术的日光温室黄瓜白粉病预警系统的设计与构建。研究结果表明：湿度特征变量(最大空气湿度)、温度特征变量(最大空气温度)对日光温室黄瓜白粉病的发病概率均有显著影响,且基于物联网技术构建日光温室黄瓜白粉病预警系统是可行的。     

保温被揭盖方式对日光温室内部温度的影响

【目的】研究保温被揭盖方式对日光温室内部温度的影响,基于温室内部不同位置光照的需求建立保温被精准揭盖位置模型,提出一种逐时揭盖保温被的新方法。【方法】采用计算流体动力学(CFD)瞬态模型分析不同的揭盖方式下大寒、春分节气温室内部空气温度变化。【结果】按照温室规格1∶1建立日光温室CFD模型,所建立模型决定系数在0.91～0.92。选取大寒、春分2个节气分析,在光照完全照射墙体时逐时揭盖分别比传统一次性揭盖温室内部温度提高0.03和2.49℃;在光照完全照射地面时,逐时揭盖分别传统一次性揭盖温度提高0.55和0.9℃;在光照完全照射作物层时,逐时揭盖分别传统一次性揭盖温度提高0.53和0.62℃。【结论】逐时揭盖对较为严寒的大寒日前后提高温度不明显,全体平均气温最大提高了0.56℃;在春分日逐时揭盖方式全天平均温度最大可提高2.49℃。寒冷季节下,揭盖方式对温度的影响不大,可增大保温被揭起角获取更多的光照,在春分节气可减小揭起角以增加温室内部的温度。     

应用ENVI-met模型模拟三维植被场景温度分布

为深入研究地表温度异质性机理,引入三维小气候模式ENVI-met 开展三维植被场景的温度场模拟。以离散 分布的山杨、侧柏和油松人工林场景为例,在实测的气象要素、土壤水分、植被结构、叶面积指数和组分温度等的基 础上,进行了敏感性分析和试验验证。敏感性分析结果表明:土壤相对湿度对模拟土壤温度场最为敏感,太阳辐射 比例因子对模拟植被温度场最为敏感。验证结果表明:ENVI-met 能准确模拟三维植被温度场的分布规律,模拟值 与实测值较为接近(最高R20.9,最小RMSE0.6 K)。      

基于建筑热工原理的日光温室最佳朝向仿真计算

【目的】研究日光温室建造朝向直接影响日光温室截获太阳辐射的能力。【方法】以新疆乌鲁木齐地区为例,以日光温室前坡屋面截获太阳进光量最大为评价指标,结合太阳辐射随时间、日光温室所在地理位置动态变化规律,运用Energy Plus能耗模拟软件,研究该地区日光温室建造最佳朝向。【结果】乌鲁木齐地区冬季作物种植最不利生长期（11月1日至翌年2月28日）,日光温室最佳朝向为南偏西10°。【结论】提出了日光温室建造最佳朝向仿真计算的方法,并通过实测及模拟的方法进行验证,为我国日光温室科学建造提供理论参考依据。