环流风机布置对温室内流场影响的CFD模拟

为了解大肩高连栋玻璃温室夏季机械通风时室内流场分布,提高机械通风的降温效果,建立了6m肩高温室机械通风工况下的CFD模型,并对模拟结果进行了试验验证,结果表明:模拟值和试验值的最大相对误差为6. 70%,平均相对误差为2. 87%,显示CFD数值模型有效。在CFD模型基础上,进一步对不同环流风机布置下机械通风的降温效果进行了分析,结果表明:使用环流风机可提高机械通风的降温范围,在湿帘风机方向上实现气流的"接力",温室作物冠层南北温度差减小0. 5℃,32℃以下区域增加了20%;在环流风机安装方向上,不同横向截面上反向布置时室内冷热空气混合更好,室内温度分布更加均匀。     

可变边界条件下的Venlo温室温度场三维非稳态模拟

以外界温度、太阳辐射、风速风向作为随时间变化的边界条件,基于CFD方法建立了Venlo温室自然通风三维非稳态数学模型。结果显示,模拟值与实测值均方根误差RMSE为0.688℃,最大相对误差为8.9%,平均相对误差为2.8%,所建立CFD模型可以准确地描述室内温度场的时空变化。从整个模拟周期上看,温室内温度和室外温度变化趋势一致,室内温度和室外温度平均温差3.09℃;当室外风速从0.81 m/s跃变至1.2 m/s,风向由西南偏南变为西时,温室西侧迎风口局部气流速度出现了先增大后减小的变化模式,温室东侧上部气流速度明显增加,除温室迎风口附近区域外大部分作物区域气流速度维持在0~0.1 m/s的范围内,温室通风入口处x=1.5 m截面和作物冠层y=1.4 m截面平均温度在180 s内分别下降了1.87℃和0.92℃,室外风速风向对温室自然通风降温效果影响显著。     

温室遮阳系统的设计应用

温室遮阳系统是现代温室重要的配套系统之一.温室遮阳是利用具有一定透光率的遮阳网遮挡过强阳光,减少太阳辐射,保证温室内作物正常生长所需的光照,降低室内温度.     

不同风况和开窗配置对夏季单栋塑料温室微气候的影响

以华东地区种植着空心菜的单栋塑料温室为研究对象构建其全尺度计算流体力学模型(CFD模型)。该模型经现场实验验证,其计算值与各测点温度实验值变化趋势吻合且差异在1.1℃以内。随后,通过该模型研究不同开窗配置下温室内气流和温度场特征,评估开窗配置对通风率、室内外温差和室内气候均匀性的影响,揭示不同风况下温室微气候形成机理。仿真结果表明,不同开窗配置会产生截然不同的温室微气候场。顶侧窗配置下温室通风率最高,室内外温差最小,能产生较均匀的室内气候,因此最适合于温室夏季通风。不同风况会对温室内气流和温度场产生显著的影响,进而影响温室降温效果和气候均匀性;当外界高温低风速气候条件下,热压通风起主导作用;顶侧窗通风能显著提高温室降温效果,有效降低作物冠状层气温。     

基于CFD的Venlo温室夏季组合降温措施模拟研究

针对我国南方地区夏季高温高湿的气候条件,对采用天窗、外遮阳、内喷雾降温措施的试验Venlo温室内温度状况进行了模拟研究。以室外气候参数为边界条件,考虑作物和环境的相互作用,内喷雾系统和室内环境的质热交换以源项的形式加入到控制方程中,采用CFD(computational fluid dynamics)中的稳态方法求解控制方程,模拟Venlo型温室不同调控措施及组合下的温室内温度分布特点,分析各种调控措施的调控效果。模拟结果表明:采用加入源项的方法模拟内喷雾系统和室内空气的质热交换,其模拟值和实测值均方根误差RMSB为0.514 4℃,最大绝对误差为0.75℃,平均相对误差为1.3%,说明所建立的CFD模型有效。3种降温措施下,以外遮阳+自然通风的降温贡献率最大(80.6%),能耗最高的喷雾系统降温贡献率仅为34.8%,较高的环境湿度影响了喷雾系统的降温效率。CFD夏季降温模型的建立为温室作物系统的环境控制策略的制定提供了科学依据。     

