蔬菜箱式穿流干燥室干燥均匀性的间接测试法

通过对箱式热风穿流干燥室风速场、温度场及其满载物料干燥均匀性的试验研究,指出了干燥室温度场和物料的干燥均匀性规律同空载冷态下风速场均匀性的规律基本一致,为该类干燥设备在研制开发过程中干燥均匀性和与其相关的温度场的测定提供了一种间接的试验方法。     

冷库冰水混合间接换热器的传热与流动特性

北方地区冬季寒冷漫长,夏季炎热,冬季储冰夏季利用有利于节能减排。利用冰水混合间接换热系统进行冷量交换,不仅节能环保而且空气质量明显提高。采用有限体积法商业软件FLUENT,应用SIMPLE算法对翅片管式换热器平直翅片的换热与流动特性进行数值研究,计算结果与试验结果对比分析。结果表明:数值模拟与试验偏差不超过15%;迎面风速均匀分布情况下,随着迎面风速的增加,换热系数和压降分别增加了133%和428%;平均场协同角随迎面风速的增加而增大,速度场和温度场的协同程度变差,对换热不利;在相同的空气体积流量下,迎面风速沿冰水流动方向呈逐渐降低的分布方式对换热有利。     

夏季肉牛舍湿帘风机纵向通风系统的环境CFD模拟

为了研究湿帘风机纵向通风系统应用于肉牛舍的夏季降温效果,该试验在现场环境指标实测的基础上,采用计算流体力学(computational fluid dynamics,CFD)的方法对湿帘风机纵向通风肉牛舍的气流场与温度场进行模拟,并对系统进行改进与优化.模拟时将牛只按与实物原型等比例引入到模型中,结果表明:舍内温度分布均匀,但受牛体挡风的影响,气流分布不均,高风速区主要集中在屋顶及饲喂走道,可达0.9～1.2 m/s;牛活动区域风速较小,均小于0.6 m/s,不能满足饲养标准.在75个风速测定点剔除异常值后,气流场的相对误差范围为0.16％～94.41％,平均相对误差为34.53％,45个温度测点的相对误差范围为0.09％～10.74％,平均相对误差4.71％.通过温度场吻合性结果确定模拟与实测有较好的吻合度.在不改变牛舍围护结构及舍内构造的前提下,对牛舍进行优化,舍内安装导流板,使得温度与气流场的分布均匀性显著提高,降温效果更为显著.该研究可为湿帘风机牛舍的优化设计和环境调控提供参考.     

保鲜运输车温度场分布特性试验研究

为解决果蔬保鲜运输车厢体内温差过大的问题,搭建了基于压差原理的保鲜运输温度场试验平台。通过改变回风道风速、回风道长度、开孔隔板开孔率、堆栈方式、气流导轨等影响气流形式的因素,研究了这些因素对保鲜运输车厢温度场分布的影响。结果表明:回风道风速越大,回风道越长,保鲜厢内的温度场均匀性越好;堆栈方式为中间两侧留空时,厢体内温度场均匀性优于仅中间留空、两侧留空和满载等3种堆栈方式;开孔隔板开孔率对保鲜室中横截面温度场均匀性的影响较大;有气流导轨时的温度场均匀性优于无气流导轨时。当回风道长度为1.5m,回风道风速为8m/s,开孔率为16.11%,堆栈方式为中间两侧留空,有气流导轨时,保鲜运输车厢内的温度场均匀性较优,此时保鲜室内中纵截面温度分布的标准差为1.15℃,中横截面温度分布的标准差为2.04℃。研究结果为果蔬保鲜运输车的厢体结构优化提供参考。     

