不同通风形式日光温室湿热特性的数值模拟

研究日光温室不同通风形式对室内湿热特性的影响。采用计算流体动力学数值模拟方法,构建日光温室作物-环境湿热系统的数值模拟模型。将模拟结果与试验测量结果进行对比,温度和相对湿度的模拟值与实测值的最大相对误差分别为4.7%和4.1%,验证了所构建模型的准确性。应用该模型模拟不同通风形式下温室内的气流和温湿度分布情况,比较分析不同的通风形式对室内湿热特性的影响。结果表明：不同的通风形式会影响室内气流的运动轨迹和速度,从而影响室内温度和相对湿度的分布变化。仅开启上通风口通风时,室内的平均温度和相对湿度较高,气候分布均匀,整体变化较小,适宜冬春季节或清晨傍晚室内温湿度较低时的通风要求;仅开启下通风口通风时室内温湿度分布模式均匀性最差,进风口处的温湿度明显低于北墙,且进口存在涡流,不利于作物生长发育;上、下通风口均只开一半通风时,作物区平均温度和相对湿度分别为39.3℃和25%,上、下通风口均全开时作物区平均温度和相对湿度为36.8℃和23.7%,较于前者室内温度和相对湿度分别降低了2.5℃和1.3%,适宜于炎热天气下日光温室内的降温除湿要求。     

基于CFD仿真自然通风大棚窗口的设置

塑料大棚通风换气对大棚内作物的生长影响较大,特别是对于自然通风大棚,研究其通风窗的开设位置及方式意义重大。建立塑料大棚三维模型,利用计算流体动力学软件Fluent,对大棚在自然通风条件下的流场进行仿真,得到不同侧窗和天窗尺寸及配置条件下大棚的流场分布规律。结果表明,大棚侧窗对提高流场的气流速度作用明显,但侧窗高度超过1m后,气流速度增加不明显;天窗对大棚前半段气流影响较小,天窗位置最好开在后半部分靠近出口的位置;增开门旁通风窗对提升大棚通风能力有明显效果。     

华南高温高湿地区连栋温室环境测试分析

选取高温高湿地区连栋玻璃温室,研究分析温室环境因子空间分布规律,为温室环境精准仿真模拟和结构改进研究提供依据。结果表明:(1)室内光照度低于室外的,室内不同位置光照均匀性较好,铺开遮阳网系统,遮光降温效果显著,但室内光照度不能较好满足作物生长,需要在高温时段增设补光设施。(2)室内温度高于室外的,相对湿度低于室外的,在强制降温条件下,低层温度低于室外,湿度高于室外。(3)随高度增加,温度增加,相对湿度降低,强制降温条件下,随高度增加温度差异更显著,室内热量集聚到温室中高层,降温措施对低层降温效果显著,最大降温4.8℃,需要科学设计通风降温设施,以改进室内温度集聚效应。(4)自然通风条件下湿帘侧温湿度均匀性最好,强制降温条件下,风机侧最好。(5)室内外气流交换速度较慢,室内风速呈弱风速,在强制降温设施影响下,室内风速梯度变化明显,且低层风速较大。     

密闭式平养鸡舍纵向通风的数值模拟

利用计算流体动力学软件Fluent,采用湍流Realizablek-ε模型,对密闭式平养鸡舍矩形进风口风门开启角度、安装高度和进风风速对舍内气流分布的影响进行模拟分析。结果表明:风门开启角度α>0°时,舍内气流分布均匀性较α=0°时有所提高,鸡体水平高度处(距地面0.40 m)的风速随α的增大而增大;在低温季节,为满足鸡体水平高度处风速不大于0.3 m/s(适宜风速)的要求,风门开启角度和最大进风风速的组合可选择为0°、3.0 m/s,15°、1.5 m/s,30°、1.0 m/s和45°、1.0 m/s;进风口距顶棚的距离越小,越易形成贴附射流,而α对贴附射流形成的影响取决于进风口安装高度,因而设计时选择α与进风口安装高度的合适组合,有利于进入舍内的冷空气与舍内热空气的混合。     

