圆拱型连栋温室自然通风流场CFD模拟

采用Ansys公司的FLUENT软件,建立温室的三维模型,研究了自然通风条件下平行于温室走向和垂直于温室走向两个风向,两种不同风速下温室内部及温室之间风流场的分布特点。模拟结果表明:当风速较小(1.6m/s)时,温室内风向复杂,出现低速涡旋,当风速较高(5.2m/s)时,温室内风向基本按原方向前进,风速逐渐减弱;当温室外风速为1.6m/s时,温室内大部分区域的风速在0.2m/s左右,当温室外风速为5.2m/s时,温室内大部分区域的风速在1.0m/s左右;连栋温室群中各部位温室的通风情况相差较大,前栋温室内风速明显高于后栋。该研究结果可作为温室生产与设计的参考依据。     

风向变化速度对风力机功率及转速的影响

为了探索风向变化时风力机输出功率及转速的变化情况,以某S翼型三叶片水平轴风力机为研究对象,利用旋转平台模拟风向匀速变化过程,采用IEC61400中规定的极端风向角变化速度5°/s为上限,每间隔1°/s选取1个风向变化速度,即选取1,2,3,4和5°/s这5个风向变化速度,研究不同风向变化速度下风力机输出功率、转速的变化规律.结果表明:风力机在不同风向变化速度下其输出功率与转速总体都呈现波动下降趋势,同一风速下风向变化速度越大,下降速率越快,但在其风向变化过程中对应的下降幅值越小;在风向变化开始与结束时都存在迟滞现象,风向变化开始时风力机输出功率出现小幅度上升,并持续波动3 s左右后才会开始下降;风向变化结束后,风力机需要继续运行一段时间后输出功率与转速才会达到稳定值,风向变化速度越大,该迟滞时间越长,初始尖速比越大,最终稳定后数值越大.     

连栋温室内湿帘-风机流场特性

为了解华南地区大型连栋玻璃温室在湿帘-风机通风条件下温度场与速度场的变化情况,探究该通风方式下,温室内的通风降温性能,以广州市农业技术推广总站示范基地的连栋玻璃温室为研究对象分别进行了稳态和瞬态计算,将稳态模型的计算结果与温室内监测点得到的数据进行对照,验证了计算模型的可靠性,并对湿帘-风机通风工况进行瞬态计算,得到温室内直观的温度和速度的分布情况及变化规律.结果表明:开启湿帘-风机系统后,湿帘侧最初风速可达1.6 m/s,通风过程中逐渐发展为从湿帘入口贯通风机出口的高速气流场,气流速度最终稳定在0.8 m/s;温室内温度场从湿帘侧到风机侧表现出梯度降温的变化特征,同时伴随着温室全局性的微小幅度降温;将风机流量增加1倍后,温室内气流的湍动程度增加,降温速度明显提高.得到的结果将为华南地区连栋玻璃温室的正常运行和精准调控温室内的小气候环境提供参考.     

单栋塑料大棚在高温低风速下的自然通风数值研究

为了研究华东型单栋塑料大棚在高温低风速极端天气下的自然通风特征,利用计算流体力学(CFD)理论建立栽培植物的全尺度三维自然通风模型,模型包括了太阳辐射和作物的影响。仿真结果证实:在外界风速较低时,热压通风起主导作用,且增开天窗能提高大棚的通风效果。CFD仿真结果和实验测试点的温度偏差在1.1°C之内,吻合较好,验证了CFD模型的有效性。     

强制通风温室中温度分布的试验研究

本文介绍了在强制通风温室中使用水帘和不使用水帘降温时，不同通风率情况下温室温度分布．包括室内外温差、温室长度方向和高度方向温度差的试验测试方法。试验结果表明：在不使用水帘和使用水帘时；温室内温度差在垂直方向最为显著，增大通风率会减少该温度差；与不使用水帘相比，使用水帘时提高通风率对降低室内温度效果显著。     

作物高度对温室自然通风影响的CFD分析

近年来,随着计算机性能和技术的发展,计算流体力学在设施农业中得到了广泛的应用。为此,基于CFD数值方法 ,在Venlo型温室自然通风条件下,对不同作物高度的室内气流和温度分布进行了数值模拟。结果表明:不同作物高度对温室自然通风气流速度变化影响显著;室外风速1.5m/s时,温室高度1.2m处室内气流速度低于0.2m/s;作物高度对温室内沿跨度方向温度阶梯变化影响较大,作物高度越高,温度阶梯变化越明显。最后,根据仿真得到不同作物高度自然通风温室1.2m高水平面的平均温度,得出作物高度对自然通风温度的影响规律。     

