基于三维模型ENVI-met对黑河森林和北方森林的潜热及显热通量模拟

在非均匀混合场景下模拟区域能量,三维小气候模型比一维模型考虑因素更为全面,但三维模型较复杂,研究甚少。为探究三维模型在混合像元场景中的通量模拟能力,以ENVI-met模型为例,以黑河关滩森林和加拿大北方森林为实验区,比较森林通量模拟值和实测值的季节性和日变化差异,并模拟森林三维空间结构对通量分布的敏感性。结果表明:①模型在春季、夏季、秋季模拟拟合度（R2）分别为0.75,0.76,0.55。模拟显热通量、潜热通量日变化符合实测趋势,日平均实测值与模拟值之差均不超过10.0%。模型对显热通量、潜热通量和太阳短波辐射模拟精度分别为0.68,0.63,0.80。②模拟总体能量闭合率（E_BR）达92.9%,模型对气象参数微小变动不敏感,较为稳定。③自然参数不变场景下,团状分布通量值大于均匀分布,变化幅度剧烈,且显热通量对空间异质性较潜热通量更为敏感。研究结果肯定了ENVI-met模型模拟通量具有较好精度,且能够反映出森林空间分布格局在通量分配上的影响,为研究区域气候变化提供了有效手段。     

基于CFD的不同走向大跨度保温型温室温度场模拟

大跨度保温型温室是针对日光温室之间南北间距较大,土地利用效率不高而设计的。该温室可将日光温室南北间距缩减为2m以内,同时具有日光温室的良好保温特征,但一直以来缺乏对该大跨度保温型温室的光温性能评价。本研究利用计算流体力学软件(Computational fluid dynamics,CFD)构建三维稳态温室模型,模拟不同走向对温室光温环境的影响,为温室建设提供理论依据。在模型中采用太阳射线追踪法加载太阳辐射,通过离散坐标辐射模型(Discrete ordinates,DO)模拟热辐射的影响。将模拟结果与试验测量结果进行对比,模型模拟值与实测值绝对偏差在0.3~2.1℃范围内,验证了构建的CFD温室模型的准确性。利用已验证的模型模拟结构尺寸完全相同,走向分别为东西与南北的2栋温室内的温度场分布情况,比较分析不同时刻(6个案例)温室内温度场差别。模拟结果表明,在上午10:00和下午14:00,2种走向温室内温度差异不明显在正午12:00,南北走向温室内温度比东西走向温室高2.8℃。在室温分布均匀性方面,利用CFD后处理软件提取6个案例在每一节点处的模拟值,统计6个案例温室温度的相对标准偏差,结果表明,在早、中、晚的3个时间段内,南北走向温室的RSD值均低于东西走向温室。综合模拟与测试结果表明,双拱大跨度保温型温室在北方地区应选用南北走向,温室的光照分布、温度分布都优于东西走向。     

雾化加注天然气减阻剂减阻效果的数值评价

为了优化天然气减阻剂加注工艺,若因试验条件所限,无法通过室内环道对模拟管段的工艺流程进行试验验证,则可以利用软件模拟方法对减阻剂的减阻效果进行评价,同时分析减阻剂减阻效果对各影响参数的敏感性。模拟结果表明:减阻剂雾滴沉积浓度对喷雾压差的变化最为敏感;喷射角度和管径对沉积浓度的影响具有一定的相关性,当喷射角度较大时,沉积浓度对管径的变化更为敏感,而当管径较大时,沉积浓度对喷射角度的变化也更为敏感。模拟结果可为天然气减阻剂的工程实际应用提供一定的理论指导。     

高温作用下钢筋混凝土板导热分析

对足尺的钢筋混凝土板在高温作用下进行有限元模拟分析,基于标准升温曲线,设定合理的热工参数,给出了钢筋混凝土板在高温过程中的三维温度分布.模拟分析结果和试验结果比较吻合,表明采用有限元方法能够很好的模拟钢筋混凝土板在火灾高温作用下温度场的分布.     