开江-梁平海槽长兴期古构造格局特征及其地质意义研究

环开江-梁平海槽周边晚二叠世长兴期有多个大小不等的礁体存在,其沉积、发育过程是在该区长兴期区域地质背景及海槽形成之后特殊的古构造格局上发生的。为弄清古构造对海槽2侧礁体的形成所起的作用及2侧礁体的发育特征,以海槽2侧实际地震剖面为基础资料,通过长兴期沉积前海槽南西侧斜坡坡度较为精确的测量及北东侧边界断层特征的研究,描述了海槽2侧差异性的古构造格局特征：海槽南西侧为低角度缓斜坡;海槽北东侧为由数条同生正断层控制形成的高角度陡坡。在此基础之上,明确了海槽2侧差异性的台地类型及礁体特征：北东侧为镶边台地,南西侧为缓坡台地;北东侧礁体形成时间早于南西侧且厚度较南西侧大但范围小。     

蔬菜大棚内辐照度时空变化研究

[目的]为蔬菜大棚的高产栽培提供理论指导。[方法]利用TBQ—DL太阳辐射电流表对蔬菜大棚的辐照度时间和空间变化进行测定和研究。[结果]蔬菜大棚内阴天和晴天辐熙度均呈单峰型曲线,阴天辐照度比晴天弱,阴天辐照度在14：00达到最大值,晴天在12：00达到最大值。阴天和晴天辐照度均随高度的升高呈递增趋势。阴天和晴天大棚不同部位辐照度规律均是：上午东侧〉中侧〉西侧,下午西侧〉中侧〉东侧。[结论]在生产中,尤其是阴天较多的地区,应该更充分利用蔬菜大棚高层的光照资源。     

风沙环境下防风挡沙墙复变作用规律的风洞模拟

【目的】风沙防护是干旱环境下人类基础设施建设和维护的关键工程问题之一,为探明不透风防风阻沙措施风沙运移的变化规律,筛选特殊风沙区域防护体系构建合适设置参数。【方法】采用风洞模拟对不同风向夹角条件下防风挡沙墙的气流速度场、风沙流结构以及沙粒阻截率/输导率的变化规律进行研究。【结果】(1)迎风侧模型4倍障高处始终为气流急剧变化的拐点,且不随着指示风速的变化而变化;当指示风速小于10 m/s,背风侧弱风区或静风区的范围随着指示风速的增大而增大,大于12 m/s则呈相反规律;同一指示风速作用下,随风向夹角的增大有效防护范围逐渐增加。(2)迎风侧积沙主要集中于近地表0～10 cm,平均占总输沙量的85.31%;45°、60°、75°与90°4种风向夹角条件下背风侧输沙量主要集中在20～30 cm高度范围内,分别占总输沙量的71.25%、88.75%、85.25%、86.00%。(3)背风侧0～10 cm高度层沙粒截留随指示风速的增加而增加,75°夹角时最大,平均为95.64%;10～30 cm高度层沙粒输导随着指示风速的增加有增大趋势,45°夹角时最大,平均为81.09%。【结论】指示风速的变化...     

摘脱割台脱出物运动轨迹仿真研究

对割前脱联合收割机摘脱割台流场特性进行了分析。认为摘脱滚筒周围气流速度随极半径增加而减小,方向与极半径垂直,建立了气流流速分布方程。在此基础上,构造了摘脱割叶脱出物运动方程数学模型,在依此模型对脱出物运动轨迹进行了计算机仿真     

油菜籽粒在割台纵向正压气流场中漂移运动的数值模拟

为降低油菜联合收获过程中的割台损失,提出使用正压气流收集下落籽粒的方法,探讨处于下落过程中的油菜籽粒在正压气流场中的漂移特性,并采用Fluent和EDEM软件气固耦合模拟籽粒在无秸秆正压气流场中的漂移运动过程,利用自制室内台架试验装置进行台架试验验证模拟结果。结果表明:在流场中无油菜植株及籽粒初始下落高度一定的情况下,收集单体对从喷嘴正上方下落籽粒的收集率,随单体竖直高度的增加呈先增大后减小趋势,且随收集单体纵向长度的增加而减小;当其他条件不变时,在一定范围内,气流速度值越大,收集装置的收集效果越好;超出一定范围后,收集装置的收集效果又随气流速度值继续增大而减小。在收集单体竖直高度为435mm、纵向长度为620mm和籽粒初始下落高度为700mm等条件下,模拟得出的最佳入口气流速度约为20m/s,而台架试验得出的最佳出口气流速度约为30m/s,此时模拟和实测得到的收集率分别达到97.30%和92.10%。     

