管道送风系统对塑料大棚气流场和温度场影响的CFD模拟

针对塑料大棚自然通风能力有限,作物冠层气流速度过小,温度分布不均匀等问题,设计一种适用于塑料大棚的作物行间管道送风系统;构建CFD模型对该系统的应用效果进行模拟分析,通过实测数据对理论模型进行验证。温度和风速的模拟值与实测值的最大相对误差分别为 4.7%和 8.1%,平均相对误差分别为 1.6%和 3.0%,模拟值与实测值吻合良好,模型具有较好的可靠性。结果表明:管道送风系统开启后,室内平均风速为0.2 m/s,不同高度平面内适宜区(风速范围0.1~0.5 m/s)面积占总面积的比例在69%以上;管道送风系统促使冷空气向上流动,塑料大棚顶部温度下降了1.0 ℃,0.5与2.0 m高度平面的平均温差减小了0.4 ℃。在作物行间开展主动送风,可有效改善塑料大棚内的气流环境和温度分布。     

作物冠层温度测定及其与水分关系研究

作物冠层温度与水分的关系研究是目前作物生理学的一个研究热点,其研究成果对指导作物栽培中灌水实践具有广阔的前景。本文总结了目前部分国内外研究者测定冠层温度的主要方式,测定时间、测定仪器,介绍了目前国内外利用作物冠层温度判断水分状况的主要指标体系和计算模型;根据前人的研究结果,以水稻、棉花、玉米为例分析了作物冠层温度和土壤水分供应的关系,明确了作物冠层温度与水分利用效率之间的关系。最后指出了CWSI在指导作物灌水实践中仍然存在一些不足,提出了未来需要重点科研攻关的方向。     

基于遥感反演作物冠层温度的作物生长模拟和预报

利用作物冠气温差可以计算作物生长水分胁迫系数.用遥感信息估算作物冠层温度并且利用气象站的气温资料,通过冠气温差计算作物水分胁迫系数,并引入作物生长模拟模型,就实现动态和连续的作物监测及预报作物产量.本文对建立遥感-作物模拟复合模型的基本原理进行了探讨,并提出建立遥感-作物模拟复合模型所涉及的计算方法,但整体研究方法还有待进一步的验证.     

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。     

作物冠层氮素的高光谱无损监测技术研究

氮素是作物生长发育和品质形成的重要指标。实时、快速、准确、无损地监测作物冠层氮素含量对于作物生长诊断、提高氮素利用率、减少过量施氮带来的环境污染具有重要的意义。从冠层氮素的高光谱无损监测的国内外研究现状出发,围绕作物冠层氮素无损监测的技术原理、作物冠层无损监测现状及存在的问题、作物冠层氮素无损监测技术的发展方向等问题进行阐述和探讨,以期为冠层氮素高光谱无损监测研究提供一定的参考。     

基于风洞系统的生菜空气动力学研究

针对目前利用计算流体力学软件(Computational fluid dynamics,CFD)进行植物工厂内部气流模拟仅在空载植物工厂中进行,忽略了生菜对气流存在阻碍的问题,采用风洞试验,对生菜冠层空气动力学参数进行研究。利用风洞系统测定了生菜冠层的阻力系数(C_D),并求得在不同叶面积密度(L)的情况下生菜冠层渗透率(K)与动量损失系数(C_f)之间的关系,将生菜栽培板置于风洞试验段中间位置,分别测量风洞试验段竖直方向和水平方向不同测点位置的稳态压力与风速。通过已求得的参数得到CFD建模中建立生菜多孔介质模型需要的粘滞阻力系数与惯性阻力参数。结果表明:1)本试验测得的生菜冠层阻力系数为0.02;2)成熟生菜(L=32.5 m~2/m~3),其渗透率为0.04 m~2,动量损失系数为0.13;3)动量损失系数C_f取值为0.1～1.0,当叶面积密度L为10、20、30 m~2/m~3时,作物冠层渗透率K的取值范围分别为0.25～25.00、0.06～6.25、0.03～2.78 m~2;4)成熟生菜的粘滞阻力系数为25,惯性阻力系数为1.3。     

