北方蛋鸡舍冬季颗粒物数值模拟与优化设计

为了探明畜禽舍内颗粒物分布规律,本文对吉林省某蛋鸡舍内不同粒径颗粒物（PM1、PM2.5、PM10和总悬浮颗粒（TSP））浓度进行监测并分析不同粒径颗粒物的分布特点,利用计算流体力学（Computational fluid dynamics,CFD）技术,对采用负压通风的密闭蛋鸡舍的温度场、湿度场、气流场和颗粒物浓度场进行三维稳态模拟,并通过试验进行验证,对不合理之处进行优化模拟设计。研究结果表明,温度与PM1、PM2.5浓度呈正相关性（P<0.01）;湿度与颗粒物浓度呈负相关性;TSP浓度主要受鸡群活动影响。模拟温度相对于实测值整体偏大,相对误差为1.23%～8.88%;而相对湿度模拟值相对于实测值整体偏小,相对误差为5.11%～14.00%。颗粒物浓度模拟值相对于实测值整体偏小,验证了模型的准确性。通过优化导流板与壁面的角度,将角度增加至67.5°,优化后舍内气流均匀性明显增强,气流分布更加合理,并且舍内PM1浓度下降17.4%、PM2.5浓度下降15.9%、PM10浓度下降18.1%、TSP浓度下降21.6%,更有利于鸡体的生长发育和更好地改善鸡舍舍内空气环境质量。     

北方寒冷地区猪舍通风流场模拟研究

内蒙古等北方寒冷地区存在早晚温差大、冬季时间长且气温低的特点,而畜禽舍的保温和通风能力不足制约了北方寒冷地区养猪场的发展。为了研究北方寒冷地区猪舍空气流场的分布规律,用于指导猪舍的改进和优化设计,以内蒙古农业大学科技园区母猪舍为研究对象,采用计算流体动态模拟CFD(Computational Fluid Dynamics)方法 ,对猪舍横向与纵向两种通风方式进行空气流场、温度场变化规律三维数值模拟研究。模拟结果表明:纵向通风方式下,空气进入后在猪舍中间形成一股主气流,出口速度较大,其他位置速度值较小,出口温度较高;横向通风方式下,形成多个主气流,在挡板作用下出现涡流,同时靠近出风口位置速度比较大,卧床内温度分布比较高;两种通风模式对比下,横向通风时气流均匀性比纵向通风差,死角多但是温度变化小,适合寒冷北方保温。对横向通风的模拟值与实测值的现场试验对比结果表明:21个测点测试值与模拟值平均相对误差的平均值为12.46%。这说明,现场实测与数值模拟有较好的吻合度。数值模拟优化后加置3个挡风板,气流平均速度增大27.8%,气流不均匀性降低53.2%。该研究可为北方寒冷地区猪舍结构优化设计和环境调控提供理论依据。     

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。     

悬挂式常温烟雾机气流场与雾滴沉积三维模拟与试验

基于CFD三维模拟技术,建立了常温烟雾机在密闭温室内作业的气流速度场模型及雾滴沉积分布模型,分析了常温烟雾机的气流速度场及雾滴沉积分布特性,并进行试验验证。模拟结果表明,常温烟雾机有效风送距离与风送速度呈正比,在喷雾高度为1.5 m时常温烟雾机风送距离最短;风送速度为5 m/s和25 m/s时雾滴质量流率较大,风送速度为20 m/s以上、喷雾高度在2.0 m以上时,雾滴沉积均匀性较好。模拟与试验结果对比说明,在风机作用区域内,所建立气流速度场数值模型模拟相对误差为10%~35%,雾滴沉积分布模型模拟相对误差为15%~35%,可较准确预测常温烟雾机气流速度场与雾滴沉积分布。     

锤片式揉碎机气流场数值模拟与试验

为研究揉碎机锤片结构参数与揉碎效率之间的关系,实现高效能揉碎,从空气动力学角度出发,分析在T型结构锤片的激励下,揉碎机内腔气流场结构与物料运动之间的关系。运用计算流体动力学（CFD）技术,分析揉碎机内腔气流场的压力场分布形态和速度场分布形态。模拟结果表明：揉碎机内腔气流轴向速度梯度较大,环流层的悬浮输送特性有利于物料充分揉搓和输送,整个揉碎室内从入料口到出料口轴向气流速度逐渐变大,流场速度梯度明显。设计验证试验,对模拟所得的风速与试验测得的值相比较,结果表明,仿真值与试验值变化趋势基本一致,二者最大相对误差为8%。     

出菇房气流流场和温度场CFD模拟与验证

采用计算流体力学方法,模拟在散热器工作的条件下出菇房内的气流流场和温度场的分布,用温度传感器和热像仪,分别对菇房内的不同点及菌菇表面温度进行测量和分析,并与温度模拟值进行比较。比较结果表明:模拟得到的温度值与实验测得的温度值的绝对误差均在1℃之内,相对误差在7.8%之内,数值模拟得到的菌菇表面温度的分布变化趋势和热像仪测得的结果一致,验证所建立CFD模型的正确性,为进一步对出菇房进行优化提供可靠的依据。     