风压通风的单栋温室内部流场的ANSYS CFD模拟

利用ANSYSCFD软件模拟了单栋温室内风速为3m／s时的速度场，在此基础上比较了侧窗通风、侧窗加天窗组合通风等几种不同的通风方式下的温室内部流场变化。由理论推导和对模拟结果分析得出侧窗加天窗的通风布局的平均风速较高，因而通风率较高，对作物的损害较小。     

矿井通风变频自动控制方法研究

现有矿井风机的工频供电控制方式已不能满足目前矿井现代化生产的需求。通过研究矿井风机传统控制方式,设计了矿井通风变频自动控制系统。该系统采用变频器对风机进行变频调速,以达到对风压和风量的自动控制;通过检测风机轴承和电动机温度,由中央控制单元自动切换备用风机,提高了矿井生产的安全性和可靠性。     

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。     

人字形光伏阵列防风效果的数值模拟

借鉴“雁阵效应”的思想,设计了人字形光伏阵列.为揭示其防风效果,利用Fluent软件,采用SST k-ω湍流模型和非定常雷诺平均数值模拟的方法,分析了安装倾角、高度、阵列角度和间距分别为30°,0.20 m,30°和2 m人字形光伏阵列的抗风载能力和防风效果.结果表明:风速为10 m/s和15 m/s时,在首排光伏板均承受最大的风压力,第2—5排风压力显著小于第1排且逐排减小,阵列出现雁阵效应;将监测点|P|以20 Pa的间隔划分为不同风压区,发现可采取局部加固的方法提高光伏阵列整体的抗风载能力.沿垂直方向,来流在阵列后形成近金字塔形的风速衰减区,且风速分布均表现出中变异性,在离地高度从0.20 m增加到0.70 m的过程中,由于阵列的导流效应,计算域平均风速残余系数逐渐增大,变异系数逐渐减小,使得光伏阵列在计算域的防风效果随着高程的增加而减弱.研究可为戈壁人字形光伏阵列布设和农业发展提供指导.     

多温区冷藏车气密性能影响参数理论分析与试验

从多温区冷藏车的渗风机理出发,构建渗风气流模型,对内部隔断系数、载荷系数、内流场扰动系数、热压差等影响参数展开理论分析和试验研究。认为多温区冷藏车渗风量是车辆本身气密性能、车速、内部隔断情况、装载状况和气流扰动等因素共同作用的结果。其中,内部隔断的存在有利于整车气密性的提高,但效用逐步递减。双温区冷藏车内部隔断系数为0.6~0.9,三温区冷藏车内部隔断系数为0.45~0.85。内部载货量对渗风有一定的隔阻作用但并不显著,试验车载荷量为25%、50%、75%、100%时,载荷系数分别为0.98、0.96、0.92、0.87。内部气流扰动在不同速度条件下对渗风的影响差异较大;试验车速度分别为20、40、60、80、100 km/h时,内流场扰动系数分别为0.68、0.85、0.94、0.97、0.98。由于多温区冷藏车多用于城市配送,常以中低速运行,车内空气循环能对渗风起到一定的抑制作用。此外,由于冷藏车高度较小,内外温差所产生的热压差也较小,理论分析显示约25 K温差产生1 Pa的热压差,在工程实践中可将冷藏车渗风视为单纯风压作用的结果。     

基于弹道理论有风条件下折射式喷头喷灌均匀度研究

为计算有风条件下折射式喷头水量分布及喷灌均匀度,以弹道轨迹理论为基础,依据风速分布模型,建立有风条件下折射式单喷头水量分布计算方法,采用该方法模拟出有风条件下Nelson D3000型喷头倒挂安装方式下水量分布特性,通过与实测资料进行对比,验证了模拟具有较高的准确度,可应用于有风条件下折射式喷头水量分布计算。在此基础上,选用4.76 mm(24号)喷嘴直径,模拟出不工况下单喷头水量分布,计算出组合情况下喷灌均匀度,分析了风速、风向、喷头间距、工作压力和安装高度5种因素对喷灌均匀度的影响,并对蒸发漂移损失进行了分析。结果表明:95%的置信区间下,喷头布置间距对喷灌均匀度的影响最显著,其次是安装高度和喷头工作压力,风速和风向对喷灌均匀度影响不显著。风速、喷头工作压力和安装高度都会对蒸发漂移损失产生影响,其中工作压力影响最大。当选用Nelson D3000型喷头在风速小于6 m/s的环境下喷灌时,应将喷头安装间距固定在2.13~3.04 m范围内。另外,该安装间距范围内,喷头安装高度和喷灌压力增大后,喷灌均匀度增大的效果不明显,因此应采用低压喷灌以降低喷灌系统运行成本;考虑到较高的喷头安装高度会产生较大的蒸发漂移损失,喷灌时还应适当降低喷头安装高度,以提高喷灌水分利用率。     