温室遮阳系统的设计应用

温室遮阳系统是现代温室重要的配套系统之一。温室遮阳是利用具有一定透光率的遮阳网遮挡过强阳光，减少太阳辐射，保证温室内作物正常生长所需的光照，降低室内温度。     

光伏玻璃温室自然通风条件下的CFD模拟验证

基于计算机流体力学(CFD)数值方法,以光伏连栋玻璃温室为研究对象,在自然通风的条件下对室内温度场进行模拟验证。采用离散坐标(DO)辐射模型对光伏温室室内温度场的时空分布和变化规律进行了三维CFD模拟和试验验证。结果表明,光伏温室室内温度试验结果和模拟结果绝对误差均值为0.96℃,相对误差均值为2.94%。模拟结果和试验结果吻合,验证了模型的可行性。     

基于CFD的夏季屋顶全开型玻璃温室自然通风流场分析

为研究自然通风对屋顶全开型玻璃连栋温室夏季降温的影响,采用k-ε湍流模型和DO辐射模型建立了屋顶全开型温室在夏季高太阳辐射和弱风天气下的CFD模型,将模型的模拟值与实测值进行对比,两者平均相对误差为2.5%。利用建立的CFD模型,进行了夏季高温季节通风降温调控措施的试验分析。结果表明:屋顶全开窗玻璃温室中,天窗的开窗角度应与侧窗配合,这样能增强通风的降温效果;在侧窗为45°时,天窗调整至60°的温室整体降温效果优于天窗45°或75°开启角度。屋顶全开窗玻璃温室在使用侧窗和调控至合理开启角度的天窗进行联合通风的工况下,温室整体温度从38.4℃降至36.9℃,调控措施降温效果明显。     

考虑时空变异特性的温室多环境因子优化策略

本文考虑温室环境的时空变异特性，通过构建温室建筑计算流体力学（CFD）模型，结合带精英策略的非支配遗传算法（NSGA-Ⅱ），建立C++-Fluent联合优化框架，实现温室环境因子的多目标、高效率优化。CFD温室模型在江苏省镇江市的一处温室进行实地验证；迭代优化算法由C++实现并通过超级计算机提高计算效率；优化目标包括作物区域温度场、二氧化碳浓度分布以及控制温室风机能耗。研究结果表明，CFD温度场和速度场与监测点实验值吻合度高，平均相对误差分别为4.9%和7.05%；为获得某场景下作物生长温度场、二氧化碳浓度分布的最优值且维持温室风机的低能耗，温室湿帘入口温度为[296.6K，302K]，风机出口风速为[2.9m/s，5.5m/s]。此时作物区域的温度场、二氧化碳浓度分布及风机能耗均在最优范围，有助于提高作物产量，降低温室能耗；超级计算机Linux系统下开发的优化方案计算效率比个人计算机大幅提高，计算时长缩短约88.09%。本文所提策略充分考虑温室环境的时空变化特性，对温室内多环境因子实现多目标、高效率优化。     

华北地区冬季温室植物冠层温度建

基于温室内植物冠层能量平衡关系,建立了与温室内、外气象条件和温室结构相关的冠层温度模拟机理模型,并在华北地区文洛型温室内对该模型进行了试验验证.结果表明:模型能较好地模拟冬季温室内植物冠层温度,模拟值和实测值之间的相关系数为0.797 5,均方根误差为1.3℃.建立了冠层温度的BP神经网络模型,模型相关系数为0.783 5,均方根误差为0.6℃.在所建神经网络模型基础上,运用敏感性分析法对影响冠层温度的各因素进行重要性分析和排序,得出影响冠层温度的最重要因子是室内温度,其次为蒸腾速率、室外太阳辐射和室内相对湿度.     