江苏省生态敏感性时空分布及其响应研究

掌握区域生态敏感性时空分布特征有利于自然资源的可持续利用和生态环境的良性发展。本文以江苏省为研究对象,采用层次分析的研究方法,选取5种生态因子,按照生态敏感性指数值的高低分为5级:极高敏感、高度敏感、中度敏感、较低敏感和非敏感,分析研究区域的敏感性空间分布及功能区划。结果表明,江苏省生态敏感性的中敏感为主要敏感类型;江苏省生态呈现好转趋势。     

基于VS2DH的低温水入渗模型验证及热弥散研究

研究低温水入渗土壤时的温度变化规律,进行模型验证和敏感性分析。利用土体流-固-热耦合试验系统控制入渗水温和水头,对一维水平土柱进行低温水入渗试验,观测土柱长度方向上12个观测点的温度变化过程,对所建多孔介质水热运移模型的求解结果进行对比验证,基于验证结果利用VS2DH进行一维土柱低温水入渗模拟,对渗透率、孔隙率和弥散系数等热运移影响因素进行敏感性分析。结果表明,模型可以准确模拟不同入渗水温和水头条件下的土壤渗流场和温度场变化;渗透率是影响低温水入渗时热运移的主要因素,影响程度约为孔隙率和弥散系数的2倍;弥散系数对热运移的影响在渗透率大于和小于0.2 mm/s时呈现相反趋势。     

冬季日光温室温度场优化研究

针对冬季寒冷地区温室作物质量与产量不理想的问题,建立温室CFD模型。对冬季哈尔滨地区某温室温度分布情况做模拟分析,验证模型准确性。温室冬季无空气流通,加热源热量扩散不充分,温室内部温度分布不均匀,大部分区域不能达到植物生长的适宜温度。根据温度场的分布状况,提出利用内循环风扇来优化温室内气流组织方法,充分利用未扩散的热能,提升温室内温度,优化温度场均匀性,验证效果良好。     

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。     

基于GIS的桂林市区生态敏感性分析

以桂林市区的生态敏感性问题为研究对象,选取坡度、高程、水域、植被覆盖指数(NDVI)、土地利用类型5个敏感性因子,利用层次分析法(AHP)确定敏感性因子权重,结合GIS空间分析技术,得到桂林市区生态敏感性的空间分布.结果表明,桂林市区生态敏感性总体较高,区域差异比较明显;高度敏感区、中度敏感区、低度敏感区和不敏感区分别占研究区总面积的16.7％、31.0％、27.8％和24.5％.对桂林市区生态敏感性进行分析,并提出分区保护与建设的建议,为桂林市区生态环境保护和产业经济布局提供参考.     

不同绿化改造方案对小区微气候环境影响的ENVI-met模拟研究

【目的】利用数值模拟不同绿化布局方案对居住区微气候的影响,以期获取最优绿化方案。【方法】以广州某老旧小区为研究对象,选取典型湿热天气条件,对研究区的室外微气候要素进行测量;利用模拟软件ENVI-met构建实况数值模拟模型,将模拟结果与实测值进行对比分析,验证模型精度和质量;对研究区预设的3种绿化方案微气候特征进行模拟分析。【结果】清理灌木后温度较现状平均升高0.1℃,湿度平均降低0.51%,可适当改善低处通风情况;去除乔木后温度升高近0.4℃,湿度降低1.18%,整体风速明显增大;屋顶简单式绿化具有一定的降温增湿效果,温度降低0.16℃,湿度增加1.17%,风速较现有绿况变化不大。【结论】ENVI-met能够较好地预测温度和湿度的日变化趋势,能有效地评估老旧小区空间的营造与绿化改善效果。     

山地小气候模型在帽儿山地区气候模拟中的应用

利用山地小气候模拟模型(MTCLIM)对帽儿山地区气候进行了模拟,由已测数据作为输入变量,对帽儿山张家沟集水区2002年最冷月均温、最热月均温、降水量、蒸散发等进行了模拟估算,结果表明:高海拔地区年积温低于低海拔地区,符合随海拔高度的增加温度降低的一般规律;最冷月均温、最热月均温分布规律与积温的分布规律相吻合,它们的空间分布与地形变化基本上是一致的。但是由于植被因素的作用,潜在蒸散量略有不同。用帽儿山气象站1989—2001年实测数据对模拟结果进行验证,两者数据基本符合。将MTCLIM模型与GIS技术相结合,采用不同的垂直递减率,运用Kringing方法对气象因子的时间、空间分布的模拟,不仅可以了解温度、降水、辐射等因子的分布情况,还可以为生态学过程研究奠定坚实的基础,同时也可以为植被动态模型提供气候数据支持,揭示森林植被变化的动态过程,实现森林景观与功能的耦合。     

