基于CFD的圆拱型塑料温室群风荷载数值模拟与研究

对于单栋塑料温室及温室群,风荷载过大是导致结构破坏甚至倒塌的重要因素。建立圆拱型温室在单排单栋、双排双列四栋、双排三列六栋、三排三列九栋四种排布方式下的三维模型,基于CFD计算平台Fluent软件对温室在风向角为0°、45°、90°三个来流方向下的表面风荷载分布情况进行模拟研究。结果表明:风在作用温室表面后会产生回流、分流、漩涡等多种流动效果,温室间的遮蔽效应使不同墙面的风压分布情况产生很大差异;最大正压与最大负压分别出现在45°来流方向双排双列四栋温室群和90°来流方向单排单栋温室表面;对受风压影响较小的非边缘栋温室可适当降低风荷载结构设计要求,以达到降低成本的目的。研究结果可为温室结构设计及温室群排布选型提供参考。     

互插式连栋温室风压分布模拟分析

以CFD理论为基础,建立了互插式连栋温室周围空气绕流的数学模型,设定了流体的边界条件,运用Fluent软件对互插式连栋温室的风压分布进行模拟分析。模拟结果表明,风力对温室作用主要是向上的升力;风压系数沿温室跨度方向分布的数值模拟结果与风洞试验结果基本吻合;上风向和下风向风压系数沿温室高度方向呈二次曲线分布,相关系数分别为0.975和0.990;最后将模拟得到的风压系数转换成相应的风载体型系数,为结构优化设计提供参考。     

M型抗风降温塑料大棚风效应与对比分析

为提高塑料大棚的抗风降温性能，优化提出了M型大棚。采用计算流体动力学(CFD)方法，围绕M型大棚、大跨度拱棚、双连栋拱棚，分别开展了不同风向角下的整体风压特性分析，并通过对棚身分区计算得到了风荷载体型系数和极值风压。研究结果表明：M型大棚在各风向角下的整体风压系数均小于大跨度拱棚和双连栋拱棚；随着风向角增大，各区域风荷载体型系数大致呈减小趋势，斜风向下出现局部高负压区域；M型大棚、大跨度拱棚、双连栋拱棚的风荷载体型系数最大值分别出现在30°、0°、0°风向角下，对应数值分别为-0.73、-1.28和-1.16,3种棚体的极值风压分别为0.296、0.518和0.470kPa。基于研究成果建造的M型大棚经受住了多次台风的考验，通过真实工程验证了M型大棚优越的抗风性能，为其推广应用提供了参考依据。     

大空间Venlo型温室主框架有限元分析

Venlo型温室是一种应用广泛的温室结构形式,其常用的跨度为9.6m,间距则不超过5m。当间距增大时,则天沟方向需设置桁架,以取代原有的立柱来承载屋面重量。本文应用结构分析软件ALGOR,对一个12m跨度、8m间距的大空间Venlo型玻璃温室的主框架进行有限元分析,利用分析结果对整个框架进行雪载、风载的强度校核,为大空间Venlo型玻璃温室主框架中立柱和桁架的设计提供参考值。     

河南省钢骨架塑料大棚拱架结构标准化设计研究

为促进河南省塑料大棚的标准化发展,科学指导其设计和建造,以《温室结构荷载设计规范》中规定的河南省18个地区钢骨架塑料大棚为研究对象,利用Ansys Workbench软件分别建立了不同跨度下(8、10、12、14 m)7种常用拱架材料设计的塑料大棚模型,对比了河南省18地区不同跨度不同拱架材料塑料大棚在不同荷载组合下的节点最大应力,筛选出控制荷载和最不利荷载组合,然后利用最不利荷载组合下的承载能力极限状态验算了其安全性,给出了河南省塑料大棚拱架材料规格选型建议。结果表明：河南省18地区中,栾川、南阳、商丘和固始4地塑料大棚的控制荷载是雪荷载,最不利荷载组合为永久荷载+1.2×不均匀雪荷载,其他14地区塑料大棚的控制荷载为风荷载,最不利荷载组合为永久荷载+1.0×风荷载。在河南省18地区中,风荷载是塑料大棚的首要不利荷载,对塑料大棚的安全性影响最大,其次是雪荷载。在建立24个塑料大棚模型,模拟计算河南省18地区最不利荷载组合的节点最大应力,共432组安全性验算分析的基础上,提出了适用于河南省18地区不同跨度塑料大棚不同风荷载等级下的材料规格选择建议,具有广泛的适用性。     