基于CFD模型的大跨度温室自然通风热环境模拟

大跨度温室作为一种新型南北走向的钢骨架覆膜温室,解决了传统日光温室土地利用率低、空间狭小的问题。为了研究在自然通风条件下大跨度温室的温度和气流场的分布规律,以及不同室外风速条件下通风口开度对大跨度温室温度和气流场的影响,利用计算流体力学(computational fluid dynamics,CFD)软件构建三维稳态大跨度温室模型,模拟自然通风条件下大跨度温室内的温度场和气流场,并采集典型晴天下通风口开启50%时大跨度温室内13个测点的温度,将各测点的测量值与模拟值进行比较,最后利用已验证模型模拟分析通风口开度(25%、50%、75%、100%)在不同室外风速(1、2、3、4 m·s~(-1))条件下的大跨度温室温度和气流场。验证结果表明:模型模拟值与实测值的绝对误差在0.2~2.8℃,均方根误差为1.6℃,最大相对误差为9.9%,平均相对误差为4.1%,表明模拟值与实测值吻合良好。模拟结果显示,温室顶部温度高,底部温度低;室外冷空气从西侧通风口进入,温室内西侧温度低于东侧;温室内平均风速从南到北逐渐减小;温室中部风速明显小于东西两侧。大跨度温室上通风口及侧通风口全开时,温室内温度分布较均匀。温室通风口开度一定时,温室内通风率与室外风速呈显著线性正相关。考虑温室内温度及风速对作物的影响,以降温为主要目的时,建议通风口开度取75%~100%,若室外风速大于3m·s-1且室内温度能满足作物生长,则建议通风口开度75%。     

公猪舍夏季温度和流场数值CFD模拟及验证

为研究夏季全漏缝地板公猪舍湿帘风机蒸发降温效果及舍内环境分布规律,该文利用计算流体力学CFD(computational fluid dynamics)对北京养猪育种中心SPF(Specific Pathogen Free Swine)公猪舍进行模拟研究并通过实测数据进行验证。研究中将漏缝地板作为多孔介质简化,基于标准k-?湍流模型对空载及装猪猪舍内的风速场和温度场进行模拟,通过模拟值与实测值的对比验证模型的合理性。结果表明采用该模型模拟空载时猪舍,风速场模拟值与实测值误差较小,相对误差范围在0.25%~30.8%。模拟温度与实测温度最大绝对误差为0.48 K,平均绝对误差为0.11 K,平均相对误差为0.5%。模拟装猪时的猪舍,温度分布结构与装猪前相似,但整体温度略有上升。该研究可对当前常用的含漏缝地板猪舍建模研究提供参考,并为畜禽舍内改造和建筑实践提供理论依据。     

定点送风降温对母猪周围温度和对流换热的影响

为了满足高温高湿地区或密闭性较差的哺乳猪舍的降温需求,该研究基于计算流体力学（Computational Fluid Dynamics, CFD）数值模拟技术,研究了正压定点送风降温方式下不同进风口直径、进风风速和进风温度对哺乳母猪周围气流场、温度场以及机体对流换热量的影响。结果表明：当进风温度为25～27 ℃、进风风速为4～8 m/s、进风口直径为8和12 cm时,母猪周围大部分区域风速低于0.5 m/s、温度高于27 ℃。在相同进风风速和进风温度条件下,进风口直径为12和16 cm的母猪对流换热量高于进风口直径为8 cm的母猪对流换热量。考虑到母猪周围风速和温度的分布以及母猪散热的情况,当进风口直径为12 cm时,既能保证母猪周围区域风速、温度能满足哺乳仔猪的需求,又能保证母猪有较高的对流散热量,推荐在实际生产中使用该尺寸的进风风口。该研究通过CFD模拟分析了定点送风降温方式中相关参数对仔猪活动的产床区域风速和温度分布及母猪对流换热量的影响,为该降温方式在哺乳母猪舍的应用提供理论依据。     

装设均匀送风管道对冷藏库气流流场特性的改善

果蔬冷藏环境对库内温湿度及速度场的均匀性有较高要求,采用冷风机加均匀送风管道的形式可以更好地满足果蔬贮藏的条件。该文针对某200 t苹果冷藏库,研究了库内装设与不装设均匀送风管道时库内的温度场、速度场及相对湿度场的分布情况。文中建立了冷风机(加均匀送风管道)-货物-库内空气环境的气体流动、传热与传质的三维耦合数学求解模型。在冷风机送风速度为5.24 m/s,送风温度为271.15 K,送风相对湿度为90%的条件下,数值模拟研究了冷藏库内速度场、温度场及相对湿度场,并通过计算不均匀系数及空气分布特性指标(air diffusion performance index,ADPI)对流场特性进行了评价。结果显示,当库内装设均匀送风管道时货物区速度不均匀系数比不设送风管道时降低22.65%,温度不均匀系数降低20%,相对湿度不均匀系数降低22.73%,空气分布特性指标增大11.13%。因此,装设均匀送风管道时库内速度场、温度场及相对湿度场均更加均匀。     

