内遮阳网对连栋温室内自然通风流场影响的稳态模拟

以Navier—Stokes方程为模型基础，运用CFX软件对华东地区三连栋塑料温室在配置内遮阳网后室内自然通风气流场进行三维稳态模拟，外界风向取平行于温室的屋脊方向。模拟结果显示，在设置内遮阳网后，两侧栋内气流流速明显降低，尤其是顶窗开向对面侧侧栋内，气流平均速度只有外界风速的1／6左右，不及无遮阳网时的一半；在遮阳网覆盖下温室中间栋气流流态变化不大，流场略偏向顶窗开向侧方向。顶窗开向对面侧气流流动的均匀性有所改善，但平均流速下降，环流不太明显，静止区域小，尤其是下部区域。在顶窗开向侧侧栋内，气流虽仍集中在温室中上部区域，但均匀性有所提高；侧窗和山墙门进风对温室内气流场流态的影响作用较大，而顶窗使得遮阳网上部的气流流动得到明显加强。     

不同风况和开窗配置对夏季单栋塑料温室微气候的影响

以华东地区种植着空心菜的单栋塑料温室为研究对象构建其全尺度计算流体力学模型(CFD模型)。该模型经现场实验验证,其计算值与各测点温度实验值变化趋势吻合且差异在1.1℃以内。随后,通过该模型研究不同开窗配置下温室内气流和温度场特征,评估开窗配置对通风率、室内外温差和室内气候均匀性的影响,揭示不同风况下温室微气候形成机理。仿真结果表明,不同开窗配置会产生截然不同的温室微气候场。顶侧窗配置下温室通风率最高,室内外温差最小,能产生较均匀的室内气候,因此最适合于温室夏季通风。不同风况会对温室内气流和温度场产生显著的影响,进而影响温室降温效果和气候均匀性;当外界高温低风速气候条件下,热压通风起主导作用;顶侧窗通风能显著提高温室降温效果,有效降低作物冠状层气温。     

南方连栋塑料温室冬季通风除湿开窗优化

连栋塑料温室主要依靠日光蓄热,冬季为保温需要长时间密闭以避免室内热量流失,这就导致室内形成高湿环境,使栽培作物易患病虫害.以有效除湿和减小室内热量损失为目标,以十一连栋塑料温室为研究对象,建立全尺度计算流体力学模型(CFD模型).在顶窗通风工况下,CFD模型的有效性经实验数据验证,其计算值与各测点湿度的实验值变化趋势吻合,且差异在5％以内;并利用该模型研究了不同开窗组合(侧窗、顶窗和顶窗加侧窗)对温室内空气流场和湿度场的影响.仿真结果表明,顶窗通风是一种较理想的通风组合,能够在3 min内完成作物冠状层的除湿.除湿结束后,室内平均相对湿度从92％降至68％,湿度分布均衡性较好,且热损失较小,能满足冬季温室保温、除湿的要求.     

单栋塑料温室内多因子综合CFD稳态模拟分析

为分析单栋塑料温室内的综合环境:气流场、温度场、湿度场、CO2浓度场,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。将温室内的湿空气看作水蒸气、CO2和干空气的混合气体,在分析温室中太阳辐射、作物与环境的质热交换,动量及质能传递过程的基础上,对单栋塑料温室内的环境因子进行了稳态模拟。温室内热辐射传递过程采用蒙特卡罗法模拟方法;将室内作物简化为连续固体换热模型,采用剪应力输运模型(SST)表述温室内的空气紊流。结果显示:温室通风对温度、湿度和CO2分布的影响很大,温室内部上风向温度低,湿度小,同时CO2浓度也不高;温室下风向作物冠层的环境未达到优化状态;模型的预测值低于实测值,但变化规律相似,温度、湿度、CO2含量的预测相对误差分别低于8%、6%和7%。     

温室小气候测量试验设计及其夏季蒸腾研究

温室内小气候环境参数的有效观测关系到温室小气候模拟模型的精度，而温室内作物的蒸腾既影响到潜热和显热交换，又是确定温室作物肥水灌溉的主要依据。本研究设计了一套用于温室小气候和作物蒸腾测量的试验装置，并在夏季南方现代化温室内进行了观测。结果分析表明，试验装置可以用于温室小气候的测量，且波恩比法适于对夏季高温、高湿条件下南方现代化温室中作物蒸腾的模拟，夏季温室内蒸腾速率随净辐射和空气饱和冠层水汽压差的增加而线性增大，蒸腾速率对冠层以上不同高度水汽压差的变化不敏感。     

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.     