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。     

冬季加温条件下Venlo型温室室内小气候变化规律分析

以长江中下游地区冬季采取加温措施的Venlo型玻璃温室为研究对象,利用高精度环境温湿度参数自动测量设备,对温室内不同高度气温、相对湿度以及不同深度土壤温度进行连续性监测。通过实测数据分析,对晴天、多云和阴雨多种天气下的室内气温、相对湿度及室内土壤温度在时间和空间分布上的变化规律进行了研究,旨在为连栋玻璃温室的冬季生产管理提供决策依据。     

温室跨度对日光温室光照环境的影响模拟研究

借助中国农业大学首次研发的日光温室光环境模拟预测软件,模拟研究了一定跨度(6m)和不同跨度(6、8、10m)下,指定时刻温室内各点的光照度分布,以及不同跨度、指定时间段,温室内各表面的累积光辐射能量的分布规律及温室的透光率。结果表明:随着温室跨度的增加,温室地面和墙面的累积光辐射能量是增加的,而两者的光照度却呈下降的趋势;考虑到温室内作物吸收能量的效率与种植规模的因素,温室跨度以8m为宜。温室的平均透光率在温室跨度为8m时达到最大值63.6%。这一结论,与日光温室实际建造的普遍做法相符。     

塑料大棚结构的脉动风速与风压时程模拟

作用在塑料大棚结构上的主要动力荷载是风荷载,考虑脉动风作用的塑料大棚结构风振响应能真实地反映结构的受力特点。为了对塑料大棚结构进行时域内风振响应分析,必须解决脉动风速时程模拟问题。为此,采用谐波叠加法对塑料大棚结构表面的脉动风速进行模拟,获得不同空间点的风速时程曲线,对比了模拟功率谱与目标功率谱的变化趋势,分析了不同空间位置的相干性随两点距离增加的变化规律,模拟了不同点的脉动风压,从而为研究塑料大棚结构风振响应提供了荷载条件。     

基于CFD的Venlo温室夏季组合降温措施模拟研究

针对我国南方地区夏季高温高湿的气候条件,对采用天窗、外遮阳、内喷雾降温措施的试验Venlo温室内温度状况进行了模拟研究。以室外气候参数为边界条件,考虑作物和环境的相互作用,内喷雾系统和室内环境的质热交换以源项的形式加入到控制方程中,采用CFD(computational fluid dynamics)中的稳态方法求解控制方程,模拟Venlo型温室不同调控措施及组合下的温室内温度分布特点,分析各种调控措施的调控效果。模拟结果表明:采用加入源项的方法模拟内喷雾系统和室内空气的质热交换,其模拟值和实测值均方根误差RMSB为0.514 4℃,最大绝对误差为0.75℃,平均相对误差为1.3%,说明所建立的CFD模型有效。3种降温措施下,以外遮阳+自然通风的降温贡献率最大(80.6%),能耗最高的喷雾系统降温贡献率仅为34.8%,较高的环境湿度影响了喷雾系统的降温效率。CFD夏季降温模型的建立为温室作物系统的环境控制策略的制定提供了科学依据。     

谈谈玻璃温室

玻璃温室是指以玻璃为采光材料的温室,在栽培设施中玻璃温室是透光率最高、使用寿命最长的一种温室形式,适于在多种地区和不同气候条件下使用。 　　1.玻璃温室的分类 　　(1)按建筑造型不同,分为单坡面温室、山形双坡面温室、拱形屋面温室、双坡不对称屋面温室、球形屋顶温室和异形温室。 　　(2)按屋面跨度不同,分为大屋面温室和小屋面温室。相对于大屋面温室（通常是每一建筑跨度内有一套屋面系统）,小屋面温室的建筑跨度可能很多,但屋面跨度相对较小,常常在每个建筑跨度上有多个相同的屋面系统,如 6.4 m跨度的小屋面温室,就…     

玻璃温室自然通风热环境时空分布数值模

温室内温度的时空分布及变化与外界气候环境之间有较强的耦合性.以Venlo型两连栋空玻璃温室为研究对象,基于计算流体动力学(CFD)技术,应用离散坐标(DO)辐射模型对温室内温度时空分布及变化进行了3-D稳态数值模拟与试验验证.结果表明:白天各时刻空温室内平均温度的模拟值与实测值吻合良好,最大相对误差为11.3%,平均相对误差为7.6%;温室内温度的空间分布梯度明显,作物区温度分布比较均匀,约在28.5～28.8℃左右.DO辐射模型模拟太阳辐射对玻璃温室内热环境的影响是可行的.     