基于CFX的猪舍纵向与横向通风流场模拟

以育肥猪舍为研究对象,以计算流体力学(CFD)理论为基础,运用CFX软件对纵向和横向通风2种条件下猪舍内气流场和温度场进行三维稳态模拟.模拟结果表明:纵向通风时,从2个进风口进入的气流在猪舍中间混合形成一股主体气流,沿着猪舍的纵向运动并从端墙的出风口排出,气流在进、出风口速度较大,中间风速较低,越靠近空气出口温度越高;横向通风时,从4个进风口进入的气流形成4股主体气流,并没有发生混合,气流在猪栏的作用下发生扩散,越靠近出风口气流扩散现象越严重,在这个区域内形成较高速的气流场,温度较低;纵向通风方式舍内气流速度和温度分布较横向通风而言比较均匀,死角较少.     

基于环流形势及地面要素分析不同类型沙尘特征

应用2006—2015年地面观测资料、micaps常规天气图资料对辽宁西部锦州地区偏南大风和偏北大风型沙尘天气的环流形势及地面要素特征进行对比分析。结果表明,锦州市沙尘天气以扬沙为主,根据风向可分为偏南大风型和偏北大风型,偏北大风型沙尘发生时均受冷空气东移南下影响,850 hPa锋区迅速东移南压,偏北风风速20 m/s以上,冷平流显著;偏南大风型500 h Pa锦州地区受高空槽前西南气流或中纬度较为平直的偏西气流控制,850 hPa受温度脊控制,暖平流明显,对流层低层干燥且升温显著,风力加大,大气层结为中性或弱不稳定;偏南大风型沙尘风力和相对湿度明显大于偏北大风型,伴随强烈的正变温和负变压,偏北大风型以负变温和正变压为主。     

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.     

朝阳燕山湖区风电厂风能资源评价

[目的]研究辽宁朝阳燕山湖区的风能资源情况。[方法]2006年4月实测风塔,历时1年,实测10、30、60m的风向和风速,详细计算和分析风能资源的各参数,评价朝阳燕山湖区的风能资源。[结果]燕山湖风电场塔高60、30、10m处的年平均风速订正后分别为4.7、4.2、3.8m/s,年、月平均风速随高度增高而增大。燕山湖风场以WSW风为主导风向,出现的频率为13%,其次为NW风,出现的频率为10%～12%,偏S风为主导能量风向。塔高60m处3m/s风速出现频率最高;塔高30、10m处2m/s风速出现频率最高。各梯度风速变化呈单峰型,均以10:00～20:00风速最大,4:00～8:00风速最小。实测塔高60m处的3～25m/s有效风力时数在5151h以上,年平均风能密度在140W/m2以上。[结论]燕山湖区风能资源较为丰富,适宜建设风电场,具有一定的开发利用价值。     

格库铁路桥路过渡段风沙流场数值模拟

[目的]为了探究桥梁与路基(桥路)过渡段和路基附近流场、水平风速和积沙特征的分布规律,揭示桥路过渡段沙害形成机理.[方法]通过数值模拟的技术手段对不同来流风速下桥路过渡段和路基附近的流场变化和积沙特征进行研究,并将数值模拟的积沙分布情况与现场实际积沙情况对比,验证数值模拟结果的准确性.[结果]当风沙流运动到桥路过渡段时...     

基于CFD的蛋鸭舍内环境模拟分析与验证

为优化4层层叠式笼养鸭舍舍内环境,基于计算流体动力学(computational fluid dynamics,CFD)对鸭舍内气流场、温度场及CO_2浓度场进行模拟。将笼架简化,考虑其对气流的阻挡作用,将鸭笼及鸭只视为多孔介质。模拟结果显示,进风口为湿帘时,侧墙湿帘与端墙之间存在通风死区,风速低于0.5 m·s~(-1)。进风口为通风小窗时,鸭舍未安装通风小窗区域风速小,CO_2浓度大。改变纵墙湿帘位置对鸭舍结构进行改进,改进后气流不均匀系数降低了17%。改进通风小窗布置发现,提升通风小窗分布均匀性显著降低舍内温差;提升通风小窗安装高度将显著降低舍内CO_2浓度。该研究可为蛋鸭舍结构设计提供参考。     