基于Model Builder的库区生态敏感性分析

以密云库区为研究对象,利用生态环境现状调查资料和相关研究成果,通过生态服务价值、地质灾害、植被覆盖指数、坡度及土地覆被类型5个指标对密云库区生态环境敏感性进行了综合评价,识别出主要生态敏感区域。结果表明:生态服务价值变化对生态环境最为敏感,地质灾害因子次之;生态敏感性极高的区域主要为石城镇大部分地区、高岭镇西北部及北庄东南部和西南地区,不敏感区包括十里堡、巨各庄、大城子中部等地区。     

LNG储罐温度场计算及影响因素分析

为了准确计算LNG储罐在不同工况下的温度场,基于ANSYS软件建立了全容式LNG储罐温度场数值计算模型,计算了稳态工况下储罐罐体的温度场分布,进而根据计算结果,对不同环境温度、液位高度、对流换热系数对储罐温度场分布的影响规律进行分析。模拟结果表明:环境温度对罐壁漏热量影响较大,环境风速对罐顶漏热量影响较大,液位高度对罐壁和罐底的漏热量有一定影响,环境风速对储罐整体漏热量影响不大,该模拟结果对全容式LNG储罐的结构设计与优化具有参考意义。     

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。     

基于热舒适性和能源效率的花园艺术对城市小气候的影响与实证分析

随着人口增长、城市扩张以及全球变暖,城市地区较高的气温对人类生活的各个方面产生了不同程度的影响,例如人类健康、水消耗、能源使用和空气质量.因此,关注设计对开放空间热舒适度的影响非常重要.本研究旨在探究基于热舒适性和能源效率的花园艺术对城市小气候的影响,并通过实证分析提供科学依据.研究方向是建立城市小气候模拟模型,利用数值模拟和计算流体力学方法,对不同花园艺术设计方案在城市小气候中的影响进行模拟和仿真,以评估其在改善城市热环境和降低能耗方面的效果.首先,在ENVI-met(用于模拟地表-植物-空气相互作用的整体三维模型)中模拟了一个具有当前基础花园布局的真实小区,并通过将模拟结果与实际测量温度进行比较,验证了ENVI-met模型的可靠性.然后,通过模拟同一CBD区域不同花园设计方案,评估并比较了其对城市小气候和人体热舒适度的差异.最后,将不同的花园设计方案输出到动态建筑能源模拟软件中,以获得案例区域内建筑的能耗数据.研究结果表明,花园艺术的不同设计方案会导致植物在降温、增湿、遮光等方面存在明显差异,从而影响其对热舒适性和能源效率的贡献.这些评估结果可以为城市规划和设计提供科学依据,指导花...     

乡村振兴背景下湖州市三林村的生态敏感性分析

以浙江省湖州市三林村为研究对象,选取土地利用类型、植被类型、道路缓冲区、水体缓冲区、居民点缓冲区5个评价因子,采用层次分析法(AHP)、GIS空间分析法对村庄的生态敏感性进行分析。结果表明:土地利用类型是影响三林村的最主要生态敏感性因子,其次是水体缓冲区和植被类型,道路和居民点缓冲区影响相对较弱;不敏感、低度敏感、中度敏感和高度敏感区分别占村庄总面积的17.2%、45.5%、19.2%和18.1%。高敏感区主要集中在村庄中部偏东区域,该区域容易受到外界的干扰,在未来发展中需加强对自然生态的保护,低敏感度主要分布在村庄东部、南部和西北部,该区域较适合进行乡村振兴的开发和建设。     

