日光温室主动蓄放热系统优化

为了提高日光温室主动蓄放热系统运行的稳定性和可靠性,该研究在第六代主动蓄放热系统的基础上,对主动蓄放热系统的循环管路、供水方式和集放热板进行优化改进,并对系统的加温效果和性能进行探究。研究结果表明,在3种不同的太阳辐射强度天气条件下,试验区的平均气温比对照区分别高2.7、2.2和1.9℃;单位面积集热量分别为4.6、3.7和2.6 MJ/m~2,单位面积放热量分别为4.1、3.4和3.1 MJ/m~2;平均集热功率分别为183.1、146.5和105.0 W/m~2,平均放热功率分别为163.2、134.0和121.1W/m~2;平均集热效率分别为56.5%、68.2%和73.8%;平均性能系数分别为3.8、3.1和2.8;与电加热相比,平均节能率分别为73.5%、67.1%和63.0%。在主动蓄放热系统加温期间,在不同太阳辐射强度天气条件下,试验区南北温差较大,植株群体内部南北最大平均气温分别相差2.8、2.6和2.4℃。研究结果可为主动蓄放热系统的推广应用提供理论基础和数据支撑。     

基于CFD的植物工厂圆形锯齿状水冷LED灯管降温效果模拟

为及时将LED灯管芯片产生的热量传导出去,提升LED灯的性能,延长其使用寿命,设计了一种圆形锯齿状水冷LED灯管,并通过计算流体力学(Computational Fluid Dynamics, CFD)软件构建水冷LED灯管模型,对其降温效果进行研究。在模型中将LED灯珠芯片设置为内热源,热流密度根据灯珠的数量和电光转化效率计算,其值为1.7×10~7 W/m~3。验证试验表明,模拟值与实测值吻合较好,最大误差为16.4%,构建的CFD模型能准确模拟灯管各结构的温度分布。利用验证的模型模拟不同水流速度对水冷LED灯管温度分布及水流压降的影响。结果表明:不同流速下水冷LED灯管的金属散热灯罩、灯珠芯片和水流的温度分布比较均匀,表明该灯管的结构设计合理,灯珠芯片释放的热量能很快传导到水流中并被带走;当灯管入口水流速度从0.10 m/s增加到0.25 m/s时,进出水温差从1.4℃下降到0.5℃。因此,在对水冷LED灯管进行串联时,可根据进水温度和环境温度的差来计算可串接灯管数量;入口水流速度的增加亦会增加水流阻力,根据模拟得到灯管进出水压差计算出灯管对水流的阻力系数为2.2,为水泵选型提供了依据。     

基于CFD的植物工厂冠层微环境管道通风效果模拟

为增加植物工厂多层栽培模式中作物冠层内部气流扰动,该研究设计了一种冠层微环境管道通风装置,利用计算流体力学软件（Computational Fluid Dynamics,CFD）构建三维栽培模型。在模型中,将植物冠层区域考虑为多孔介质,多孔介质的黏滞阻力系数为25,惯性阻力系数为1.3;LED灯管设置为热源模型,热源模型散热量为297 525 kW/m3。利用模型模拟并实测入口速度为8 m/s时植物冠层表面和上部空间气流速度,发现空气流域的平均误差为16%,模拟值与实测值吻合较好。利用验证的模型模拟不同入口速度下植物冠层的气流分布,结果表明：进气速度设置为8 m/s,该速度下植物冠层内部适宜速度区域体积占比为67.58%,冠层表面适宜速度区域面积占比为55.23%,冠层内部气流平均速度为0.14 m/s。研究表明植物工厂冠层微环境管道通风模式能有效增加冠层气流扰动。     

农业专家系统及其在园艺业中的研究与应用

本文论述了农业专家系统的基本知识,各组成部分,国内外研究概况,以及在园艺中的研究与应用.并就园艺业利用农业专家系统的几个问题进行了讨论.     

基于CFD的植物工厂管道通风模拟及优化

针对植物工厂中传统通风模式难以实现内部气流均匀分布的问题,在满足合适的管孔径比情况下,通过计算设计了管道通风方案,利用计算流体力学CFD(Computational fluid dynamics)仿真软件对不同方案的作物冠层气流场进行模拟,探究管孔直径、管孔数量及进风口风速对作物冠层气流分布的影响,确定最佳管道通风方案。结果表明:所有的管道通风方案气流均匀性均优于传统通风模式,且进风口风速为3m/s的25孔管道通风方案最佳,此时作物冠层表面平均风速为0.55m/s,适宜区(风速范围为0.3～1.0m/s)面积占冠层表面总面积的86.1%。     

温室多层立体栽培联合补光对生菜产量及品质的影响

针对温室单层栽培模式空间利用率低,资源浪费的问题,以阿奎诺生菜为研究对象,探究温室多层立体栽培结合人工补光模式对生菜产量、品质及电能利用率的影响。试验结果表明:栽培架中层和下层补光处理能显著提高生菜总干物质量。中、下层补光处理下,每增加1%日光照累积量(Daily light integral,DLI),单位面积产量分别增加0.6%和0.8%。栽培架中层补光处理、下层补光处理和对照上层不补光处理叶片比叶面积(Specific leaf area,SLA)比中层和下层不补光处理更小,即叶片更厚。高光强下生长的叶片在光合能力及光化学成分的形成有明显的促进作用,补光处理下叶片中的可溶性糖含量和叶绿素含量均高于不补光处理。在补光处理下虽然耗电量增加了,但生菜产量也明显提高了,补光处理下的投入/产出值与栽培架最上层不补光处理差异不显著为0.08~0.09 kW·h/g,但均明显高于中、下层不补光处理的0.2~0.3 kW·h/g,而且温室中采用3层栽培模式后,空间利用率提高了2倍。     