柑橘黄龙病热空气快速处理温度场分布特性试验研究

针对柑橘黄龙病自然热罩热处理存在的处理周期长、效率低、对自然条件依赖大、处理罩内温差过大等不足,提出了一种柑橘黄龙病热空气快速处理方法。为解决热空气快速处理时罩内温差过大的问题,搭建了柑橘黄龙病热空气快速处理温度场分布特性试验平台,研究了有无回风道、风速、热空气入口位置、热空气出口位置、入风口热空气温度对处理罩内温度场分布的影响。试验结果表明:风速、热空气入口位置、热空气出口位置、入风口热空气温度对处理罩内各截面温度场均有显著影响(P0.05);回风道不仅能使处理罩内温度场更均匀,而且能够降低能耗。通过试验得出柑橘黄龙病快速热空气处理的优选参数为:有回风道,风速14.5 m/s,热空气入口位于处理罩下层,热空气出口位于处理罩上层,且与入口呈90?,入风口热空气温度90℃。在该优选参数下,处理罩内温度从32℃上升到48℃,耗时约为9 min,处理罩内的温度极差为3.9℃,比非优选参数下罩内的温度极差相比下降了14.1℃。并在此参数下对柑橘黄龙病进行快速热空气处理田间试验,处理后病菌浓度平均降低80.28%。研究结果为黄龙病热空气规模化处理设备的优化设计提供参考。     

张集铁路典型工程风力侵蚀试验及规律研究

随着在风力侵蚀区交通工程建设的增多,交通线路风力侵蚀问题日益受到关注。通过选取张集铁路,进行路堤、取土场和便道试验,对其输沙率和风速关系、风沙流结构和风蚀运动规律进行分析。结果表明,路堤边坡不同部位输沙率与风速存在明显的幂函数关系;设计高度为3 m路堤的风蚀现象与风速和风向无明显关系,随着风速增大趋势由迎风坡向背风坡移动,设计高度为6 m和9 m的路堤风蚀现象与坡面高度、风速和风向有较明显规律,但风蚀趋势变化不明显;大于6.7 m/s时,便道和取土场不同部位点均发生风蚀现象。以上研究规律可以为工点防护设计以及环境评价工作提供参考。     

板齿摘脱滚筒流场特性研究

对无护罩时摘脱滚筒的流场特性进行了测试与理论分析,得到了该流场的流函数、流线图及其压强表达式,表明这是一个环流运动,越往中心其速度越高,而压强则越低,因此对周围物料形成吸力;还试验研究了护罩对流场特性的影响,表明在滚筒下部的流场与无护罩时的基本相同,因此对下面作物有吸附作用,而在上部,气流进入护罩后逐渐地产生了分离,使外层流速逐渐增加,而内层流速逐渐降低,这种状态有利于降低回带损失。     

果园风送喷雾机导流板角度对气流场三维分布的影响

风送喷雾条件下,雾滴是在空气流携带下进入果树冠层的各个部位,所以喷雾机气流场的运动和分布对雾滴的分布和穿透非常重要。为了研究果园风送喷雾机导流板角度变化对外部气流速度场三维空间分布的影响,该文采用ICEM建立几何模型,并进行全结构网格划分,采用k-ε湍流模型和CFX求解器进行数值求解。通过变换上导流板角度(30°、45°、60°、90°)与下导流板角度(0°、10°、20°、30°),来模拟分析风机外部流场在各工况下的空间稳态流场、湍流状态,以及对气流场空间分布的影响。结果表明,下导流板角度由0°增加至30°过程中,由于地面摩擦阻力对气流的影响逐渐减小,同时地面摩擦阻力与两侧空气阻力形成的夹角越来越大,因此单一气流束逐渐分成3条气流束,这样的气流分布优于单一方向气流对果树枝叶的吹动效果,有利于气流携带雾滴进入果树冠层;上下导流板导向气流主要集中在导流板指向区域,因此,导流板的角度设置应根据树冠高度、树干高度来调整。通过设置合理的导流板角度,使得风场分布与果树冠形相吻合,达到仿形喷雾效果。对于行距4 m、树高3.0~3.2 m的果园喷雾,上、下导流板角度均为30°;对于棚架果园,上导流板角度为90°(或卸掉上导流板),下导流板为30°。该研究有利于指导田间喷雾作业、喷雾参数调整,可达到更好的喷雾效果、减少环境污染。     