公路冷藏运输车厢内三场协同性三维数值模拟与试验

在公路冷藏运输车厢内温度场和速度场协同控制基础上,从能量守恒协同方程和湍流动能方程出发,设置传热工质空气参数,探讨其速度场和压力场的协同性。以温度均布为评价目标,从定性角度验证冷藏车厢内沿纵向截面三场的模拟仿真分布情况,并分别对圆形孔、椭圆形孔和正六边形孔进气匀流板的换热及低阻性能进行数值模拟比较与分析。冷藏厢内进气道采用椭圆形孔进气匀流板后,在满载过程厢内温度沿厢体宽度方向的最高温度由2.53℃降为1.27℃,温度标准差由0.642℃降至0.332℃。结果表明该进气道的流动阻力较小,有效减少制冷机组的泵功损耗,温度分布更加稳定且均匀,速度场、温度梯度场和压力梯度场三场有较好的协同性。     

冷藏运输车厢温度场均匀控制研究

为解决冷藏运输车厢内温度场分布不均匀直接导致杨梅等特色水果营养成分和品质变差等问题,通过正交试验法优化设计,引入温度场均匀性评价指标,分析了气流循环风机转速、匀流板孔隙率和货框垂直间距等因素对冷藏运输车厢内温度场的影响。结果表明:风机转速越高,温度场均匀性越好,厢内的最高温度基本不变;孔隙率越小,温度场均匀性越好,孔隙率0.1时厢内最高温度最低;在一定范围内垂直间距越小,最高温度越低,均匀性也越好。针对温度场中存在的"高峰"区域,基于场协同原理设计了冷藏运输厢体结构,通过调节右侧回风口处气帘风机的方向实现了均匀性控制。     

基于BP神经网络的土壤水热动态预测模型研究

以土壤施氮量、灌水量、土壤各层初始温度、各层初始含水率以及时间作为神经网络的输入因子,以土壤温度、含水率作为输出因子,基于BP神经网络,建立了拓扑结构为17-21-14的BP-W-T预测模型,利用Matlab软件对BP神经网络进行训练,并结合实测值对温度分布和含水率分布进行检验。结果表明:土壤温度预测模型模拟值与实测值的平均相对误差、相关系数和决定系数分别为2.28%~3.36%、0.954~0.972和0.910 2~0.944 7;含水率预测模型模拟值与实测值的平均相对误差、相关系数和决定系数分别为1.87%~3.09%、0.974 3~0.992 6和0.949 3~0.985 2;该预测模型具有较高的预测精度和良好的稳定性,可以较好地描述温度梯度下土壤水热动态变化情况,为预测土壤温度与含水率提供了一条新的途径。     

风扇组对气流速度场影响的CFD仿真及验证

针对密植苹果园农药喷施不均匀、药液难以进入冠层内部的问题,结合密植苹果园的种植特点,提出了一种组合风扇的风送式喷雾结构,并通过CFD模拟探究该组合风扇出风口速度和倾角对气流速度场的影响规律。结果表明:随着组合风扇入口气流速度的增大,风送距离随之增大,但气流场分布特性基本一致;随着上下位风扇倾角的增大,3个风扇的相互影响越来越明显,3个风扇气流场的交汇扩大了组合风扇气流场的作用范围,侧位风扇倾角越大,X轴正向气流速度越大且越容易穿入厚厚的冠层内部;在入口风速为9m/s时,上下位风扇最佳倾角为35°～50°,侧位风扇倾角可根据果园植株幅宽特性进行调整;舍去两端误差较大的采样点,各倾角下采样点的相对误差基本分布在11. 00%～30. 00%之间,标准差介于0. 50～7. 50之间,模拟值与实验值的符合性较好。在距风扇安装位置0. 5～1. 5m之间的垂面上,气流场分布总体趋势为:中部流速最大,由中部向两侧逐渐递减。     

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。     

不同遮阳工况下温室作物冠层辐射场与温度场的CFD分析

为研究不同类型遮阳网对温室作物冠层辐射场与温度场的影响,采用标准k-ε湍流模型和DO模型建立了温室作物冠层辐射对流换热的CFD模型,采用辐射折算的方法模拟外遮阳对室内环境的影响。将模型计算的辐射和温度值与试验实测值进行对比,辐射值平均误差为18. 8%,温度值的相对误差为3. 9%。利用建立的温室CFD模型,对不同遮阳率的遮阳网下温室作物冠层辐射场与温度场进行分析,结果表明:一层遮阳网温室内降温明显;比对一层遮阳网工况,开启两层遮阳网时室内降温幅度增加并不明显,且辐射值偏低。在此基础上,改变了遮阳网遮阳率,发现在其他条件相同的情况下,开启遮阳率为65%的遮阳网相比遮阳率43%的遮阳网温室内辐射减少40W/m~2,室内温度相对降低0. 8℃。此模型可为基于作物光温需求的遮阳调控方案提供仿真计算分析。     