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。     

气流雾滴胁迫和冠层孔隙变化对沉积性能影响解耦研究

气流辅助喷雾中气流导致的冠层孔隙变化和对雾滴胁迫作用的影响是耦合的,两者最终影响雾滴沉积性能,明晰两者的耦合比例对沉积性能的影响,可为风送参数优化和喷雾模式改进提供指导。本文以盛花期棉花为研究对象,通过设计解耦试验方案,分析气流辅助施药过程中气流雾滴胁迫和冠层孔隙变化对雾滴沉积行为的不同影响。首先,借助高速相机标定棉花枝叶风载下的变形量,得到气流速度、叶面积、变形量三者间的拟合关系,通过仿真叶片风载变形试验得出,仿真叶片与真实叶片的风载变形相对误差在17%之内,从而确定了仿真枝叶模型应用于风送喷雾试验的可行性;然后,基于棉花生长发育的枝叶构型3/8规律,搭建冠层孔隙可风载变形的方案1棉花模型,测量方案1棉花冠层内气流场数据,计算风载后枝叶变形量,并使用物理手段固定枝叶变形量,形成风载变形后冠层孔隙固定的方案2棉花模型,将自然状态下棉花枝叶固定,保持风载下冠层孔隙不变作为方案3棉花模型;最后,针对3种试验方案的棉花模型,通过改变辅助气流风速进行了风送沉积试验。结果表明：相较于冠层孔隙变化,气流对雾滴的胁迫作用更有利于雾滴在冠层内的沉积行为,两者对于雾滴沉积量的提升比例分别为39.81%和10.52%;相比于气流对雾滴的胁迫作用,冠层孔隙增大形成的雾滴运移通道更有利于雾滴在冠层内的均匀分布,两者对沉积均匀性的提升比例分别为42.71%和1.10%。本研究可为基于不同作物冠层孔隙变化特性的新型喷雾模式设计提供参考。     

湿帘风机降温系统安装高度对降温效果的影响

针对夏季温室内气温的垂直梯度大于10℃的问题,进行了湿帘风机安装高度对降温效果影响的对比试验。试验结果表明:对于冠层高度不超过2m的低矮作物,普通安装高度(湿帘高0.9m、风机高0.5m左右)时,中、下层温度分别在30℃和28℃左右,可以满足作物生长发育的温度要求;但对于番茄等植株高大的作物,其冠层常达到温室上层的高温区(34~35℃),适当提高安装位置(湿帘高2m、风机高1m左右),使得风机的流速场高于植株冠层顶部0.5m左右,使作物冠层的空气温度只有29~31℃,气温的垂直梯度只有4℃左右。     

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。     

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。     

风压通风的单栋温室内部流场的ANSYS CFD模拟

利用ANSYSCFD软件模拟了单栋温室内风速为3m／s时的速度场，在此基础上比较了侧窗通风、侧窗加天窗组合通风等几种不同的通风方式下的温室内部流场变化。由理论推导和对模拟结果分析得出侧窗加天窗的通风布局的平均风速较高，因而通风率较高，对作物的损害较小。     

蔬菜大棚内气流流态分析研究

运用三维不可压缩流体的紊流模型,对蔬菜大棚内气流场进行了数值模拟,分析研究了不同形状、不同换气条件的蔬菜大棚内部气流流态,为进一步优化蔬菜大棚结构提供了可靠的依据。对抛物型、屋脊型等多种大棚形式作了内部气流流态模拟,每种形式又分不开侧窗和开侧窗二个工况。从各种形式和工况的模拟结果可清楚地看出,大棚内部气流的速度分布及回流位置、范围都比较合理。     