冷库空气幕流场的非稳态数值模拟及验证

为了真实地研究冷库空气幕开启后冷库气流场和温度场的变化规律,该文建立了冷库三维模型,利用CFD模拟软件对试验冷库空气幕的流场进行了非稳态模拟,预测库门和空气幕开启60 s内冷库温度场和气流场的变化,并对温度场模拟结果进行了试验验证。模拟结果得出库门和空气幕开启后,空气幕射流的中心主流速度衰减慢,而两侧气流的速度衰减快,库外热空气从入口两侧和底部侵入库内;冷库内靠近冷风机一侧底部的温度上升较快;侵入的热空气改变了冷气流的流动轨迹,冷热空气存在压力差导致冷库中心处形成多个涡旋,从而破坏了库内均匀的气流组织。在今后的研究中可以通过数值模拟优化冷库空气幕的送风速度、喷口宽度等参数,从而提高冷库空气幕的隔离性能,维持库内控温要求。     

基于均流板原理的通风墙型植物工厂循环送风系统设计与模拟

植物工厂是当前可控农业环境的最高形式之一,但植物工厂内温度、气流空间分布不均,不同栽培架之间存在一定温差、气流速度差。为解决气流植物工厂内局部环境因子差异大的问题,该研究对植物工厂进风口设置进行改进,在侧进上出气流循环模式下,借鉴均流板原理设计了一款全网孔通风墙型植物工厂,并通过计算流体力学软件(computational fluid dynamics, CFD)进行模拟,分析该类型工厂下温度、气流速度、CO₂浓度、相对湿度、适宜风速占比、空气龄、指定流线速度变化情况,以评价全网孔通风墙对植物工厂内局部环境差异的改进效果。该设计平均空气龄为7.5 s,是无全网孔通风墙条件下的1/9,空气更新效率有效提升。研究表明全网孔通风墙型植物工厂能有效提升植物工厂内环境因子分布均匀性。     

基于鹅舍气流场CFD模拟的通风系统结构优化与验证

针对鹅舍内机械通风时大量气流扩散于鹅舍上方而位于地面鹅只通风效果受阻的气流问题,提出一种基于计算流体力学(computational fluid dynamics,CFD)的结构优化方案。通过在舍内主梁下端安装相同高度且与气流方向呈一定倾角的多个可拉伸卷膜构造方法,提高种鹅舍内有效的通风效率。依据试验现场边界条件,构建并求解了鹅舍的三维稳态模型,舍内40个测点的风速模拟值与实测值均方根误差为0.152 m/s,最大绝对误差为0.29 m/s,平均相对误差为2.04%,验证了建立的鹅舍CFD模型的准确性。根据不同优化方案数值模拟了27组不同改造后鹅舍内气流场分布情况,仿真得出最优组合方案:在42 m长的舍内安装卷膜个数为10个,卷膜与主梁竖直方向倾斜角度为60o以及卷膜最大下拉高度为1.2 m时舍内通风效率最高、气流分布最均匀。通过现场实测,对比改造前后40个测点的风速值,试验结果表明:改造后鹅舍较常规鹅舍平均风速增加0.527 m/s,舍内气流不均匀系数降低32.2%。该试验结果为种鹅舍的结构设计、同类型畜禽舍结构优化以及改善通风降温效果调控提供了一定的参考依据。     

圆环形对撞流干燥器的流体动力学特性分析

为了得出颗粒状物料在对撞流中的运动规律，以及对撞流干燥器加载后流动特性的变化规律，设计了圆环形对撞流干燥试验台，并进行了流动特性的试验研究。试验测定了系统压力降随载带率的变化情况，并利用高速摄影技术，对颗粒物料在对撞室内的运动速度沿运动方向的变化规律进行了分析。建立了物料颗粒的动力学模型，计算了颗粒在对撞室内的穿透深度，并将计算结果与试验结果进行了对比。结果表明，颗粒动力学模型计算结果与试验结果基本吻合，能较好地反映颗粒在对撞区内的流动特性。同时，该模型可用来确定加速管长度和端面距离、颗粒平均滞留时间等干燥器重要参数。另外颗粒在对撞区内作减幅振荡运动，在第一次振荡时气固相对速度较大，干燥强度最高。     

