旷野风速对林网内风速分布及防风效能的影响

为了揭示旷野风速对农田林网内风速分布及防风效能的影响,通过空间多点实地观测,利用传统统计分析、Surfer软件、地统计学等方法对3种风速(5.4,7.2和10.3m/s)条件下的林网内风速分布及防风效能进行了分析。结果表明,3种旷野风速下主林带的背风面均形成一个较大范围的降风区;3种旷野风速下林网平均降低风速效能为26.1,23.3和25.7%,平均有效防护面积比为50.8%,41.7%和47.7%,林网的总体防护效能在风速为5.4m/s时为最大,风速为7.2m/s时为最小;3种不同旷野风速下林网风速空间变异函数均可以较好地拟合为球状模型,3种旷野风速下网格内风速块金值与基台值的比值较小,均小于25%,林网内风速均具有强烈的空间自相关性。旷野风速对林网内风速分布及防风效能的影响比较复杂,并不是单一的随着风速的增大而增大或减小,受林带结构及疏透度的影响较大。     

不同客土覆盖厚度对河滩地土壤养分分布的影响

[目的] 研究陕西省关中地区河滩地土地整治中不同覆土厚度下土壤碳氮的空间分布特征,确定耕作层稳定性的最佳客土厚度,旨在为河滩地难利用土地后备资源的开发利用提供理论依据。[方法] 于2015—2017年开展河滩地覆土田间小区试验,采用相关性分析法对不同覆土厚度条件下土壤有机质和全氮的分布特征、动态变化趋势及两者间的关系进行了研究。[结果] 不同覆土厚度下土壤有机质和全氮含量随土层加深而降低,土层深度与土壤有机质和全氮含量呈现负相关关系,土壤养分具有明显的表聚性;客土层厚度为50—60 cm时,相比其他覆土厚度类型,土壤有机质和全氮含量在各土层深度中最高,二者呈现出极显著的正相关关系（p<0.01）。[结论] 对于陕西省关中地区以黄绵土为客土来源的河滩地土地整治,客土覆盖厚度以50—60 cm为最佳,具有较好的保肥作用。     

玉米冠层对喷灌水量空间分布的影响

作物冠层对喷灌水量分布的明显影响，为了弄清楚作物冠层对喷灌水量分布的影响作用，该文以春玉米为研究对象，进行了多组试验，初步探讨了在不同生育期玉米冠层上部与下部水量的分布情况。田间试验结果表明，玉米冠层对喷灌水量近地表附近分布均匀度有很大影响。喷灌水量到达玉米冠层后，通过4种途径落向地面，即：秆径流水量、叶尖水量、叶下水量和行间水量。这4部分水量在其分布点上的均匀程度很高，但作为一个整体，其水量的连续分布均匀性则很差。可见冠层对喷灌水量分布的影响不容忽视，有必要进一步弄清它们之间的影响机理，这将为喷灌制度的设计提供重要依据。     

越冬期埋土防寒层厚度对贺兰山东麓葡萄园土壤温度的影响

2019/2020年和2020/2021年冬季于贺兰山东麓葡萄园开展不同埋土防寒层厚度试验,结合不同深度土壤温度监测结果,研究越冬期葡萄园埋土防寒层覆盖下根区土壤温度变化规律,明确不同埋土防寒层厚度对根区土壤温度和葡萄越冬冻害的影响,为葡萄越冬冻害监测、评估及葡萄园冬季埋土管理提供参考。结果表明：（1）酿酒葡萄越冬期（12月−翌年2月）土壤温度呈先下降后上升的趋势;土壤温度随土层深度的增加而增加,波动随深度增加而缩小,埋土防寒层的覆盖,进一步减少了土壤温度的波动。（2）土壤温度随着埋土防寒层厚度的增加而增加,与不埋土处理（H0）相比,埋土防寒层厚度60cm（H60）处理, 20cm日最低土壤温度冬季可提高0.2～2.7℃,冬季平均可提高1.1℃;40cm土壤温度冬季可提高0.1～1.3℃,冬季平均可提高0.6℃。（3）0cm、20cm、40cm土壤温度日较差随着埋土防寒层厚度增加而减小,且极值出现时间依次滞后,60cm土壤温度几乎恒定。（4）20cm土壤温度,根干（C0）处显著高于距根干50cm（C50）、距根干100cm（ C100）和距根干150cm（C150）(P<0.05),距离根干越远土壤温度越低。土壤温度最低日,埋土防寒层厚度30cm、40cm、50cm三个处理根干（C0）处20cm土层温度较C50、C100和C150分别提高1.7～2.2℃、1.7～3.3℃、2.4～3.4℃。可见,根系受冻风险随土壤深度增加而降低,增加埋土防寒层厚度可提高土壤温度,减少土壤温度的波动,最低温度出现的时间随着埋土防寒层厚度增加而出现滞后。越冬冻害发生程度随埋土厚度增加而减少,其中副根受冻率高于主根。     

