气雾栽培箱喷雾条件下温度场的CFD数值模拟

分析气雾栽培箱外部温度为18℃和20℃,18℃和22℃营养液雾化后,气雾栽培箱内部和生菜根系周围温度的变化,采用CFD(计算流体动力学)方法对气雾栽培箱内部温度场进行数值模拟与预测。结果表明:当气雾栽培箱外部温度18℃时,22℃营养液雾化后,气雾栽培箱内部温度的实测值和模拟值的差值均小于2.9℃,平均相对误差为8.1%,均方根误差为1.2℃。所建CFD模型准确有效。     

基于CFD的密闭式半阶梯笼养蛋种鸡舍过渡性通风研究

针对密闭式半阶梯笼养蛋种鸡舍春秋季节的过渡性通风方式,采用计算流体力学(computational fluid dynamics,CFD)技术,根据鸡舍实测值所确定的风机、侧窗等边界条件,对该蛋种鸡舍内的环境温度和气流速度的分布进行三维数值模拟。模拟时设置白天室外环境温度为25℃,晚上室外环境温度为13℃,2种温度下分别设置多个侧窗导流板角度。模拟结果表明:侧窗导流板与壁面的倾角明显影响了鸡舍内速度场和温度场的均匀性,白天导流板开启角度α=67.5°,晚上导流板开启角度α=45°时更加合理。通过鸡舍现场采集关键位置的风速和温度数据与仿真结果比较发现,风速测试值与模拟值相对误差白天平均为14.7%,晚上平均为11.5%;温度测试值与模拟值相对误差白天平均为3.1%,晚上平均为3.6%;表明数值模拟与现场实测有较好的吻合度,为密闭式半阶梯笼养蛋种鸡舍过渡性通风方式下的环境控制提供理论依据和指导。     

热风管道加温下日光温室根区温度场的CFD模拟

为探明热风管道加温系统设计参数对根区温度分布均匀性的影响,以单个基质栽培槽为研究对象,采用计算流体力学(Computational fluid dynamics,CFD)方法构建日光温室热风管道根区加温系统模型,探究不同进风口温度、进风口风速及送风管开孔数量下根区温度分布规律,设计正交试验并对每组试验进行数值模拟,确定各参数对根区温度分布均匀性的影响。结果表明:根区温度实测值与模拟值的平均相对误差为0.89%,均方根误差为0.02,模型可靠;随着进风口温度、风速和开孔数量的增大,根区温度不均匀度和最高温度有较为明显的增加,平均温度和最低温度无显著变化;各参数影响根区温度分布均匀性主次顺序为开孔数量>进风口温度>进风口风速。当进风口温度为20 ℃,进风口速度为7.5 m/s,开孔数量为20时根区温度均匀性最好。     

黑龙江省东部地区风能资源数值模拟误差分析

利用MM5＋ CALMET模型对黑龙江省东部地区2009年6月～2010年5月进行风能资源数值模拟,并与3座测风塔实测风速进行误差对比分析.结果表明,在10 m处,各测风塔年平均风速模拟值小于实测值,10 m以上,年平均风速模拟值大于实测值;模拟风速频率在2 ～5 m/s小于实测风速频率,在6～ 10 m/s大于实测风速频率,＜10 m/s与实测风速频率基本相当;模型对风向的模拟效果不如对风速的模拟效果,虽然70 m高度模拟主导风向与实测风主导风向基本一致,但模拟值与实测值相差较大;模型对风能频率的模拟效果优于对风速频率与风向频率的模拟.     

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。     

管道送风系统对塑料大棚气流场和温度场影响的CFD模拟

针对塑料大棚自然通风能力有限,作物冠层气流速度过小,温度分布不均匀等问题,设计一种适用于塑料大棚的作物行间管道送风系统;构建CFD模型对该系统的应用效果进行模拟分析,通过实测数据对理论模型进行验证。温度和风速的模拟值与实测值的最大相对误差分别为 4.7%和 8.1%,平均相对误差分别为 1.6%和 3.0%,模拟值与实测值吻合良好,模型具有较好的可靠性。结果表明:管道送风系统开启后,室内平均风速为0.2 m/s,不同高度平面内适宜区(风速范围0.1~0.5 m/s)面积占总面积的比例在69%以上;管道送风系统促使冷空气向上流动,塑料大棚顶部温度下降了1.0 ℃,0.5与2.0 m高度平面的平均温差减小了0.4 ℃。在作物行间开展主动送风,可有效改善塑料大棚内的气流环境和温度分布。     