入侵杂草小飞蓬和钻形紫菀种子风传扩散生物学特性研究

种子的风传扩散是菊科入侵杂草的主要扩散方式之一,植物自身的传播特性和外在环境因子决定了种子扩散格局。从种子释放高度、沉降速度、脱落行为等内在因子出发,研究了两种在我国广泛分布的典型菊科入侵种小飞蓬和钻形紫菀自身的传播特性与风传扩散特征的关系。结果表明,小飞蓬和钻形紫菀的沉降速度均较小,分别为41.4cm·s-1和30.7cm·s-1,在空中停留时间长,且种子的脱落方式为非随机脱落,脱落概率大致与风速的平方成正比;种子的释放高度在种群内部存在很大的差异,显著影响种子的扩散距离。相比而言,小飞蓬种子的沉降速度大、释放高度高、远距离扩散(>100m)的概率大,扩散距离更远。研究表明了植物自身的传播特性对种子风传扩散的重要性,也为其他菊科入侵杂草种子风传扩散的研究提供了科学依据。     

冬季仔猪舍内二氧化碳浓度的数值模拟研究

目前大部分养猪场在冬季减少通风以进行保温,为了评估这种饲养方式下舍内空气质量状况,以自然通风方式的断奶仔猪舍为研究对象,在现场实测环境因子的基础上,采用CFD技术对自然通风仔猪舍内的气流速度、温度、CO2浓度进行数值模拟。由模拟结果可知:在仔猪活动范围内,在呼吸水平高度为0.4m的区域内风速在0.1 m/s以下,猪舍后半段存在大面积的气流停滞区,主要由于通风不足,导致新风无法贯穿整个猪舍;温度分布范围为15～21℃,进风口端猪体周围平均气温16℃,舍内平均温度20℃; CO2浓度在0.16%～0.25%,平均浓度为0.19%。在6个环境测点中气流场相对误差范围0.2%～30%,温度场误差范围2%～13%,CO2浓度相对误差范围4.3%～24.2%,实测值与模拟值的相对误差范围在可接受的范围内。舍内的温度、CO2浓度均不在环境卫生标准之内,自然通风方式无法满足断奶仔猪对冬季环境的需求。上述结果为有效提高饲养管理水平,实现经济效益的最大化奠定了基础。     

井窖风场特征的CFD模拟与验证

为明确井窖内部空气受外界气流的影响及井窖维持适宜水热条件的机制,通过建立未移栽作物条件下井窖的三维数值模拟模型,利用CFD计算流体力学软件分析在1.50、2.70和3.90m/s近地表风速条件下,对井窖内部空气流速和流向进行数值模拟计算,并进行试验验证。模拟试验结果表明:近地表风速设为1.50、2.70和3.90m/s时,模拟的井窖纵切面平均空气流速分别为0.25、0.48和0.72m/s,井窖内的平均空气流速较近地表下降81.54%~83.34%;近地表风向由右向左时,井窖内纵切面的空气呈逆时针流动。验证试验结果表明:井窖内空气流速与地表风速成线性相关,模拟方程为y=0.220 9 x-0.176(R2=0.925 3);近地表风速为2.70m/s时,井窖内实测空气流速为0.42m/s,模拟值为0.48m/s。井窖内部空气受外界大气扰动较弱,减少热量和水分向外散失,有利于保持烟苗生长适宜的水热条件。     

“V”字形苹果幼树二维图像的分形特征

果树的树体结构对树木的生长和生产力具有极为重要的影响。然而目前对幼树树形特征的研究和评价较少。2009-2011年,采用计盒维数和Photoshop图像处理技术,调查不同方位及不同品种两年生"V"字形苹果幼树二维图像的分形维数与分形特征。从"V"字树形整体水平上看,果树侧视图的分形维数按品种排序为富红早嘎>红盖露>玉华早富>长富2号>丽嘎啦>烟富6号,变化范围为1.650～1.700;正视图的分形维数按品种排序为红盖露>玉华早富>丽嘎啦>烟富6号>富红早嘎>长富2号,变化范围为1.583～1.631;正视和侧视图总体分形维数按品种排序为红盖露>玉华早富>丽嘎啦>富红早嘎>长富2号>烟富6号,变化范围为1.620～1.660。从"V"字形树的局部特征看,树体由东边和西边树组成。6个品种东边和西边苹果树侧视图的分形维数分别为1.593～1.683和1.645～1.720;正视图的分形维数分别为1.548～1.627和1.568～1.657。"V"字形苹果树东边树的二维图像正视和侧视分形维数都比西边树小。因此,果树二维图像的分形维数随着方位和品种而变化,可以表征不同品种及不同方位树体结构特征,并可用来指导幼树的整形修剪。