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。     

风速对温室内气流分布影响的CFD模拟及预测

基于CFD数值模拟技术,采用标准湍流模型和DO辐射模型对室外风速为0.9m·s-1时Venlo型玻璃温室内气流分布模式进行了3-D稳态求解,并对模拟结果进行了试验验证,结果表明:模拟值与实测值吻合良好,平均相对误差为13.4%,CFD数值模型有效.采用该模型对室外风速为1.5m·s-1和2m·s-1时室内气流场进行了预测,并得出了3种风速下温室的通风率与室外风速之间呈线性关系,R2=0.9846.风速是影响温室通风率的关键因素.风速低时,室内气流分布模式受室外环境影响较轻微,作物区气流分布比较均匀一致;随着风速的增高,室内气流流速增大并伴有涡流出现,温室高度方向梯度明显.     

不同遮阳工况下温室作物冠层辐射场与温度场的CFD分析

为研究不同类型遮阳网对温室作物冠层辐射场与温度场的影响,采用标准k-ε湍流模型和DO模型建立了温室作物冠层辐射对流换热的CFD模型,采用辐射折算的方法模拟外遮阳对室内环境的影响。将模型计算的辐射和温度值与试验实测值进行对比,辐射值平均误差为18. 8%,温度值的相对误差为3. 9%。利用建立的温室CFD模型,对不同遮阳率的遮阳网下温室作物冠层辐射场与温度场进行分析,结果表明:一层遮阳网温室内降温明显;比对一层遮阳网工况,开启两层遮阳网时室内降温幅度增加并不明显,且辐射值偏低。在此基础上,改变了遮阳网遮阳率,发现在其他条件相同的情况下,开启遮阳率为65%的遮阳网相比遮阳率43%的遮阳网温室内辐射减少40W/m~2,室内温度相对降低0. 8℃。此模型可为基于作物光温需求的遮阳调控方案提供仿真计算分析。     

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%。     

基于CFD技术的玻璃温室加热环境数值模拟

提出采用CFD技术数值模拟温室热风供热条件下的温度环境三维场分布.采用标准R-ε湍流模型和PSIO算法的有限体积法对流场微分方程进行离散,并考虑辐射模型,选择Fluent软件进行温室加热环境的模拟与仿真.通过在Venlo型玻璃温室中试验现场采集关键点温度数据,与仿真结果比较的均方根误差为0.67 K,且在温室内温度场的总体趋势是一致的.验证了建立CFD模型的正确性,以及采用Fluent软件进行夜间热风加热条件下的温室热环境数值分析是可行的.     

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。     

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.     

环境因子对温室番茄苗期生长与生理特性的影响

在夏季玻璃温室内,进行了环境因子对番茄苗期生长与生理特性影响的试验,分析了环境因子(土壤含水量、太阳辐射、空气温度、空气相对湿度等)的变化对番茄苗期的影响.试验表明: 温室内太阳辐射、空气温度以及相对湿度的变化对番茄苗期的茎流量有着显著的影响,14:00时左右,茎流量达到最大;灌溉下限为田间持水量的80%时,番茄苗期长势最好.     

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。     

计算流体力学在温室通风中的应用研究

计算流体动力学（CFD）作为一种模拟仿真工具现已广泛应用于研究各种传递过程,包括流体流动、传热和传质等。综述国内外有关CFD的发展现状,介绍其在温室自然通风和机械通风中的应用研究,展望CFD模拟技术的发展及应用前景。     

南方连栋塑料温室夏季机械通风优化设计

我国南方地区夏季长期高温,严重影响了温室作物生长。为了提高降温效果且减少通风能耗,需要优化温室机械通风系统的设计参数和控制方法。以南方地区典型的连栋塑料温室为研究对象,针对温室机械通风,建立了三维全尺度瞬态及稳态计算流体力学仿真模型。通过在温室内、外均匀布置温、湿度和光照传感器,测量机械通风引起的温室内气温变化和分布,用实验验证了仿真模型瞬态和稳态计算的准确性和有效性。通过仿真模型模拟了室外高温条件下的风机数量、温室长度、入口温度及环境温度变化等参数对机械通风降温效果的影响程度,并模拟了不同数量风机启闭控制的降温效果。本文提供的控制策略最高可减少约60%的能源消耗,而植物冠层平均温度仅升高0.21℃。     

CFD数值模拟技术在温室环境因子调控中的应用

为了给作物提供适宜的生长环境,使作物免受外部气候条件的影响和虫害的入侵,控制温室内部的微环境十分重要。温室内部的微环境包括温度、湿度和通风速率等环境因子,对作物生长起着至关重要的作用。计算流体力学（CFD）作为一种数值模拟仿真技术,近年来已经广泛用于温室内微环境的模拟,利用CFD对温室内微环境进行模拟,实现温室内流场分布的可视化,有利于优化和改善环境调控措施。讨论了近年来国内外有关CFD在温室通风降温中的研究概况,介绍其在温室微环境模拟中的发展现状、面临的挑战及未来的应用前景。      