不同通风方式日光温室微环境模拟与作物蒸腾研究

日光温室后墙蓄热降低了通风降温效率,高温会刺激植物水分蒸腾,降低水资源利用率。本文以北京市通州区日光温室为研究对象,在原有的上、下通风口基础上,增设后墙通风口。基于DO辐射模型、组分输运模型和多孔介质模型建立了日光温室的计算流体力学（CFD）模型,探究了不同通风方式下温室微环境状况,并结合作物蒸腾模型分析获得了作物蒸腾特征。结果表明,气温变化会直接影响作物蒸腾强度,两者空间分布特征一致。中午温室高温,开启后墙、下通风口,较原来开启上、下通风口,气流走向相似,因减少部分蓄热墙体,降温效率提高5.7%,蒸腾量下降0.020mm/h,开启后墙、上、下通风口,蒸腾量较原来下降0.005mm/h。开启后墙、上通风口,由于两通风口靠近一侧且距离作物较远,只能形成北侧局部降温,降温效率下降10.3%,除湿效率较原来提高5.7%,蒸腾量升高0.035mm/h。此外,在通风口组合中,将靠下的通风口设置在迎风方向,可减少外界来风能量、动量损失,以提高通风降温效率。研究结果可为日光温室微环境调节提供参考。     

新月形沙丘粒度分布的交替过程——以甘肃省河西沙区绿洲边缘积沙带为例

新月形沙丘是一种常见的沙丘类型,甘肃河西走廊沙区绿洲边缘积沙带上存在大量新月形沙丘。通过对河西走廊沙区新月形沙丘全面调查取样和在民勤沙区重复取样测定,分析了新月形沙丘的粒度特征。结果表明,新月形沙丘和新月形沙丘链表层0~5 cm深度以细沙和中沙为主,其中古浪沙区沙粒较细且与金昌、临泽、金塔和民勤沙丘的粒度差异较大;主风向（NW）过程从沙丘迎风坡底部到沙丘顶部粒度由粗变细,即沙丘顶部粉沙最多,其次是背风坡中部;迎风坡底部粗沙最多,其次是迎风坡中部。反风向（SE）过程从沙丘迎风坡底部到沙丘顶部粒度由粗变细再变粗,即迎风坡中部粉沙最多,其次是沙丘顶部;迎风坡底部粗沙最多,其次是迎风坡中部。主风向过程沙丘粒度的标准差和变异系数较大,而反风向过程沙丘粒度的标准差和变异系数相对较小。主风向和反风向2种过程,导致了沙丘各部位粒度的交替变化。由于观测的季节不同,才导致了有关新月形沙丘迎风坡粒度分布的2种不同结论。      

全膜双垄沟膜面气流场与种床覆土互作过程模拟研究

为进一步提升全膜双垄沟种床构建质量,合理膜面覆土及减少扬尘,探究膜面覆土与气流间互作规律,本文以甘肃省定西市临洮县境内52986号气象观测站点近30年的年平均风速1.32m/s、年平均极大风速18.07m/s、月平均极大风速26.5m/s为仿真数据来源,以正北方向为基准,以农户经验选择覆膜方向范围0°～90°的最小值、中间值、最大值为全膜双垄沟种床构建方向,分别建立T1（0°）、T2（45°）、T3（90°）3个种床模型,采用CFD-DEM气固耦合技术,得出不同风速、不同方向下全膜双垄沟种床覆土与气流场间的互作机制,综合空气流场、太阳辐射能、耕地利用率对全膜双垄沟种床构建的影响,对其构建方法进行优化,最后进行了田间验证试验。种床覆土表面流场分析表明：当空气流速恒定时,横腰带覆土表面空气最大流速由大到小依次是T3、T1、T2,大垄面覆土空气流速与标准空气流速差值由大到小依次是T3、T1、T2。种床覆土过程分析表明：当空气流速恒定时,种床及土壤颗粒对气流影响程度由大到小依次是T3、T1、T2,气流对颗粒影响程度由大到小依次是T3、T1、T2。由此可知T3模型种床及覆土表面气流速度最大,所受气流影响最大,膜面覆土移动距离最大,易形成扬尘,同时大垄面覆膜交接点极易渗入气流,引起大风揭膜现象,影响作物生长,危及经济效益。优化后的种床构建方法应遵循种床覆土位移最小、太阳辐射能最大、构建效率最快、南坡（向阳坡）耕地优先、南北走向耕地优先原则,优先采用模型依次是T1、T2、T3。田间试验结果表明：当空气流速为2.77m/s、风向北风时,平均种床合格率由大到小依次是T2、T1、T3,覆膜效率、耕地利用率、采光面积占有率由大到小依次是T1、T3、T2,试验结果与仿真模拟结果高度一致,验证了模型的可靠性。     