作物冠层光谱的获取和应用研究进展

作物冠层光谱受作物的色素、组织结构和冠层结构影响。通过获取冠层光谱,适当数学运算后和农学参数建立相关监测模型,可以监测作物的长势、营养状况、病害危害情况、产量及品质。本文综述了国内近十年来作物冠层光谱的获取方法、光谱分析方法和应用领域,并展望了未来发展方向。     

不同栽培条件下棉田郁蔽对棉花结铃的影响试验

<正>作物群体冠层结构是反映作物与环境因素作用的指标,合理的冠层结构是作物高产的前提,但环境条件、栽培条件及作物群体本身的差异对作物冠层结构有极大影响,使棉田形成不同程度郁蔽。一、试验设计1.试验品种细绒棉中棉所49号。2.试验地点农1师2团8连。     

基于光线跟踪的冠层光分布模型参数研究

以烟草冠层为例,使用面向对象技术,设计虚拟传感器,以改进蒙特卡罗光线跟踪模型,获得冠层中任意位置的截光率,进而定量分析各参数对模拟结果的影响。试验结果表明:1)初始光线投放密度和冠层结构精度对模型计算结果影响较大;2)在其他参数条件不变时,增加模型跟踪深度,增大天空散射源分布密度将提高模型计算精度。最后,对比了相同时段同一烟草冠层的田间实验和模型计算得到的光合有效辐射三维空间分布,决定系数(R²)达0.98。该研究结果可为蒙特卡罗光线跟踪模型在作物冠层光分布模拟应用中提供参考依据。     

小麦套种玉米吨粮田复合群体光合机制的研究

通过对小麦套种玉米吨粮田复合群体干物质积累、光合性能以及群体冠层的研究表明,小麦套种玉米带田种植高产形成机理,一是合理增加了叶面积指数且与作物生物学要求、与当地最佳自然资源相吻合;二是改善了群体的通风透光状况,表现出良好的边际效应;三是群体冠层分布合理,光合势高,群体光合速率高,净光合积累多。进一步提高产量,可通过调整作物行比、提早玉米播期、适当推迟小麦播期,延长玉米生长期特别是灌浆时间来达到。其初步结论为麦田套种玉米的增产机理提供了理论依据。     

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。     

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。     

油菜旋风式烘干机干燥筒内气力流场特性仿真分析

为了避免油菜旋风式烘干机作业时已达到烘干效果的油菜籽不能及时分离,导致油菜籽过度干燥,借助Ansys Fluent软件对油菜旋风式烘干机主要工作部件干燥筒的气力流场进行仿真分析,探究干燥筒的气流入口型式、入口气流速度及入口截面积大小等因素对干燥筒内油菜籽的分离性能的气力流场旋转强度、速度分量和压降等指标的影响规律。进一步预估并仿真分析油菜籽有效分离的干燥筒出口气流场特性,利用毕托管对干燥筒出口气流场风速进行测量,验证了该仿真模拟方法的正确性。结果表明:干燥筒气流入口型式采用蜗壳式所形成的气流场承载和分离物料能力优于切向式;当入口截面积一定时,速度越大,干燥筒内气流场分布更有利于物料分离;干燥筒入口截面积与压降呈正相关,并对出口段的气流速度有影响。对出口流场进行模拟和实测验证试验,其流场变化趋势基本一致,同一点位的流速模拟值与实测值的平均误差为6.58%,验证了所建立的干燥筒气力流场仿真模型的正确性。     

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。     

基于计算流体动力学与离散元法耦合的磁力泵水沙运动的数值模拟

应用计算流体动力学与离散元法耦合的方法,对MP6–R微型磁力泵3种进口流速(0.5、1.0、1.5 m/s)和3种含沙量(0.5%、1.0%、2.0%)水沙运动进行数值模拟。结果表明：当进口流速为0.5 m/s时,磁力泵出口管道与蜗壳衔接段出现回流区,其最大回流速度为1.07m/s,随着进口流速的加大,回流速度逐渐降低,当进口流速达到1.5m/s时,回流现象消失,水流速度方向稳定指向出口,磁力泵过流性能最佳;叶轮轴面附近存在大量低速沙粒汇聚的滞留区,滞留区沙粒相互碰撞产生初始切速度;当进口流速一定时,改变颗粒体积分数对滞留区沙粒平均速度的影响较小;进口流速低于1.0 m/s时,增加颗粒体积分数会降低颗粒残留比,进口流速高于1 m/s后,颗粒残留比非常接近;当颗粒体积分数一定时,提升进口流速会降低颗粒残留比,增加滞留区沙粒平均速度,进口流速达到1m/s后,颗粒残留比和滞留区沙粒平均速度随进口流速的变化不明显,磁力泵输送性能最佳。结合磁力泵的过流性能、输送性能与叶轮表面的载荷强度,建议磁力泵最佳运行状态下进口流速保持在1.0 m/s以上。     

