基于CFD的不同通风方式塑料大棚降温效果研究

为确定合理的塑料大棚通风口配置及通风形式,提高大棚夏季降温效果,采用试验和CFD模拟相结合的方法,对两种通风口配置（两侧底部、两侧底部+顶部）和两种通风口形状（水平卷膜、垂直卷膜）大棚内的夏季6—7月温度和气流场特征进行了研究。模型经过实测验证,气温模拟值与实测值变化趋势基本吻合,均方根误差1.27℃、平均相对误差分别为3.7%。结果表明：与仅有两侧底部通风相比,两侧底部和顶部通风配置明显提高降温效果,番茄冠层高度昼均温、升温速率分别降低0.4~2.1℃和0.4℃/h,通风率增加50%,温度、气流分布均匀度提高;与顶部水平卷膜通风相比,垂直卷膜通风大棚内冠层昼均温、升温速率分别降低0.2~1.2℃和0.2℃/h,通风率提高20%,但温度、气流的空间分布均匀性稍差。综合比较,同时采用两侧底部加顶部垂直卷膜通风的大棚通风降温效果明显。     

基于神经网络的出菇房CFD温度均匀性预测模型

为预测出菇房内环境性能指标,采用CFD建立菇房模型并通过试验数据验证仿真结果准确性,对比可知温度的平均相对误差为4.9%,引入温度均匀性指标,设计正交试验进行CFD数值模拟,利用模拟数据训练GMDH(group method of data handling,数据处理组合法)型神经网络,最后得出温度均匀性指标的预测模型。分析结果表明,预测值与CFD仿真值相关系数达到0.942 5,平均绝对误差仅为0.042,预测精度较高,为出菇房的进一步优化提供可靠依据。     

山区型温室群光储混合供电系统仿真研究

随着传统农业技术的不断提升,“五位一体”温室大棚种、养殖规模得到了进一步扩大,大规模温室群的耗电量陡增,研究可再生能源温室群供电技术是目前亟需解决的问题。以光储小型供电系统为研究对象,搭建1种山区型温室群光储供电系统仿真模型,根据地区峰值日照时数和温室群的用电规律,设定光伏阵列安装容量及型号、电路配置、储能系统充放电电路等参数,具体研究光伏电池工作原理和最大功率追踪点控制、混合储能系统功率分配与充放电控制策略,并在相关仿真软件中搭建仿真模型,验证山区型温室群光储供电系统模型的有效性,研究结果为后续搭建温室群供电系统硬件提供理论参考。     

单栋塑料大棚在高温低风速下的自然通风数值研究

为了研究华东型单栋塑料大棚在高温低风速极端天气下的自然通风特征,利用计算流体力学(CFD)理论建立栽培植物的全尺度三维自然通风模型,模型包括了太阳辐射和作物的影响。仿真结果证实:在外界风速较低时,热压通风起主导作用,且增开天窗能提高大棚的通风效果。CFD仿真结果和实验测试点的温度偏差在1.1°C之内,吻合较好,验证了CFD模型的有效性。     

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。     

基于CFD的茶叶理条部件试验与优化#br# #br#

针对茶叶理条机锅槽温度均匀性差的问题,采用计算流体力学(CFD)建立理条部件的温度场仿真模型。运用PT100温度传感器测量理条部件作业时中间平面的温度并与仿真结果进行对比,实测温度与相对应的仿真温度最大相对误差为12.1 ℃,平均相对误差为9.5 ℃,最大绝对误差为5.9%,平均绝对误差为4.67%,说明采用该模型对理条部件的温度场进行模拟是可行的。运用该模型对理条部件进行优化设计,结果表明：当采用环形电阻丝按照125 mm、105 mm、85 mm、65 mm的间距梯度布置时,理条部件中间平面的温度均匀性系数从0.847增加到0.935,温度均匀性增加了104%,为进一步提高理条部件的温度均匀性提供了思路。     

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.     