圆拱型连栋温室自然通风流场CFD模拟

采用Ansys公司的FLUENT软件,建立温室的三维模型,研究了自然通风条件下平行于温室走向和垂直于温室走向两个风向,两种不同风速下温室内部及温室之间风流场的分布特点。模拟结果表明:当风速较小(1.6m/s)时,温室内风向复杂,出现低速涡旋,当风速较高(5.2m/s)时,温室内风向基本按原方向前进,风速逐渐减弱;当温室外风速为1.6m/s时,温室内大部分区域的风速在0.2m/s左右,当温室外风速为5.2m/s时,温室内大部分区域的风速在1.0m/s左右;连栋温室群中各部位温室的通风情况相差较大,前栋温室内风速明显高于后栋。该研究结果可作为温室生产与设计的参考依据。     

气力输送式小麦播种机垂直型分配器设计与试验

传统小麦播种机存在作业效率较低、生产成本高、各行排量一致性差等问题,设计了一种适用于气力输送式小麦播种机的垂直型分配器。分配器采用垂直分配的种子分配方式,能使种子运动轨迹平滑,运动方向变化小,实现种子均匀分配。通过研究种子在分配器内部的受力情况,确定了风速、圆锥角度等对排种性能影响较大的关键参数;采用Flow Simulation对分配器进行了内部流场仿真,得出了气流场在不同圆锥角度及风速作用下的状态;通过对种子的运动仿真,得出了种子在分配器内运动状态,验证了垂直分配式分配器的分配效果。搭建了气力输送式小麦排种试验台,以排种器转速、圆锥角度和风速为试验因素,以小麦排种系统各行排量一致性变异系数为试验指标进行正交试验,确定较优参数组合为风速15m/s,排种器转速40r/min,圆锥角度90°。在该条件下,测试结果各行排量一致性变异系数2.78%,远远满足小麦播种各行排量一致性变异系数低于3.9%的要求。     

连栋温室内湿帘-风机流场特性

为了解华南地区大型连栋玻璃温室在湿帘-风机通风条件下温度场与速度场的变化情况,探究该通风方式下,温室内的通风降温性能,以广州市农业技术推广总站示范基地的连栋玻璃温室为研究对象分别进行了稳态和瞬态计算,将稳态模型的计算结果与温室内监测点得到的数据进行对照,验证了计算模型的可靠性,并对湿帘-风机通风工况进行瞬态计算,得到温室内直观的温度和速度的分布情况及变化规律.结果表明:开启湿帘-风机系统后,湿帘侧最初风速可达1.6 m/s,通风过程中逐渐发展为从湿帘入口贯通风机出口的高速气流场,气流速度最终稳定在0.8 m/s;温室内温度场从湿帘侧到风机侧表现出梯度降温的变化特征,同时伴随着温室全局性的微小幅度降温;将风机流量增加1倍后,温室内气流的湍动程度增加,降温速度明显提高.得到的结果将为华南地区连栋玻璃温室的正常运行和精准调控温室内的小气候环境提供参考.