基于CFD的人工光植物工厂气流场和温度场的模拟及优化

为探究植物工厂内风速及温度分布规律,利用计算流体力学软件(Computational fluid dynamics,CFD)建立人工光植物工厂三维模型,将整个植物工厂作为计算域划分网格并进行模拟计算。设计了侧进侧出式、侧进侧上出式、侧进上出式3种气流循环模式,并将试验植物工厂设置为上进侧出式。模拟结果表明:风速与温度的平均绝对误差、平均百分误差及均方根误差分别为0.12m/s、1.1℃;11%、4%;0.18m/s、1.3℃,与实际测量结果相比模拟准确。3种优化模式的风速值、温度值及二者均匀性均优于上进侧出式。分析比较植物冠层平面风速及温度值,得出侧进侧出式为最佳气流循环模式。与上进侧出式相比,侧进侧出式平均风速增加0.51m/s,均匀性指标变异系数降低17%,平均温度降低0.5℃。     

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。     

水稻叶片反射率模拟

利用1999年实测的水稻叶片生物化学组份,通过PROSPECT 模型,建立水稻叶片反射率模拟模型,对不同生育期的水稻叶片光谱进行模拟,其反射率的实测值与模拟值的相关系数大于99.5%,均方根误差RMSE值小于0.0212.     

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。     

LED在农业与生物产业的应用与前景展望

随着光电技术的发展,LED在农业与生物领域的应用正逐渐受到世界各国的广泛关注。LED不仅具有体积小、寿命长、耗能低、波长固定与低发热等优点,而且还能根据植物需要进行发光光谱的精确配置,实现传统光源无法替代的节能、环保和空间高效利用等功能。通过对LED在农业与生物领域研究现状的详细阐述,重点介绍了LED的光源特性及其在设施栽培、组织培养、植物工厂和太空农业等方面的应用进展,并对LED在人工补光、植物工厂、生命保障系统以及与新能源结合等方面的应用前景进行了分析和展望。     

密闭式植物种苗工厂的设计及其光环境研究

密闭式植物苗工厂具有节能、环保、控制精度高、生产成本低等特点,发展前景广阔。利用不透光的绝热材料建设人工光型密闭式植物工厂,设计开发了高精度的环境控制系统,为植物生长提供优化的物理环境。研制了种苗繁育LED光环境调控装置、光照距离可调式荧光灯板,有效地改善植物生长所需的光环境,提高植物的光能利用率。通过对环境控制系统的试验研究以及相关的生物学试验,为密闭式植物工厂以及人工光源在育苗领域的应用研究提供了理论和试验依据。LED、荧光灯与自然光条件下黄瓜育苗对比试验表明LED光环境下植株生长速率高于其他处理,表现出一定的生长优越性。     

发光二极管光源对绿萝生长及光合特性的影响

为了解发光二极管（LED）对植物生长及光合特性的影响,选择绿萝Epipremnum aureum作为材料,栽种于2种LED和日光灯中45d后测定其生长指标及光合特性。结果表明：LED或日光灯条件下栽培绿萝在苗高、叶片数和叶片宽等指标上无差异,LED使绿萝叶间距缩短,叶长增长,但不同光质LED（红/蓝）之间无显著差异;绿萝光合速率、胞间二氧化碳摩尔分数、蒸腾速率和气孔导度表现为LED处理大于日光灯,LED处理中又以红蓝光（R/B）为4.3∶1.0大于2.8∶1.0。图4表2参13     

新型LED灯散热性研究

LED具有高效、节能、环保、寿命长、响应速度快等特点,被视作必将成为继白炽灯、荧光灯、高强度气体放电灯之后的第四代光源.但目前LED芯片80%～90%的电能转化成热量,而仅靠芯片封装器件外壳散热难以维持低温情况,严重制约了大功率LED灯的应用.主要研究在自然空气冷却状态下,影响大功率LED灯散热性能的因素及各因素影响的...     

不同人工光源下烤烟育苗研究

[目的]分析不同人工光源补光对烤烟成苗品质的影响,筛选出适宜烤烟立体育苗生长的人工光源.[方法]设置5个不同光照条件下烤烟幼苗栽培试验区,分别为目前大多数用的普通荧光灯及研究较少的LED光源,对成苗生理生态指标进行数据统计和分析.[结果]与荧光灯区域相比,LED灯的补光区域烟苗光合作用增强,生长旺盛,干物质积累多,并且采用LED灯的红光和蓝光为光源补光,不但能促进烟苗的横向生长,还能有效地培育出高茎壮苗,其中红蓝LED灯设置光照强度为150 μmol/（m2·s）时,戍苗品质最好.[结论]该研究可为烤烟育苗人工补光提供数据支持和理论借鉴.     

