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。     

果园多风道风送喷雾机送风机构模拟分析与试验

针对传统风送式喷雾机作业时雾滴漂移量较大的问题,设计了1种多风道送风机构以优化风场配置,利用STAR CCM+软件对果园多风道风送喷雾机送风机构内部气流场进行模拟研究,分析送风机构主体部分气流场分布特性,得出该喷雾机风道主体部分气压云图以及速度矢量图,寻找最佳送风参数,并通过田间试验进行验证。试验结果表明:该喷雾机风道主体部分压力分布均匀,当涡轮速度在20 m/s时,出口速度集中在57.2 m/s,雾滴沉积密度在20滴/cm2以上,满足果园风送喷雾要求;喷雾机能够有效穿透果树冠层,叶面叶背雾滴沉积分布均匀,满足喷雾标准;对比传统风送式喷雾机,雾滴漂移减少,设计满足要求。     

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。     

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。     

常见农药喷施器械气流速度场的对比试验研究

为了研究不同农药喷施器械的气流速度场分布特性及影响规律、揭示提高气流作用范围和实现超宽幅 高效喷施作业的工作机理、开展了机动喷雾喷粉机、风送式喷雾机、热力烟雾机和悬浮管道式喷施机等4 种常见喷 施器械的气流速度场的现场对比试验。结果发现、4 种机型的气流速度场差异较大、试验中所采用的悬浮变径管道在 距离管道入口40 m处的喷施孔仍能测量到7 m/s 的风速、风速衰减比小;风送式喷雾机及喷雾喷粉机相当、热力烟 雾机最弱。对比试验结果表明、悬浮管道式喷施技术是拓宽农药喷施器械单次喷施作业覆盖范围的有效方法之一、 通过采用悬浮管道对喷施气流进行适当的约束和导引、可以大大提高气流速度场的作用范围、提高喷施作业效率、 改进喷施作业沉积效果、减少农药资源浪费和对农田环境的污染。     

基于CFD的2BM-4型气吸式排种器气流场分析

课题主要为提高气吸式排种器吸种管的吸种效率,并分析影响吸种管在吸种作业中气流场变化的主要因素,以众荣公司2BM-4型气吸式播种机为例,对影响排种器吸种管的气流场进行分析探究,并借助fluent软件建立仿真模型,模拟吸种管的气流场的变化并进行分析,对其进行仿真模拟,同时进行数值分析计算,探究气流场内部走向对排种质量的影响,并对研究结果进行探究,找出最优组合,降低漏播率与重播率,从而给吸种管的结构设计并且提供合理化建议,为相关参数设定提供依据。仿真结果表明:锥形孔的吸种性能最佳,优于其他孔型;吸孔导程对吸种效果的影响并不明显;孔径越大,吸种能力越强。     

基于CFD果园风送式喷雾机雾滴沉积特性研究

自制应用于柑橘园施药的风送式喷雾机,并基于CFD建立喷雾机雾滴运动轨迹及沉积模型,考察该喷雾机雾滴沉积特性及送风方向对雾滴沉积的影响。根据喷雾机尺寸参数,建立喷雾流场二维模型,并确定DPM模型参数,模拟获得距喷头不同距离的垂直截面上雾滴沉积量。试验结果显示:在距喷头1.0 m的范围内,雾滴沉积特性与试验结果相符,且在1.0 m范围内,送风角度的增加对雾滴飘移影响较小,随着与喷头距离的增大,送风角度对底部雾滴飘移损失的影响逐渐加剧;在距喷头1.0 m范围以外,雾滴沉积特性与实际试验结果偏差较大,但雾滴沉积量随与喷头距离的增大而逐渐减少的规律是一致的。     