冷库空气幕性能数值模拟与参数优化

以一个实际冷库为试验对象,建立了包含冷库内部、冷库空气幕和库外环境在内的三维耦合数值模型,采用CFD数值模拟软件对冷库空气幕流场进行非稳态数值模拟,并对冷库温度场进行了试验测量,重点分析了冷库空气幕的送风速度、送风角度和喷口宽度等参数对冷库空气幕隔离性能的影响规律。结果表明,对于某个具体的冷库,存在最合理的送风速度和送风角度,使冷库空气幕的隔离性能达到最佳,库内温度场波动最小。冷库空气幕喷口宽度不宜选择过宽。本文研究的冷库空气幕最佳的送风速度为8 m/s,最佳的送风角度为向冷库外侧偏转15°,最佳的喷口宽度为0.04 m。     

基于CFD的水稻育秧大棚环境数值模拟研究

针对育秧大棚内部空气流动对水稻秧苗生长环境的影响问题,分析了水稻育秧大棚内部环境分布情况。同时,利用Gambit对大棚进行三维建模、Fluent求解计算、CFD-post后处理分析,并运用k-ε湍流模型、太阳辐射追踪器、组分模型来计算模拟大棚内部温湿度场及气流速度场分布。结果表明:温湿度模拟值与测量值吻合较好,相对误差均控制在5%以内。本模型可以为其他气候和边界条件下的大棚环境预测、结构参数优化提供参考及理论依据。     

基于CFD的90°弯管水头损失计算的参数敏感性分析

计算流体动力学在水利行业中得到了广泛的应用。【目的】从众多不确定因素中找出对CFD建模有重要影响的敏感性因素,并分析其对计算结果的影响程度,优化90°弯管的CFD建模方案。【方法】采用单因素分析方法,分析了网格尺寸、湍流模型、水体密度、运动黏滞系数、当量粗糙高度等参数对计算结果的影响。【结果】RNG k-ε湍流模型计算结果与经验系数计算结果相对误差在±5%以内,能有效模拟弯管湍流流态;该湍流模型无需较小的网格尺寸,能够利用较小的计算资源得到精度较高的计算结果;当水体温度高于15℃时,三维流场计算软件能够对水体密度和运动黏滞系数进行修正,使计算结果精度更高;模拟水力光滑管道时,水体密度和运动黏滞系数对计算结果影响较小。【结论】工程算例模拟计算中,应当充分考虑模拟对象的体型和材料特点以及水体温度等因素,选取适当的参数值,能有效地降低计算成本,提高计算精度。     

包装对食品冻结过程的影响研究

通过模拟和实验方法研究食品包装对冻结过程的影响,首先,使用CFD方法模拟食品的冻结条件,包括食品周围空气的温度、流动速度及紊流强度等空气参数,以此来计算得到食品的表面传热系数,然后使用自然对流和辐射换热经验公式计算食品与包装材料之间的空气层内的传热过程,在食品内部每一点应用傅里叶导热公式模拟食品内部的传热过程,最后使用迭代方法将这几部分计算结合起来。在一实际的小型冷库中进行不同包装材料食品的冻结实验,以验证模型的准确性。结果表明,相对于传统的空气层热阻处理方式,该模型能够获得更加准确的计算结果,与实验结果吻合较好。不同包装材料的食品降温曲线差别较大,包装材料与食品之间的空气层对食品冻结过程有很大的影响,其热阻在整个过程中是不断变化的,变化趋势与食品降温曲线相反。     

双向流道泵装置内三维流动数值模拟

为了防止和消除双向流道泵装置进水流道内的漩涡和涡带,确保水泵机组的安全运行,在双向进水流道底部泵进口下方加设曲线导流墩.通过CFD软件对设导流墩的双向流道泵装置内部流动进行数值模拟,获得泵装置内部的三维流动速度场,并预测了泵装置的性能.结合模型泵装置试验的内外特性,着重研究了双向进水流道的出口流速分布及其对泵装置性能的影响.计算结果表明加设导流墩的双向进水流道出口断面流速分布较为均匀,流速均匀度达到93％,满足水泵运行的需要;装置性能良好,最优工况点的装置效率为68.89％.模型试验观测显示导流墩的设置有效地防止水泵进口下方涡带的产生,在各种试验工况下进水流道内均未发现涡带,水泵运转平稳无振动,可保证机组安全可靠运行.比较进水流道出口流速分布的计算结果与模型试验结果,二者在总体结构上相近,数值模拟对泵装置性能预测结果在最优工况点与试验结果基本吻合.     

温室内温度的优化控制

对温室蔬菜(茄子)的光合作用进行测定,建立茄子光合作用模型。基于作物生长量最大的层次对温室环境因子温度进行优化控制。利用数学分析方法求出理论上的最优解,考虑不同季节、不同天气条件、不同光照下如何对温室内温度进行优化控制。