果园风送喷雾机导流板角度对气流场三维分布的影响

风送喷雾条件下,雾滴是在空气流携带下进入果树冠层的各个部位,所以喷雾机气流场的运动和分布对雾滴的分布和穿透非常重要。为了研究果园风送喷雾机导流板角度变化对外部气流速度场三维空间分布的影响,该文采用ICEM建立几何模型,并进行全结构网格划分,采用k-ε湍流模型和CFX求解器进行数值求解。通过变换上导流板角度（30°、45°、60°、90°）与下导流板角度（0°、10°、20°、30°）,来模拟分析风机外部流场在各工况下的空间稳态流场、湍流状态,以及对气流场空间分布的影响。结果表明,下导流板角度由0°增加至30°过程中,由于地面摩擦阻力对气流的影响逐渐减小,同时地面摩擦阻力与两侧空气阻力形成的夹角越来越大,因此单一气流束逐渐分成3条气流束,这样的气流分布优于单一方向气流对果树枝叶的吹动效果,有利于气流携带雾滴进入果树冠层;上下导流板导向气流主要集中在导流板指向区域,因此,导流板的角度设置应根据树冠高度、树干高度来调整。通过设置合理的导流板角度,使得风场分布与果树冠形相吻合,达到仿形喷雾效果。对于行距4 m、树高3.0～3.2 m的果园喷雾,上、下导流板角度均为30°;对于棚架果园,上导流板角度为90°（或卸掉上导流板）,下导流板为30°。该研究有利于指导田间喷雾作业、喷雾参数调整,可达到更好的喷雾效果、减少环境污染。     

表面风速和模拟降水对奶牛粪便堆放过程中N2O排放的影响

奶牛场粪便的自然堆放过程中会造成大量的温室气体排放,排放过程和排放量受表面风速和自然降水等环境因素的影响显著。该文针对中国常用的奶牛粪便管理方式,采用动态箱法研究了不同表面风速(0.5、0.8、1.2、1.6 m/s)和模拟降水(降水量9.9 mm)对奶牛粪便自然堆放过程中典型的温室气体氧化亚氮(N2O)排放的影响。结果表明,在0.5~1.2 m/s风速范围内,奶牛粪便自然堆放过程中的N2O排放量随风速升高逐渐增加,1.2 m/s达到最大值,且不同风速下N2O的排放量存在显著差异。模拟降水后N2O排放量在短时间内急剧升高,之后迅速下降至降水前的排放水平,整个过程持续约10 h。由于降低了二氧化碳(CO2)和甲烷(CH4)的排放,与降水前一天相比2次降水分别降低了12.9%和10.9%的温室气体排放量。     

不同进风方案下隧道烘干窑热风流场CFD模拟和优化

隧道烘干窑内同一横截面的热风均匀性影响着物料干燥均匀性和产品质量,而烘干窑入口风速分布直接影响着窑内热风流场的均匀分布。为了解决单一风机直进风隧道烘干窑存在的风速不均匀问题,提出了多种进风结构设想,并利用计算流体力学方法对实际生产的隧道窑进风流场进行数值模拟,研究3种不同的进风方案(4风机、6风机和9风机)对隧道窑内热风流场均匀性的影响。模拟结果表明:6风机方案下隧道窑入口处进风均匀,热风扩散距离短,窑内热风流场整体均匀性较佳,综合性价比最高。研究结果为隧道窑入口进风的设计提供参考。     

Numerical simulation and optimum design on airflow distribution chamber of air-impingement jet dryer

为了改善气体射流冲击干燥机气流分配室流场结构,提高喷管速度分布均匀性,以气体运动微分方程和RNG k-ε湍流模型为基础,利用计算流体动力学软件Fluent对气流分配室内气流流场进行了三维数值模拟,得到了热气流在气流分配室内的流动特征,并对原模型结构进行改进,提出了3类优化方法,同时将最优模型的预测值与试验数据进行了比较。计算结果表明,气流分配室原始结构的速度矢量在气流腔室内部形成2个左右对称的反向涡流区,对应喷管出口速度分布沿高度方向呈先减小后增加的趋势,设计工况下速度偏差比和速度不均匀系数分别达到24.6%和18.1%;减小分配室下端宽度这一常见思路并不能改善气流分配室的速度分布均匀性,而扰流模型则被证明是可行的; 平板扰流模型的效果优于半圆柱扰流模型,其最佳结构参数为平板间距为160 mm且第一块平板较喷管轴线高14 mm,速度偏差比降为7.7%,而速度不均匀系数仅为4.7%,数值模拟结果与试验数据最大偏差不超过8%。该文的研究思路对类似于干燥机气流分配室结构的均匀性设计提供了参考。     