果园风送喷雾机蝶型导流结构设计仿真与试验

针对传统风送喷雾机风道气流分布不均匀的问题,设计1种蝶型导流结构,对不同进风口直径、风道倾斜角度、涡轮转速等结构参数,利用Flow simulation软件对导流结构内部气流场进行模拟仿真,监测6个出风口风速,并计算其速度均值和标准差,并通过正交实验法,以均值和标准差为优化响应值,得出最优配置参数为进风口直径535 mm、风道倾斜角度90°、风机转速190 rad/s。对调整风道参数后的导流结构内部气流场模拟仿真,分析其速度云图和相对压力云图,6个出风口风速分别为20.394、22.232、25.799、20.159、22.446、23.732 m/s,风速均值为22.627 m/s,标准差为1.93,风速分布较均匀,压力分布均匀。通过试验验证,出风口风速真实值与模拟值误差不超过5%,叶面叶背雾滴沉积密度在20滴/cm²以上,变异系数不超过10%,雾滴分布均匀,蝶型导流结构设计符合要求。     

风向对温室内气流分布模式影响的CFD分析

以自然通风的Venlo型两连栋玻璃温室为研究对象,基于CFD数值方法,以流体控制方程和标准湍流模型为理论依据,结合DO辐射模型对室外风向垂直屋脊和平行屋脊两种工况下室内气流分布模式进行了3-D数值模拟。结果发现风向垂直屋脊时侧窗外侧存在两个对称涡流,侧窗是主要进风口;室内气流速度随高度呈上升趋势;室内东侧流速较西侧低。风向平行屋脊时,侧窗气流流动复杂,天窗是主要进风口;气流速度随高度呈下降趋势;室内东侧流速较西侧高。两种风向下南北向流速分布相对均匀一致。室外风向对室内气流分布模式有明显影响。     

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。     

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.     

基于CFD两级注入式射流混合器设计与试验研究

为解决射流混合器混合比小且不精确的问题,设计了一种两级注入式射流混合器。采用计算流体力学方法对两级注入式射流混合器内部的药水流动特性进行数值模拟。根据文丘里管的设计标准,借助CFD模拟计算不同喷嘴直径,获得最佳混合的喷嘴直径分别为9和21 mm。利用四因素四水平仿真设计,探究了喉管长度、扩收管短轴长度和扩散管角度对混合器出口面均匀度的影响。模拟结果表明,在一级喉管长度45 mm、 二级喉管长度80 mm、一级射流扩收管短轴长度26 mm、二级射流扩散管角度7°时,变异系数最小,混合均匀度最佳。进一步仿真分析了不同混药比对混合器混合变异系数的影响,得出两级混合器可以在不同的混合比下达到相同混合效果。根据优化仿真结果,选取不同的流量与混药比对混合器进行对比试验,结果表明,同一混合比的试验值与实际值的最大误差为3.5%,且混合变异系数均在0.041 2以下,证明混合器在300∶1~3 000∶1时,均能达到较好的混合效果。同一混合比的模拟值与试验值的最大误差为12.1%,证明两级注入式射流混合器符合设计需求。     

A new integrated CFD modelling approach towards air-assisted orchard spraying. Part I. Model development and effect of wind speed and direction on sprayer airflow

The current trend in modelling flow phenomena within trees such as in orchards follows the assumption of the space occupied by the trees as a porous and horizontally homogeneous medium to avoid the flow details associated with the individual plants. This being sufficient at a larger field or regional scale much has to be done at a plant scale to analyse the flow details within the plant and its elements especially for sensitive agricultural operations such as spraying. This article presents an integrated 3D computational fluid dynamics (CFD) model of airflow from a two-fan air-assisted cross-flow orchard sprayer through non-leafed orchard pear trees of 3 m average height. In this model the effect of the solid part of the canopy on airflow was modelled by directly introducing the actual 3D architecture of the canopy into the CFD model. The effect of small canopy parts, such as very short and thin branches and flowers that were not incorporated in the geometrical model, on airflow was simulated by introducing source-sink terms in the Reynolds averaged Navier-Stokes (RANS) momentum and k-? turbulence equations in a sub-domain created around the branches. This model was implemented in a CFD code of ANSYS-CFX-11.0 (ANSYS, Inc., Canonsburg, PA, USA). In this work it was possible to link the real 3D architecture of pear canopy into a CFD code of CFX. The model was able to capture the local effects of the canopy and its parts on wind and sprayer airflow directly by inserting the tree structure into the model which gave realistic results. The model showed that within the injection region of the sprayer there was an average reduction of the jet velocity by 1 m s⁻¹ for a distance of 2.3 m from the sprayer outlet due to the presence of leafless pear canopy. This reduction was variable at different vertical positions due to the difference in the canopy density. Maximal effect of the canopy was observed in the middle height of the trees between 0.25 m and 2.5 m which is the denser region with a bunch of several branches. The maximum velocity difference observed between these two positions was 1.35 m s⁻¹ at 1.75 m height. Thus, regions of high and low air velocity zones of the sprayer due to the variable branch density of the pear tree were predicted. The effects of wind speed and direction on the air jet from the sprayer were investigated using the model. For a cross- (direction of 90°) wind speed of 5 m s⁻¹ there was about 2 m s⁻¹ reduction in the sprayer jet velocity at the jet centre and 0.5 m horizontal shift of the jet centre towards the wind direction. Generally there was a decrease in the jet velocity with increasing cross-wind and decreasing wind direction with respect to the jet direction.     