江苏省参考作物蒸散量的时空变化及影响因素分析

【目的】参考作物蒸散量是水分循环和能量循环的重要组成部分,研究其变化特征及影响因素可以为该地区合理利用水资源,高效水分管理及农业生产布局提供参考。【方法】利用1961-2018年江苏省60个站点的风速、温度、相对湿度和日照时数等逐日数据计算了逐日蒸散量(ET0),并采用气候倾向率、敏感性分析、通径分析、贡献率分析等方法对江苏省ET0的时空变化及影响因素进行分析。【结果】①江苏省1961-2018年平均ET0为976.8 mm,区域整体ET0的变化幅度为-0.44 mm/10 a,共有28个站点ET0呈增加趋势(47%),主要分布在无锡以及苏州等苏南区域,共有11个站点ET0增加趋势显著(p<0.05),其中无锡、太仓、靖江地区ET0气候倾向率较大,分别为18.6、19.0、30.0 mm/10 a。共有32个站点ET0呈减小趋势(53%),主要分布在连云港、徐州、宿迁等苏北地区,共有16个站点ET0减小趋势显著(p<0.05),其中新沂、泗洪、灌南地区ET0减小趋势较大,分别为-19.2、-23.1、-23.2 mm/10a;②丰县(1 007.4 mm)、徐州(1 041.1 mm)以及西连岛(1 130.3 mm)区域为ET0的高值中心;③ET0对平均温度、日照时间、风速为正敏感,对相对湿度为负敏感,且ET0对相对湿度最敏感。平均温度、日照时间、风速、相对湿度与ET0决策系数分别为0.09、0.33、-0.02、0.29。敏感系数空间分布上,ST与SWS纬向分布特征都较明显;④贡献率分析表明,主要影响因素为风速的有22个站点,均分布在苏北地区,其中沛县、泗阳、新沂站风速对ET0变化贡献较大,分别为-13.44%、-12.52%、-12.49%,主要影响因素为相对湿度的有38个站点,主要分布在苏南地区,其中丹阳、靖江、昆山站相对湿度对ET0变化贡献较大,分别为18.47%、18.57%、20.87%,全区平均温度和日照时间不对ET0变化产生主要影响。【结论】苏北地区ET0变化的主要影响因素是风速,且风速贡献率为负,苏南地区ET0变化的主要影响因素是相对湿度,相对湿度贡献率为正。     

喷灌条件下小气候变化规律的研究

分析了测点温差和相对湿度曲线的变化规律 ,研究了最大温差和最大相对湿度与喷灌时间、喷灌工作压力、风力、风向以及光照强度的关系 ,最后探讨了最大温差与最大相对湿度的关系。     

风速和翼型弯度对垂直轴风机气动性能的影响

为了解风速和翼型弯度对H型垂直轴风机气动性能的影响,选取3种风速(4,8和12 m/s)作为设计工况,以NACA0015,NACA2415,NACA4415和NACA6415 共4种不同弯度翼型作为设计翼型,对某小型H型垂直轴风机进行了二维非定常数值模拟研究,评价指标包括C_P-λ曲线、Pa-n曲线和Qa-n曲线3方面.研究结果表明:风速和翼型弯度均对风力机的气动特性有很大影响.风速主要影响风轮的C_P(P_a)值、运行叶尖速比的范围和高效运行区的范围,且三者均随风速的增大而增大.翼型弯度影响着风轮的C_Pmax值、运行叶尖速比的范围、高效运行区的范围、整个运行区的C_P(Pa)值、经济性和起动性能等多个方面.但是,风速对翼型弯度的选择基本没有影响.综合考虑各因素,弯度为0~2%的翼型是垂直轴风机最为理想的选择.     