基于风机盘管热风供热系统的温室热环境研究

为进一步提高温室供热系统整体供热效率,针对生物质锅炉作为热源、风机盘管作为末端散热装置的温室热风供热系统,建立了试验温室冬季夜间供暖条件下的室内热环境模拟CFD模型,对室内温度场分布进行了数值模拟并与试验结果进行对比。结果表明,二者所描述的温室内温度场的分布趋势相同,各点误差均小于3℃,计算均方根误差为0.66℃,验证了所建CFD模型的有效性。模拟结果表明：采用该热风供热系统可有效提高室内温度,植物生长区域温度范围为12~17℃,植物层温度分布均匀,无较大梯度变化。     

基于CFD非稳态模型的温室温度预测控制

以Venlo温室内温度场为研究对象,提出了一种基于计算流体动力学(CFD)非稳态模拟模型的预测控制方法。CFD模型作为虚拟温室环境,将其非稳态模拟产生的时间序列数据代替真实的物理试验数据,结合系统辨识理论将CFD模型转换成基于数据的系统控制模型,实现基于CFD的温室温度预测控制。仿真结果表明,基于CFD的预测控制实现温室温度控制的平均偏差为2.65℃,标准偏差为3.27℃,可将室内温度平稳有效地控制在作物生长允许的温度范围内。系统辨识、控制算法和CFD技术的结合,提高了控制器设计的效率,丰富了温室控制系统的设计方法。     

单栋塑料温室内多因子综合CFD稳态模拟分析

为分析单栋塑料温室内的综合环境:气流场、温度场、湿度场、CO2浓度场,建立了包括温室内外空间、室内作物和土壤层等的温室环境几何模型。将温室内的湿空气看作水蒸气、CO2和干空气的混合气体,在分析温室中太阳辐射、作物与环境的质热交换,动量及质能传递过程的基础上,对单栋塑料温室内的环境因子进行了稳态模拟。温室内热辐射传递过程采用蒙特卡罗法模拟方法;将室内作物简化为连续固体换热模型,采用剪应力输运模型(SST)表述温室内的空气紊流。结果显示:温室通风对温度、湿度和CO2分布的影响很大,温室内部上风向温度低,湿度小,同时CO2浓度也不高;温室下风向作物冠层的环境未达到优化状态;模型的预测值低于实测值,但变化规律相似,温度、湿度、CO2含量的预测相对误差分别低于8%、6%和7%。     

华东型连栋塑料温室夏季降温研究

华东地区夏季高温高湿,严重制约了室内作物的正常生长和发育。遮阳网上喷雾降温利用将细雾喷洒在遮阳网和拱顶之间的高温区、水在蒸发过程中吸收大量热量、未完全汽化的雾滴落在遮阳网上形成二次蒸发散热的原理,使降温效果进一步提高。试验表明在温室内空气湿度增大不多的情况下,可有效地将温室内气温下降到低于室外气温0.6°～2℃,降幅可达3°～5℃左右,并且温度分布均匀。     

玻璃温室自然通风热环境时空分布数值模

温室内温度的时空分布及变化与外界气候环境之间有较强的耦合性.以Venlo型两连栋空玻璃温室为研究对象,基于计算流体动力学(CFD)技术,应用离散坐标(DO)辐射模型对温室内温度时空分布及变化进行了3-D稳态数值模拟与试验验证.结果表明:白天各时刻空温室内平均温度的模拟值与实测值吻合良好,最大相对误差为11.3%,平均相对误差为7.6%;温室内温度的空间分布梯度明显,作物区温度分布比较均匀,约在28.5～28.8℃左右.DO辐射模型模拟太阳辐射对玻璃温室内热环境的影响是可行的.     

南方连栋塑料温室冬季通风除湿开窗优化

连栋塑料温室主要依靠日光蓄热,冬季为保温需要长时间密闭以避免室内热量流失,这就导致室内形成高湿环境,使栽培作物易患病虫害.以有效除湿和减小室内热量损失为目标,以十一连栋塑料温室为研究对象,建立全尺度计算流体力学模型(CFD模型).在顶窗通风工况下,CFD模型的有效性经实验数据验证,其计算值与各测点湿度的实验值变化趋势吻合,且差异在5％以内;并利用该模型研究了不同开窗组合(侧窗、顶窗和顶窗加侧窗)对温室内空气流场和湿度场的影响.仿真结果表明,顶窗通风是一种较理想的通风组合,能够在3 min内完成作物冠状层的除湿.除湿结束后,室内平均相对湿度从92％降至68％,湿度分布均衡性较好,且热损失较小,能满足冬季温室保温、除湿的要求.     