辐射累积量控制的灌溉模式下温室番茄生长与水肥利用研究

【目的】在辐射累积量控制的灌溉模式下,探讨不同灌溉量对番茄开花坐果期生长和水肥利用效能的影响,为日光温室番茄高效生产提供科学依据。【方法】在内嵌基质土垄栽培条件下,以番茄"丰收"杂交种为供试品种,采用营养液滴灌。灌溉模式分为常规时间间隔灌溉(以下称"常规灌溉",CK)和辐射累积量控制灌溉两种,其中辐射累积量控制的灌溉模式分为低灌溉量(T1)、中灌溉量(T2)和高灌溉量(T3),研究不同灌溉模式和灌溉量的番茄开花坐果期生长和水肥利用效能的差异。【结果】相比于处理CK,处理T1、T2和T3的灌溉量分别减少了39.3%、30.3%和14.0%,而且灌溉量越大,基质水分含量越高,处理CKT3T2T1。辐射累积量控制的灌溉模式有利于番茄营养和生殖生长,显著提高了番茄生物量,相比于处理CK,处理T1、T2和T3的番茄生物量分别提高了57.1%、75.3%和32.7%;其中,处理T2的番茄生物量达到102.9 g/株,也显著高于处理T1和T3。辐射累积量控制的灌溉模式晴天的灌溉量多于阴天,而且中午的灌溉量多于早晨和下午,与植株对水肥的需求相匹配;此外,该灌溉模式有效节约了水肥,避免了水肥的浪费,相比于处理CK,在晴天和阴天时,处理T3的废液排出率分别减少了62.5%和72.6%。该灌溉模式下的适宜灌溉量也显著提高了番茄产量和灌溉水分利用效率,相比于处理CK,处理T2的产量增加了14.2%,达到61.3 t·hm-2,灌溉水分利用效率提高了34.1%,灌溉量过少则抑制了植株产量的提高。【结论】辐射累积量控制的灌溉模式能够促进番茄的生长,有效节约了水肥。其中处理T2灌溉量533.0 m3·hm-2,可作为日光温室番茄开花坐果期的参考营养液灌溉量。     

自然光植物工厂多层立体栽培补光对生菜产量和品质的影响

针对自然光植物工厂空间高效利用的问题,采用意大利奶油生菜为研究对象,探究自然光植物工厂多层立体栽培条件下不同栽培层间光照、温度、湿度等环境差异及补光对生菜产量和品质的影响。结果表明:栽培架中层平均太阳总辐射强度是上层的25.15%～55.42%,下层平均太阳总辐射强度是上层的22.66%～37.46%;不同层间温度相差4.8～7.2℃。不同层湿度差异为37.5%～43.9%。补光可以提高栽培层间的光照强度,改善光照分布状况,改变生菜生长形态,促进叶片伸展和根系生长。与不补光处理相比,补光后中层和下层生菜的产量分别提高了35.8%和24.7%,干物质量增加了39.7%和36.7%,可溶性蛋白含量提高了9.42%和9.24%,硝酸盐含量降低了10.75%和6.75%,但与对照相比,补光后对生菜叶绿素和可溶性糖含量并没有显著性的变化。立体栽培层间补光能够改善层间光照环境,使光照分布更加均匀,促进干物质积累,显著提高生菜产量和品质。     

基于CFD模型的双膜大跨度拱棚热环境模拟

为探明多层覆盖对大跨度拱棚典型季节热性能的影响,采用计算流体力学（CFD）方法构建双膜大跨度拱棚模型,探究夏季无风和冬季有风2种较为极端环境下拱棚内热环境的分布规律,并与单膜大跨度拱棚进行对比。结果表明：拱棚内温度模拟值与实测值的平均相对误差为1.53%,均方根误差0.75 ℃,构建的CFD模型可准确模拟双膜大跨度拱棚内的温度分布;夏季工况下双膜大跨度拱棚在缓冲区域会产生高温积聚,导致双膜大跨度拱棚平均温度比单膜大跨度拱棚高约1 ℃;冬季工况下双膜大跨度拱棚内外层空间温差较大,双膜大跨度拱棚平均温度比单膜大跨度拱棚高5.1~10.6 ℃。综上,双膜大跨度拱棚更适用于寿光地区的气候环境。     

基于偏最小二乘回归的日光温室墙体放热量预测

基于物联网以及传感测试技术，在获取日光温室内外光温环境数据的基础上，采用皮尔逊系数法确定各环境因子间的关联性，进而建立基于室外光温环境因子变量的墙体放热回归模型。结果表明，采用聚类填充法处理缺失数据，可以保持较优的原数据样本特征；与主成分回归方法相比，采用偏最小二乘回归方法拟合墙体放热量模型，预测值与真实值的均方根误差RMSE为0.09 MJ/m²,平均绝对百分误差MAPE为9.48%,确定系数R²为0.953,精度较好。该回归模型综合了室外光温环境特征信息规律，通过气象预报，可以用于模拟预测墙体放热量，为温室额外加热量的供给提供参考。