气力辅助静电雾化的PIV试验研究

为了研究气力辅助作用下静电雾化的流场特性,采用粒子图像测速技术（PIV）对风速、荷电电压及通气管与喷头间距等参数影响下的喷雾流场进行测量,并结合Tecplot后处理软件对所储存图片进行处理和分析,获得了不同参数下的静电喷雾流场特性.结果表明：通气管和喷头的间距以及风速一定时,不同的荷电电压形成不同程度的卷吸,且电压越大,卷吸现象越明显,卷吸区域沿着喷雾的轴向逐渐向下延伸;通气管和喷头的间距以及荷电电压一定时,随着风速的增大,气动力的主导作用越来越明显,在气流区的卷吸程度逐渐减弱,卷吸现象逐渐消失,卷吸区域逐渐向喷雾核心区收缩;风速以及荷电电压一定时,随着通气管与喷头间距的拉大,雾滴的漂移现象越来越严重,同时喷雾流场的卷吸现象越来越明显并逐渐向喷雾核心区靠近.     

基于CFD-DEM的稻谷通风阻力数值模拟与试验

为探究稻谷通风中谷层阻力的变化规律,基于离散元理论,构建了2个品种稻谷颗粒的数值模型,采用CFD-DEM耦合模拟了垂直圆管约束中的稻谷颗粒群在不同风速及谷层深度下通风阻力的变化规律。结果表明:在表观风速一定时,谷层阻力随谷层深度的增加而非线性增加(R20.99);当谷层深度一定时,谷层阻力随表观风速的变化关系可表达为二次多项式形式(R20.98);不同品种的稻谷在相同条件下谷层阻力变化趋势相同,数值不同,长粒型较短粒型谷粒通风阻力小。通过搭建试验装置,对模拟结果进行了试验验证,成对t检验(α=0.01)结果表明差异不显著,数值模拟与试验结果吻合,证明应用CFD-DEM方法数值模拟稻谷通风阻力是可行的,获得的拟合方程可用于谷仓通风阻力计算,指导就仓干燥系统管网设计及风机的选配。     

Can shelterbelts improve sprinkler irrigation performance under windy semi arid conditions?

Field experiments were performed to study the effect that wind shelterbelts has on irrigation uniformity of hand move sprinkler irrigation system located in northwest Kenya. Catch can tests were performed to evaluate the distribution of applied water using coefficient of uniformity and distribution uniformity for plots with shelterbelt and without shelterbelt scenarios. Three medium pressure twin nozzle sprinkler head types were tested to determine their water distribution uniformity at varying wind speed and working pressure and obtained results were statistically analysed. The analysis was used to ascertain the performance of the medium pressure sprinklers under varying wind conditions for the two scenarios. Results indicate that uniformity is improved by wind for wind speeds below 1.4?m/s. Analysis of data from sheltered and unsheltered plots showed a significant difference of uniformity parameters on sheltering with coefficient of uniformity for sheltered plots averaging 84?% compared to 74?% for unsheltered plots. Results indicate that the coefficient of uniformity values were higher than the distribution uniformity values although both had a strong linear relationship with a coefficient of determination above 0.96 in both scenarios. It is concluded that shelterbelts improve sprinkler irrigation performance under windy conditions.     

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。     

Thermally Induced Ventilation of Livestock Transporters

Livestock require ventilation during transport to ensure acceptable air temperatures, humidities and contaminant levels. Provision of ventilation in pig, sheep and cattle vehicles is usually through apertures positioned along the sides. Air exchange through these apertures occurs by forced ventilation, from vehicle motion or wind, or by thermally induced ventilation, generated by heat from the animals causing internal to external air temperature differences. Thermally induced ventilation is always present, but forced ventilation may be intermittent; particularly for a stationary vehicle on an enclosed roll-on roll-off ferry deck which prompted this study. Thus, to ensure adequate ventilation at all times, design calculations should be based on thermally induced ventilation.A model is presented which takes into account thermally induced ventilation through slot openings, heat transfer through the structure of the vehicle and heat, moisture and carbon dioxide output of the animals. Predictions of vehicle internal air temperature show this to be very insensitive to vehicle characteristics, species, heat output and stocking density. This arises because the ventilation is caused by the animal heat increasing the vehicle internal air temperature and consequently increasing the internal to external air temperature difference. For a given vent area, reducing stocking density, and thus animal heat, reduces the ventilation rate resulting in an internal air temperature which is largely self compensating. Comparison of predicted results with measurements made on a ferry voyage show agreement of vehicle internal air temperature to better than ±1°C and relative humidity to +6%.