ENVI-met乔木模型对亚热带湿热地区细叶榕的模拟验证

目的近年来,随着计算机性能的不断提升数值模拟技术已成为定量预测和评价微气候的重要研究手段。植物作为影响微气候的重要因子之一,数值模拟能否准确反映其在当地气候条件下的热表现值得研究。本文的研究旨在验证城市微气候模拟软件ENVI-met(4.2 Science版)在广州地区湿热气候下模拟细叶榕生理特性和微气候表现的适用性。方法通过实测广州地区常用乔木细叶榕的树冠形态、叶片属性和根系形态,对其进行ENVI-met建模并进行模拟分析,将模拟结果与2017年春夏两季实测的数据进行对比。结果生理特性方面,叶温模拟值与实测值变化趋势一致,但夏季午后数值明显偏高;蒸腾速率模拟值在上午和傍晚时刻与实测值较接近,中午峰值明显低于实测值。微气候表现方面,各微气候参数(太阳辐射、地表温度、空气温湿度)模拟值的日变化趋势与实测值一致。模拟值与实测值相比,树冠对太阳辐射的遮挡率接近,树冠对地表温度的降温幅度与实测值较一致,但树下与空旷处及各方向树冠中的气温偏高、湿度偏低,温差与湿度差数值偏小。同时,本文利用均方根误差和一致性指数作为指标进行误差分析,表明模拟结果与实测结果有较好的一致性,模拟可对乔木影响下的室外热环境进行较好的预测,并认为误差可能由软件版本、软件计算设定、建模网格分辨率等原因引起,但尚在可接受范围内。结论通过比较实测与模拟数据,验证了ENVI-met(4.2 Science版)能够较好地模拟湿热气候下乔木的生理指标及热表现,并能够准确预测各参数的日变化趋势。研究成果为应用ENVI-met模拟室外热环境提供了基础校验,并对植物建模提出了优化建议。      

AnnAGNPS模型在西南岩溶地区奇峰河流域的参数敏感性及适用性分析

为了探究农业非点源模型(AnnAGNPS)在西南岩溶地区奇峰河小流域地表径流量模拟的适用性,使用差分灵敏度分析(Differential sensitivity analysis,DSA)方法对参数进行敏感性分析,采用敏感指数法评价参数的敏感性等级;利用试错法人工调整模型参数,采用三个评价指标:决定系数(R~2)、纳什系数(ENs)和相对偏差(Re)评估模型的性能,检验其在岩溶地区奇峰河小流域的径流模拟的适用性。结果表明:不同临界源区面积(Critical source area,CSA)与最小源区沟道长度(Minimum source channel length,MSCL)取值下,CSA=20 hm~2,MSCL=200 m时,能够较为全面地描述奇峰河流域的下垫面的情况。参数敏感性分析结果表明,对径流模拟最敏感的参数是径流曲线数(CN),与非岩溶地区相比,影响地表径流的最敏感的参数相同,取值较非岩溶地区流域的大;对泥沙、总氮、总磷模拟最敏感的参数是土壤可侵蚀性因子与径流曲线数。模拟结果表明:AnnAGNPS模型能很好地模拟流域的地表径流,月尺度下模拟的R~2为0.962,ENs为0.831,Re为-14.94%。日尺度下模拟的R2为0.716,ENs为0.946,Re为-13.69%。由于岩溶系统的高渗漏性以及地下水与地表水交换的瞬时性,日尺度下的模拟精度较低。研究表明经过校准与验证的AnnAGNPS模型适用于西南岩溶地区桂林市奇峰河流域的非点源污染负荷模拟。     

蓄冷式冷藏箱降温过程的数值模拟及试验验证

【目的】研究蓄冷式冷藏箱降温过程中的温度变化速率和温差。【方法】采用CFD模拟软件对冷藏箱内流场进行非稳态数值模拟;建立包括冷藏箱内部和外部环境在内的三维耦合模型;分析蓄冷式冷藏箱降温过程中贮藏室内温度场分布规律;得出贮藏室内横截面和纵截面流场分布图。基于所建立的模型,研究不同风机风速、回风道面积和冷条初始温度对贮藏室流场的影响。【结果】模拟结果表明,冷藏箱可以在8 min内将贮藏室温度从16℃降低到0℃,正对回风道的区域温度较低,其他区域温度分布比较均匀。模拟结果与试验结果比较吻合,贮藏室温度变化平均绝对误差为0.68℃,温度分布平均绝对误差为0.29℃。提高风机风速,增大回风道面积,降低冷条初始温度可以缩短降温的时间,贮藏室温度变化速率随着降温时间逐渐减小;贮藏室内的温差随风速的增加而减小,随回风道面积的增大和冷条初始温度的降低而增大。【结论】该研究结果可为蓄冷式冷藏箱降温参数的优化设计提供一定的参考。     

阶梯笼雏鸡舍热水散热风机进风角度CFD模拟与效果测试分析

为研究热水散热风机供暖系统进风角度对阶梯笼雏鸡舍供暖效果的影响,利用计算流体力学(Computational fluid dynamics,CFD)模拟不同进风角度(30°、37.5°、45°和60°)下鸡舍气流场和温度场变化,并通过现场试验验证模型.结果表明,与其他进风角度比,进风角度45°时鸡笼内温度分布与气流场分...