带式烘干机中水产饲料料层厚度对其表面风速场分布的影响

水产饲料在生产过程中经过膨化处理之后的含水率过高,需要进行烘干处理。在饲料烘干过程中,饲料层的厚度是一个重要的参数。料层厚度一方面代表烘干机单位时间内的产能(厚度越大,产能越高),影响烘干机的工作能耗;另一方面,料层厚度影响烘干机中的气流分布,从而对料层表面的风速分布的均匀性产生影响。该文研究料层厚度的变化对料层表面风速分布的影响。首先运用计算流体力学(computationalfluiddynamics,CFD)对3种料层厚度下(20、30、40mm)的烘干机的内部气流分布进行模拟仿真。然后基于实际生产,设计并制造烘干机对3种料层厚度下的烘干机内部气流进行试验验证,并在料层表面9个点利用风速传感器测出风速值,将风速模拟值与试验值进行对比分析。研究结果表明,风速模拟值的分布趋势与风速试验值的分布趋势均一致,且料层厚度的变化影响着烘干机内部的气流分布。当料层厚度为20 mm时,料层表面风速场较不均匀,当料层厚度为40mm时,料层表面的风速分布均匀性较好。该文所做研究为带式烘干机在实际生产中饲料层厚度参数的选择提供了理论指导,降低饲料水分的同时,保持良好的水分均匀性。     

菠萝叶纤维干燥特性试验研究

用热风干燥试验装置对菠萝叶湿纤维进行干燥试验,选择不同温度、风速对其干燥规律进行研究。试验结果表明,干燥降水过程主要为降速过程;根据干燥曲线,采用多元回归方法,建立了菠萝叶纤维干燥的数学模型;通过正交试验得出在多因素条件下,投料量对纤维干燥生产率的影响最为显著,其它依次为温度、纤维初始含水率和风速。     

番茄差压预冷过程中的通风阻力特性

为解决番茄差压预冷包装箱开孔率的设计问题,建立了差压预冷试验装置。通过改变预冷风速、开孔率、包装箱长度等因素,研究各因素对包装箱两端压差和装置能耗的影响,分析番茄的通风阻力特性。结果表明：番茄的通风阻力特性可用Ramsin方程表述;包装箱两端的压差随风速的增大而增大;在风速相同的情况下,压差随包装箱两侧开孔率的增大而减小;包装箱两端的压力损失与包装箱长度呈线性关系;装置能耗与预冷风速呈线性关系;优化了不同长度番茄预冷包装箱的开孔率的取值范围。研究结果对番茄差压预冷包装箱的设计具有一定的参考价值。     

Effect of Vent Arrangement on Windward Ventilation of a Tunnel Greenhouse

The effect of ventilation configuration of a tunnel greenhouse with crop on airflow and temperature patterns was numerically investigated using a commercial computational fluid dynamics (CFD) code. The numerical model was firstly validated against experimental data collected in a tunnel greenhouse identical with the one used in simulations. The airflow patterns were measured and collected using a three-dimensional sonic anemometer and the greenhouse ventilation rate was deduced using a tracer gas technique. A good qualitative and quantitative agreement was found between the numerical results and the experimental measurements. After its validation, the CFD model was used to study the consequences of four different ventilator configurations on the natural ventilation system. The ventilation configuration affects the ventilation rate of the greenhouse and the airflow and air temperature distributions as well. For the different configurations, computed ventilation rates varied from 10 to 58 air changes per hour for an outside wind speed of 3 m s⁻¹ and for a wind direction perpendicular to the openings. Likewise, the simulations highlight that while the mean air temperature at the middle of the tunnels varied from 28·2 to 29·8°C, for an outside air temperature of 28°C, there are regions inside tunnels 6°C warmer than outside air. Average air velocity in the crop cover varied according to the arrangement of the vents from 0·2 to 0·7 m s⁻¹. The consequences of the marked climate heterogeneity on plant activity through the variation of crop aerodynamic resistance as well as the influence of the vent configurations on the efficiencies of ventilation on flow rate and air temperature differences between inside and outside, are also discussed.