猪舍温度场和气流场的CFD模拟比较分析

为了比较纵向和横向通风方式对猪舍的降温效果,以种公猪舍为模拟对象,利用计算流体力学方法分别对纵向和横向两种通风方式下的舍内温度场和气流场进行了模拟,并对模拟结果进行了比较分析。结果表明,横向通风时,公猪栏内部分区域的气温能够保持在25℃左右,大部分区域气温低于28℃;纵向通风时,虽然部分猪栏内能够形成25℃左右的适宜气温,但靠近出口处的5个猪栏温度基本为30℃,局部温度甚至达到了31℃。说明横向通风方式不仅能够在舍内形成均匀的气流场,而且还能够明显降低公猪栏内的环境温度。     

葡萄树干精准对靶施药系统设计与试验研究

切根虫是对葡萄生长造成严重危害的害虫之一,它在夜间会从葡萄树根部爬到树冠上啃食新枝和嫩芽,对葡萄产量造成影响,因此必须有效的控制其危害.提出了精准对靶施药系统的设计理念,介绍了该系统的工作原理及结构组成,给出了主要部件的设计过程.通过模拟试验与传统带状施药系统的效果进行对比,得出:环形对靶施药系统在相同条件下,着药率提高了72％,成本节约了67.1％,大大减少了施药量,降低了环境污染.     

猪舍热舒适性评价及夏季湿帘作用下的CFD模拟

影响猪舍热舒适性的因素包括温度、湿度、风速和热辐射,猪体的热舒适感是由这些因素以及猪体新陈代谢综合作用的结果.传统温湿度指标难以精确地表达猪体的热舒适感.在人体平均预测投票(predicted mean vote,PMv)指标的基础上用类比方法提出了猪体PMV指标.采用计算流体动力学(computational flu...     

犁耕机组作业行程率计算及试验验证

在分析现有机组作业行程率计算公式的基础上，就犁耕作业推导出新的计算公式和最佳小区宽度计算式。与现有公式相比，新算式具有较强的理论性和实用性，尤适于小地块作业情况。试验结果证实了新算式的正确性。     

转子式机油泵内流场CFD分析及实验研究

采用CAE软件对转子式机油泵内流场进行了几何建模.对模型应用非结构化网格生成技术划分网格并进行了有限元前处理.在采用k-ω湍流模型的基础上,考虑了卸荷槽的影响,应用计算流体力学软件模拟稳定工况下机油泵出口部分的三维湍流流动.得到了详尽的分析结果,包括压力等高线云图、速度矢量等高线云图等.分析并证明了卸荷槽具有缓解压力负荷的作用.完成了对机油泵的台架实验,将数值模拟得到的机油泵性能特性曲线与实验特性曲线进行比较,发现仿真结果与实验结果基本吻合.证明仿真模拟结果能够反映机油泵的流动性能和特殊流动现象;利用数值仿真可以得到具有参考意义的机油泵流量特性曲线,为机油泵开发提供了新的研究方法和技术支持.