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。     

基于CFD的冷藏车车厢内部温度场空间分布数值模拟

以短距离运输冷藏车为研究对象,建立了求解车厢温度场分布的计算模型。模型以车厢内冷气出风口风速、空气温度、车厢壁面以及货物区温度作为初始边界条件,采用计算流体力学（CFD）非稳态剪切压力传输（SST）k-ω模 型,模拟不同边界条件和货物不同堆栈方式车厢内温度场分布情况;在特定边界条件下,交替改变出风口风速和货物堆栈方式,通过对比分析,确定最佳出风口风速和货物堆栈方式。结果表明当风速为5m/s,堆栈方式为中间及两侧留空时冷藏车厢体内温度场分布均匀性最佳。经试验验证,模拟结果与实测结果基本吻合,温度平均绝对误差不高于1℃。     

寒地水稻育秧大棚自然通风条件下的CFD流场分析

随着计算机技术的不断发展与CFD软件的不断完善,计算流体动力学(CFD—Computational Fluid Dynamics)已经取代传统耗时耗力的人工测量,成为通过计算机软件模拟解决温室大棚内部环境问题的重要工具。为此,以种有水稻秧苗的寒地水稻育秧大棚作为研究对象,建立其在自然通风下的CFD三维稳态模型,并利用已验证的模型模拟和讨论了不同组合通风方式下大棚内部环境发生的变化。结果表明:在水稻育秧大棚中,增添天窗通风可以有效地提高气体流动性;与0.3、0.5m的卷帘开度相比,天窗与0.4m的卷帘开度、南北两侧大门进行组合通风时,大棚内的气流分布最均匀,降温效果最佳。     

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。     

连栋玻璃温室天沟结构对栽培区光环境的影响分析

为降低北方地区连栋温室冬季生产能耗、提高温室保温性能,设计了大斜面外保温连栋玻璃温室,即寿光型智能玻璃温室。该温室采用大天沟设计,安装了外保温被及传动机构,因此形成了较宽的遮阴带,影响了栽培区的太阳辐射及温室透光率。为分析天沟尺寸对室内光环境的影响,构建了连栋温室天沟对温室栽培区内不同位置辐射强度影响的动态模型,并基于该模型对室内光环境进行了均匀性与敏感性分析。结果表明：天沟结构对栽培区内日累积辐射平均值的影响程度从大到小依次为天沟间距、天沟宽度、天沟垂直厚度和天沟高度;寿光型智能玻璃温室的天沟设计为相邻两天沟间距12.00m、天沟水平宽度1.60m、垂直厚度0.86m、天沟下沿离地面高度6.30m,可以保证栽培区内最佳的光照均匀性。不同情景下的模型模拟结果表明,为确保栽培区内光照均匀性,在栽培区内辐射强度变异系数最小的情况下,山东省寿光地区温室天沟高度、天沟垂直厚度之和与天沟间距、天沟宽度之和的比值在0.49～0.54之间。本研究可为寿光型智能玻璃温室在不同地区的设计应用提供理论依据。     

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℃。     

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.     

蔬菜大棚墒情预报的衰减指数平滑模型

利用宿迁市船行灌区实测数据率定衰减指数平滑模型的参数,研究了衰减指数平滑模型在蔬菜大棚墒情预报中的适用性。结果表明,与霍尔特双参数模型相比,衰减指数平滑模型改善了预报效果,用于蔬菜大棚墒情预报具有较高的精度。     

基于GEE的山东省近30年农业大棚时空动态变化研究

针对精确获取大尺度空间范围内农业大棚的分布情况并进行长时间的序列动态监测存在数据量大、计算效率低、精度不高等问题,利用Google Earth Engine(GEE)云平台能够实现快速存取、实时处理海量卫星数据,基于多时相Landsat影像进行农业大棚时序光谱特征和纹理特征的自动提取,采用随机森林算法实现山东省农业大棚的遥感分类,从而生成了山东省近30年农业大棚的空间分布和时空动态变化图。结果表明,本文分类流程具有较高的分类精度,其平均总体精度达到91.63%,Kappa系数均值为0.8642。经分析,山东省农业大棚从1990年的6.67 km^2增加到2018年的9919.40 km^2,增长速度为354.03 km^2/a。     