冷藏车水产品堆栈方式对温度场的影响

水产品具有较高经济效值,维持冷藏车厢温度均匀、保障水产品品质以提高冷藏车运输效率成为当前重要的研究课题,其中货物堆栈方式是一个重要的研究方向。以上出风、上回风式水产品冷藏车为对象,通过ANSYS16. 0中的Fluent模块,模拟得到了制冷装置下方分别装载高度为0、0. 533、1. 066、1. 6 m货物时厢体内部温度场的分布状况,并对比了4种堆栈方式下货物表面、横截面以及纵截面温度云图。结果发现,温度沿车厢长度方向呈倒"C"形分布,即靠近车厢前下部和后下部区域温度较高;在制冷装置下方堆栈货物会对温度场分布均匀性产生显著影响,堆栈方式a即堆栈高度为0 m时,温度场分布均匀性最佳,货物区温度均在5℃以内,最大温差在2℃以内。对比试验结果和模拟结果,两种结果最大均方根误差小于0. 5℃,平均相对误差最大为7%。     

风速对温室内气流分布影响的CFD模拟及预测

基于CFD数值模拟技术,采用标准湍流模型和DO辐射模型对室外风速为0.9m·s-1时Venlo型玻璃温室内气流分布模式进行了3-D稳态求解,并对模拟结果进行了试验验证,结果表明:模拟值与实测值吻合良好,平均相对误差为13.4%,CFD数值模型有效.采用该模型对室外风速为1.5m·s-1和2m·s-1时室内气流场进行了预测,并得出了3种风速下温室的通风率与室外风速之间呈线性关系,R2=0.9846.风速是影响温室通风率的关键因素.风速低时,室内气流分布模式受室外环境影响较轻微,作物区气流分布比较均匀一致;随着风速的增高,室内气流流速增大并伴有涡流出现,温室高度方向梯度明显.     

温室轨道式弥雾机气流速度场三维模拟与试验

基于CFD模拟技术建立了温室轨道式弥雾机的气流速度场分布模型,并对模拟结果进行了验证.研究表明,在所设计的模拟区域内,气流速度在垂直和水平两个方向呈梯度减小趋势;改变喷孔气流速度对气流速度场空间分布状态不会产生显著影响,但对雾滴的分布范围有明显拓展作用;把喷孔气流速度由25 m/s提高到50 m/s,可将吹送距离由2.4m增大到3.6m,气流速度场范围半径由0.20m扩大到0.25 m.试验和模拟结果对比表明,所建模拟模型能够较准确地模拟温室轨道式弥雾机气流速度场的速度分布特性.     

基于CFD的多风道风送喷雾流场数值分析与试验研究

为研究果园喷雾机的气流和雾滴沉积分布情况,通过数值分析与试验相结合的方法,研究了一种适用于果园植保的多风道风送喷雾系统气流场和气液两相流场分布规律。研究结果显示,该多风道风送喷雾系统的外部气流场分布较为均匀,喷射出风口出口处的气流速度试验值与仿真值相对误差＜13.7%,随着测量距离增大,气流速度逐渐衰减,其绝对误差基本在0~2 m/s。雾滴场在-0.6~0.6 m喷雾区域内雾滴沉积量（百分比）的仿真值和试验值相对误差＜14%,数值分析结果较为准确地反映风送喷雾系统的气流分布和雾滴沉积特征。      

基于CFD的苹果隔板包装预冷温度场研究

温度调控失误和物理损伤是影响采后水果质量损失的关键因素。以单层隔板包装箱和单层普通包装箱为研究对象,采用计算流体力学(Computer fluent dynamic,CFD)非稳态剪切压力SST k-ω三维湍流模型,比较相同初始条件和边界条件下,隔板包装与普通包装内部的温度场分布、风速场分布、冷却时间、冷却速率和冷却均匀性。结果表明:隔板包装和普通包装的冷却时间和冷却速率基本一致,冷却温度差值不超过0. 67℃,冷却速率差值不超过0. 012℃/min,隔板包装温度变异系数略大于普通包装温度变异系数,两种包装具有相同预冷效果,满足冷链运输过程中的预冷需求。对比模拟结果与实验结果,两种结果的均方根误差为1. 13℃,平均相对误差为8. 2%,证明了模拟结果的合理性和准确性。     

自然通风条件下多塑料大棚群温度场的CFD分析

为了研究多个塑料钢管大棚组成的温室群环境温度分布情况,采用标准k-ε湍流模型和DO辐射模型建立相应的温室群数值模型,在自然通风条件下对塑料钢管大棚内温度分布进行了CFD分析和试验验证。结果显示:CFD模拟值与实测值吻合性良好,平均相对误差为4.2%,验证了所建CFD模型的可行性。采用此模型分析了大棚间距对棚内温度分布的影响,结果表明:增加大棚间距能够降低后排室内的平均温度,提高温度分布的均匀性,减小温室之间的平均温差。     

太阳能干燥室内部气流场分布CFD数值模拟

为研究太阳能干燥室内气流场分布和构建气流运动模型,基于计算流体动力学(CFD)技术,运用标准k-ε模型对给定的不同气流速度对干燥室内气流分布的影响进行数值模拟.结果表明,与气流速度2 m/s和10 m/s相比,气流速度为6 m/s时干燥室内的速度分布满足要求,且气流分布更为均匀.     

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.