300 W型绿光LED集鱼灯的光学特性

使用高光谱剖面仪Hyperspectral profilerⅡ对国产300 W型绿光LED集鱼灯的光学特性进行了测量,并与国产1 kW型金属卤化物集鱼灯进行比较.结果表明:1kW型金属卤化物集鱼灯的光谱范围不仅包含整个可见光(波长为380～760 nm),并有部分紫外和红外光线,而绿光LED集鱼灯的光谱辐射量主要集中在绿光波段(490～560 nm),没有紫外线;绿光LED集鱼灯和1 kW型金属卤化物集鱼灯在空气中的衰减系数分别为0.2527和0.2494;当绿光LED集鱼灯总功率为9 kW(30盏×300 W)时,其0.01 lx照度分布的最深距离为85 m,而金属卤化物集鱼灯总功率为62 kW(62盏×1 kW)时,其0.01 lx照度分布的最深距离却仅为50 m.本研究表明,绿光LED集鱼灯具有良好的水中穿透性,且不会对船员的眼睛和皮肤产生负面影响,节能效果明显.     

不同光质LED光照对草菇菌丝生长速度、菌丝分支与生物量的影响

通过探索LED光源在草菇栽培上的精准化应用,为工厂化草菇栽培提供理论依据。以草菇V23为材料,设置LED光质6个处理:对照白光(CK)、红/蓝=1∶1、红/蓝=1∶2、红/蓝=2∶1、单红光、单蓝光,研究不同光质对草菇菌丝生长的影响。结果发现,红光与蓝光的比为1∶1 菌丝长势表现为较强,对其他指标影响不明显。不同LED光源的光质对菌丝生长速度影响很大,从结果可以看出,红蓝光比例为1∶2对菌丝的生长有显著(P<0.05)的作用,并且持续保持领先有促进作用,其次是红蓝光比例为1∶1,并且LED光源的光质对菌丝的影响主要集中在前期,到菌丝后期作用不大。对草菇菌丝生物量的影响最大的是红/蓝光的比例分别为1∶2和1∶1,其分别比CK提高了28.29%和19.97%,呈极显著(P<0.01)差异;同时菌丝分支距离相对较小,分别比CK的菌丝分支距离减少了16.03%和15.13%,整体表现菌丝浓密,且长势相对较强。     

Effects of light-emitting diodes on tissue culture plantlets and seedlings of rice(Oryza sativa L.)

Light-emitting diodes(LEDs) are a new light source with low energy consumption and high photoelectric conversion efficiency, and they can satisfy the energy-saving needs of plant culture systems. However, the effects of LED light sources on rice tissue culture and rice seedling cultivation are poorly understood. This study aimed to evaluate the effects of LEDs on the growth of tissue culture plantlets and seedlings of the rice(Oryza sativa L.) cultivar Nipponbare. The best light source for rice tissue culture was different from that for rice seedling cultivation. Blue(B) LED light was the most appropriate light for rice tissue culture. Under a B LED light, the time required for callus proliferation, differentiation and regeneration was the shortest, and the frequency of plantlet initiation, differentiation and regeneration was the highest. A blue:red(B:R)=1:1 LED light facilitated the growth of rice seedlings and produced the highest chlorophyll and carotenoid contents and photosynthetic rates in the rice seedlings. Abundant photosynthetic products were more effectively generated in the rice seedlings under the B:R=1:1 LED and R LED lights than under the B LED light. B LED light is the most appropriate light for rice tissue culture plantlets and can be used as an alternative light source for rice tissue culture, and B:R=1:1 LED light facilitated the cultivation of robust rice seedlings and can be used as the primary light source for rice factory seedling cultivation.     

基于单片机植物组培专用LED光源的设计

为解决植物组培对光环境的需求,依据组培苗对光的选择性吸收,突破传统的点、线光源局限,采用模块化阵列式设计理念,研制出由14R、6B、4W、1UV 1W LED组成5*5基元模块,再由若干个单元模块组成"LED阵列平面光源",其发射光谱与植物的选择性吸收光谱相匹配;采用涂覆低温红外高辐射材料的铝基顶齿散热器和轴流风扇结合的方式,降低大功率LED结温;本光源能够对光质、光强、光周期和工作方式进行动态调节。可专业用于组培育苗,并在光照培养箱、温室种植及植物工厂等方面进行科学研究和推广应用。     

LED汽车前照灯的散热机理与模拟

利用热电制冷原理对LED汽车的前照灯进行系统散热模拟,研究LED的结温,半导体制冷器的工作状态,散热器热阻之间的关系。模拟结果表明,利用多级半导体制冷给汽车LED前照灯散热比较有实用价值。