不同通风方式日光温室微环境模拟与作物蒸腾研究

日光温室后墙蓄热降低了通风降温效率,高温会刺激植物水分蒸腾,降低水资源利用率。本文以北京市通州区日光温室为研究对象,在原有的上、下通风口基础上,增设后墙通风口。基于DO辐射模型、组分输运模型和多孔介质模型建立了日光温室的计算流体力学（CFD）模型,探究了不同通风方式下温室微环境状况,并结合作物蒸腾模型分析获得了作物蒸腾特征。结果表明,气温变化会直接影响作物蒸腾强度,两者空间分布特征一致。中午温室高温,开启后墙、下通风口,较原来开启上、下通风口,气流走向相似,因减少部分蓄热墙体,降温效率提高5.7%,蒸腾量下降0.020mm/h,开启后墙、上、下通风口,蒸腾量较原来下降0.005mm/h。开启后墙、上通风口,由于两通风口靠近一侧且距离作物较远,只能形成北侧局部降温,降温效率下降10.3%,除湿效率较原来提高5.7%,蒸腾量升高0.035mm/h。此外,在通风口组合中,将靠下的通风口设置在迎风方向,可减少外界来风能量、动量损失,以提高通风降温效率。研究结果可为日光温室微环境调节提供参考。     

自然通风条件下多塑料大棚群温度场的CFD分析

为了研究多个塑料钢管大棚组成的温室群环境温度分布情况,采用标准k-ε湍流模型和DO辐射模型建立相应的温室群数值模型,在自然通风条件下对塑料钢管大棚内温度分布进行了CFD分析和试验验证。结果显示:CFD模拟值与实测值吻合性良好,平均相对误差为4.2%,验证了所建CFD模型的可行性。采用此模型分析了大棚间距对棚内温度分布的影响,结果表明:增加大棚间距能够降低后排室内的平均温度,提高温度分布的均匀性,减小温室之间的平均温差。     

单栋塑料温室内温度场CFD三维稳态模拟

为分析单栋塑料温室内的温度场分布情况,建立了包括温室内外空间、室内作物和土壤层等的温室环境几何模型,在分析太阳辐射及各部分热交换的基础上,对单栋塑料温室内的温度场进行了3-D稳态模拟.热辐射传递过程采用蒙特卡罗法模拟,将室内作物简化为连续固体换热模型并采用剪应力输运模型表述空气紊流.结果显示:模型预测值均高于实测值,绝对误差均小于2.2℃,平均相对误差为6.7％.气流对温室内温度和均匀性影响较大,温室进风口侧的温度低于出风口侧.作物简化为连续固体的假设用于室内空气部分的温度预测具有一定的可行性,但预测值会高一些.     

温室环境-作物湿热系统CFD模型构建与预测

以栽有番茄的Venlo型两连栋玻璃温室为研究对象,对作物蒸腾和土壤蒸发与室内外环境因子之间的关系进行了分析。在充分考虑太阳辐射影响和室内水蒸气传输过程基础上,结合多孔介质模型,构建了求解温室环境〖CD*2〗作物湿热系统的CFD数学模型,并对边界条件的设置进行了探讨。采用Fluent软件对不同天气条件和种植密度温室内温度分布模式进行了3-D数值模拟与预测。结果表明：室内温、湿度模拟值与实测值平均相对误差分别为5.7%和2.1%,CFD模型有效,边界设置合理。晴天室内作物区平均温度较阴天时高1.6℃左右,相对湿度约低3%,太阳辐射对温、湿度分布有影响;双密度栽培作物区温度较单密度高0.8℃,相对湿度高19%。温室背风侧温、湿度略高于迎风侧,作物区温、湿度分布比较均匀,作物和土壤腾发作用对室内温、湿度分布有影响。