下吹气流速度对杂交水稻授粉分布的影响

利用吊扇模拟直升机产生下吹气流,设计下吹气流授粉试验装置,以花粉总量、花粉密度、花粉水平分布和垂直分布为评价指标,分析下吹气流速度对杂交水稻授粉花粉分布的影响。结果表明,花粉总量、花粉水平分布和垂直分布随着下吹气流速度的增大而增大。当下吹气流速度小于1.12 m/s时,花粉传播距离为0.42 m;当下吹气流速度为3.23 m/s时,花粉总量和分布范围较下吹气流速度为1.85 m/s时明显增加,花粉总量的增量为413粒,花粉有效分布面积率增长20.35%。     

茶园风力除虫机通风管道三维数值模拟

为改进和优化茶园风力除虫机通风管道的结构,结合流体力学雷诺时均N–S方程、 Simple流场求解算法、к–ε湍流模型,利用Fluent软件对茶园风力除虫机通风管道进行了数值模拟计算,得到了风量为16 m3/min的中亚风机在空载状态下通风管道内部流场的特征.通过数值模拟计算分析,两进风口由相距400 mm缩短至280 mm时,出风口风速分布较均匀     

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.     

北京市城市边缘区通风廊道型林地营建方法研究

目的近年来北京市空气质量日益受到威胁，城市森林建设一定程度上可以改善空气质量。受既有上位规划、气候、河流、农田分布等基础条件的限制，城市边缘区的城市森林营建是森林城市建设的难点，尤其是通风廊道型城市森林建设面临诸多现实问题和技术困难。本文以北京市黑庄户地区通风廊道型城市森林营造为例，详细介绍其具体营建策略与方案并验证有效性，为此类区域开展森林城市建设提供案例依据。方法通过宏观规划城市森林结构布局、中观优化城市森林结构特征以及微观营建城市森林植物群落，运用Ecotect与Winair建立在不同重现期（西北风5、10、15 m/s）下城市森林营建前后的两种3D模型并进行对比。结果（1）结合黑庄户地区现状条件和通风廊道作用原理，构建以宏观规划林地结构、增加林地面积，中观保留生态冷源、明确林廊西北—东南走向为主、宽度大于150 m，微观营建草地型、灌木型结构为主并结合现状地形的植物群落的通风廊道型城市森林体系。（2）在西北风5、10、15 m/s条件下，平行于通风廊道城市森林的样带平均空气流速较未改造前提升了0.042、0.033、0.101 m/s；垂直样带平均空气流速提升了0.023、0.059 3、0.075 3 m/s。改造后模拟区域内空气流速均有所增强，总体随着风力增强空气流速增幅也有提高；森林廊道内的空气流速高于廊道外。结论使用多维度策略结合的通风廊道型城市森林改造后的区域相对于现状地区的空气流速大幅度提升，充分说明在城市边缘区通风廊道型城市森林的营建可有效加速风速，实现换气、降温、排污等综合目标。      

Optimization of rhizosphere cooling airflow for microclimate regulation and its effects on lettuce growth in plant factory

In plant factories, the plant microclimate is affected by the control system, plant physiological activities and aerodynamic characteristics of leaves, which often leads to poor ventilation uniformity, suboptimal environmental conditions and inefficient air conditioning. In this study, interlayer cool airflow(ILCA) was used to introduce room air into plants' internal canopy through vent holes in cultivation boards and air layer between cultivation boards and nutrient solution surface(interlayer). By using optimal operating parameters at a room temperature of 28℃, the ILCA system achieved similar cooling effects in the absence of a conventional air conditioning system and achieved an energy saving of 50.8% while bringing about positive microclimate change in the interlayer and nutrient solution. This resulted in significantly reduced root growth by 41.7% without a negative influence on lettuce crop yield. Future development in this precise microclimate control method is predicted to replace the conventional cooling(air conditioning) systems for crop production in plant factories.