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。     

冬小麦蒸散源区代表性分析

【目的】利用涡度相关技术观测冬小麦生育期内湍流通量,结合通量模型分析试验区农田生态系统通量贡献区的时空分布。【方法】使用闭路涡度系统对2019年10月—2020年6月新乡综合试验基地冬小麦进行通量观测,采用足迹解析模型中的FFP模型和基于土地利用信息的KM模型对通量源区分布和规律进行了分析。【结果】(1)整个生育期主风向为西南风,次风向为东北风,白天(大气非稳定状态)的主风向为西南风,夜间(大气稳定状态)的主风向为西南风。(2)不同生育期、不同大气状态下的源区面积存在一定的差异,大气稳定状态下源区面积均大于非稳定状态,源区方向与长度受风向风速的影响。(3)FFP模型和KM模型计算的源区面积间存在线性关系(SKM=0.93SFFP-1 962.5,R~2=0.96),其中KM模型计算通量足迹值整体大于FFP模型。【结论】不同模型得到的源区不同,风向和风速是源区分布的主要影响因素,田块是试验区内湍流通量重要贡献的主要来源。     

几种温室的结构及性能特点简介

近10年来,温室已成了解决我国北方城乡季节性缺菜问题不可缺少的设施,其结构、性能也得到了不断优化。现介绍一下山东农业大学引进、设计建造的几种结构性能比较优越的温室形式。 1.W—1—2型现代化温室。该温室1999年从韩国引进,用于蔬菜、花卉的种植。单跨跨度7m,高度4.8m。采用镀锌钢管     

南方蓝莓智能温室促早熟生产多因子协调控制技术

为达到蓝莓提前上市、获得更大经济效益的目的,本团队将南方蓝莓移至环境可控型智能温室中试验生产,探索研究出南方蓝莓智能温室促早熟生产控制技术.首先从蓝莓物候期、品种特点、土壤pH、水肥灌溉方式、小气候环境区间等方面进行了较为详细全面的调研与总结,明确了无土栽培蓝莓全周期管理要点和环境调控范围;接着基于Venlo型温室对蓝...     

热风加温下Venlo型温室温度场的CFD数值模拟

应用计算流体动力学(CFD,Computational Fuid Dynamics)中的标准湍流方程,对Venlo型PC板温室在燃油热风加温条件下进行了温度场的数值模拟。模拟时,对整个计算域采用ANSYS中的Fluid141单元进行网格划分,生成大约105个网格。数值模拟结果与试验测试点温度分布情况吻合较好,基本反映了燃油热风机出口风速为1.77m/s和风温为60℃时室内温度场的分布情况。     

超声波换能器安装方式对渠道水流特性的影响

换能器安装形式的不同会导致同一声道上流速分布不均匀，从而影响超声波流量计的测流精度。为解决这一问题，基于流速—面积法，通过实测与模拟相结合的方法，在矩形渠道上设置换能器V型和Z型2种安装形式，分析换能器安装角度为30°～60°（梯度为5°）超声波流量计的测流精度。试验结果表明，换能器安装形式为V型，安装角度为40°～45°时，流量相对误差值为-0.06，安装形式为Z型，安装角度为40°～45°时，流量相对误差值为-0.09，换能器V型安装形式的测流精度较高。对矩形渠道建立三维模型，通过CFD模拟不同工况下渠道水流流态与速度分布情况，模拟结果表明，换能器安装角度为60°时，产生直径为5.6 cm漩涡，安装角度为30°时，进水口到流速均匀分布的距离为0.5 m，安装角度为45°时，进水口到流速均匀分布的距离为0.3 m，产生直径为3 cm漩涡。换能器安装角度为45°时测流段的流速对称且分布均匀，对涡流和流速分布影响较小。     

基于CFD的夏季屋顶全开型玻璃温室自然通风流场分析

为研究自然通风对屋顶全开型玻璃连栋温室夏季降温的影响,采用k-ε湍流模型和DO辐射模型建立了屋顶全开型温室在夏季高太阳辐射和弱风天气下的CFD模型,将模型的模拟值与实测值进行对比,两者平均相对误差为2.5%。利用建立的CFD模型,进行了夏季高温季节通风降温调控措施的试验分析。结果表明:屋顶全开窗玻璃温室中,天窗的开窗角度应与侧窗配合,这样能增强通风的降温效果;在侧窗为45°时,天窗调整至60°的温室整体降温效果优于天窗45°或75°开启角度。屋顶全开窗玻璃温室在使用侧窗和调控至合理开启角度的天窗进行联合通风的工况下,温室整体温度从38.4℃降至36.9℃,调控措施降温效果明显。     

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。