考虑日光温室空间异质性的黄瓜叶片湿润时间估算模型研究

叶片湿润时间（LWD）是植物病害模型的重要输入变量之一，它与许多叶部病原菌的侵染有关，影响病原侵染和发育速率。为了准确地预测日光温室黄瓜病害的发生时间和方位，本研究于2019年3月和9月在北京两个不同类型日光温室内按照棋盘格法设置了9个采样点部署温湿光传感器和目测叶片湿润时间，每隔1 h采集一次温度、湿度、辐射和叶片湿润数据进行定量估算分析。分析结果表明：BP神经网络模型在两个温室的试验条件下获得了相似的准确度（ACC为0.90和0.92），比相对湿度经验模型估算叶片湿润时间的准确度（ACC为0.82和0.84）更高，平均绝对误差MAE分别为1.81和1.61 h，均方根误差RSME分别为2.10和1.87，决定系数R²分别为0.87和0.85；在晴天和多云天气条件下，叶片湿润时间的空间分布总体规律是南部＞中部＞北部，南面是叶片湿润平均时间（12.17 h/d）最长的区域；由东向西方向上，叶片湿润时间的空间分布总体规律是东部＞西部＞中部，中部是叶片湿润平均时间（4.83 h/d）最短的区域；雨天的叶片湿润平均时间比晴天和多云长，春季和秋季分别为17.15和17.41 h/d。这些变化和差异对温室黄瓜种群水平方向的叶片湿润时间分布具有重要影响，与大多数高湿性黄瓜病害的发生规律密切相关。本研究为预测温室黄瓜病害分布提供了有价值的参考，对控制病害流行和减少农药使用具有重要意义，提出的区域化分析温室内叶片湿润时间的方法，可以为模拟日光温室叶片湿润时间的空间分布提供参考。     

免耕覆盖条件下田间土壤水分入渗的二维数值模拟研究

根据土壤水动力学基本原理,建立了秸秆覆盖条件下夏玉米SPAC系统中二维土壤水分入渗模型,应用该模型采用ADI法对辽宁地区秸秆覆盖条件下玉米田间土壤水分入渗过程进行模拟计算。模拟结果再现田间土壤水分入渗过程,同时显示产流与未产流情况试验数据与模拟值均有较好的一致性,平均相对误差均在5%以内,所构建模型可用于覆盖条件下土壤水分运动规律的研究。     

日光温室土壤-植物-环境系统水热耦合运移动态模拟

以温室能量平衡为基础 ,建立了日光温室土壤植物环境连续系统水热耦合运移模型 ,该模型将温室内的水热运移与转化过程概化为土壤根系水热迁移、冠层环境水热迁移和温室内外水热迁移 3个子过程进行研究。采用追赶法和有限差分法求解温室水、热变化过程 ,并与实测资料进行比较 ,结果表明具有较高的精度。将温室土壤植物环境水热系统作为一个整体进行研究的思路 ,对于优化温室水热环境控制 ,促进温室的节能、降耗与作物的优质高产有重要意义。     

玻璃温室地热加热系统模型与控

运用传热学理论和控制理论,对玻璃温室使用地热水加热系统进行建模和分析,并通过现场试验测试法获得温室加热系统模型参数.利用内模控制器设计方法,基于控制对象模型,将Smith预估器和PI控制器应用于加热系统控制器设计,根据温室加热系统模型参数调整加热控制器参数,并开发应用程序加以实现.试验结果表明,相对低温的地热水可以满足现代农业冬天加热要求,加热控制系统控制精度达到±0.2℃,响应时间小于10ms.