气体射流冲击干燥机气流分配室流场模拟与结构优化

为了改善气体射流冲击干燥机气流分配室流场结构,提高喷管速度分布均匀性,以气体运动微分方程和RNGk-ε湍流模型为基础,利用计算流体动力学软件Fluent对气流分配室内气流流场进行了三维数值模拟,得到了热气流在气流分配室内的流动特征,并对原模型结构进行改进,提出了3类优化方法,同时将最优模型的预测值与试验数据进行了比较。计算结果表明,气流分配室原始结构的速度矢量在气流腔室内部形成2个左右对称的反向涡流区,对应喷管出口速度分布沿高度方向呈先减小后增加的趋势,设计工况下速度偏差比和速度不均匀系数分别达到24.6%和18.1%;减小分配室下端宽度这一常见思路并不能改善气流分配室的速度分布均匀性,而扰流模型则被证明是可行的;平板扰流模型的效果优于半圆柱扰流模型,其最佳结构参数为平板间距为160mm且第一块平板较喷管轴线高14mm,速度偏差比降为7.7%,而速度不均匀系数仅为4.7%,数值模拟结果与试验数据最大偏差不超过8%。该文的研究思路对类似于干燥机气流分配室结构的均匀性设计提供了参考。     

黄花苜蓿收获机吹送装置气流速度场CFD分析

为了研究黄花苜蓿收获机吹送装置风机转速与吹送气流速度场分布的关系,该文基于CFD模拟技术建立了黄花苜蓿收获机吹送装置气流速度场分布模型,根据实测的黄花苜蓿收获机相关数据,确定了边界条件和模型参数,得到了不同风机转速下吹送气流速度场分布,以及在风机转速为4 000 r/min时,主风管、不同支风管和距离出风口不同距离的气流速度场分布。设计了与模拟条件相同的验证试验,对模拟条件进行了验证分析。研究表明,试验值与仿真值变化趋势一致,试验值比仿真值略小,误差不超过10%,能够准确地反映黄花苜蓿收获机吹送装置的气流速度场分布规律,风机转速为4 000 r/min时,吹送距离在0.22 m波动区间内能够满足黄花苜蓿吹送要求。     

公猪舍夏季温度和流场数值CFD模拟及验证

为研究夏季全漏缝地板公猪舍湿帘风机蒸发降温效果及舍内环境分布规律,该文利用计算流体力学CFD(computational fluid dynamics)对北京养猪育种中心SPF(Specific Pathogen Free Swine)公猪舍进行模拟研究并通过实测数据进行验证。研究中将漏缝地板作为多孔介质简化,基于标准k-?湍流模型对空载及装猪猪舍内的风速场和温度场进行模拟,通过模拟值与实测值的对比验证模型的合理性。结果表明采用该模型模拟空载时猪舍,风速场模拟值与实测值误差较小,相对误差范围在0.25%~30.8%。模拟温度与实测温度最大绝对误差为0.48 K,平均绝对误差为0.11 K,平均相对误差为0.5%。模拟装猪时的猪舍,温度分布结构与装猪前相似,但整体温度略有上升。该研究可对当前常用的含漏缝地板猪舍建模研究提供参考,并为畜禽舍内改造和建筑实践提供理论依据。     

周边进水沉淀池配水槽设计方法的配水均匀性模拟研究

为分析周边进水沉淀池配水槽各种常用设计方法的实际效果,采用计算流体力学(computational fluid dynamics,CFD)方法对直径为20m沉淀池进水槽进行了三维稳态模拟,比较了各种设计方法下配水孔的配水、配泥质量流量的均匀性,模拟以Eulerian-Eulerian multiphase model中的均匀混合连续流体模型(homogeneous model)为框架,包含配水槽中的水、污泥颗粒和水面上部的大气三相,设计方法选择了工程实践中常用的变槽宽定孔径、变槽宽变孔径、定槽宽定孔径和定槽宽变孔径4种配水槽设计方法。模拟结果显示:4种配水槽设计方法中各配水孔质量流量的标准差最小在10%左右,变槽宽的等流速设计整体来说配水、配泥相对均匀,可以考虑优先采用;变孔径设计孔径变化很小,但当采用等槽宽设计时,配水、配泥质量流量的均匀性改善明显。     

进风位置对纵向通风叠层鸡舍气流和温度影响CFD模拟

为提高鸡舍夏季通风效率,改善舍内环境条件,该文通过计算流体力学(computational fluid dynamics, CFD)模拟分别探究了进风口内侧加设导流板及不加设导流板时,进风位置对叠层笼养鸡舍舍内及笼内气流、温度及分布的影响。鸡舍模型通过现场试验进行验证。结果表明:在进风口内侧不加设导流板时,近进风口区域(距首个笼17.5 m之内鸡笼区域)笼内平均风速随着进风位置与鸡笼间距离增加而增大,最大增幅为0.54m/s。而当进风口内侧加设导流板时,不同进风位置时对笼内平均风速相对差异小于10%。同时,随着进风位置与鸡笼间距离增加,近进风口处笼内气流分布均匀性增加,笼内温度呈降低趋势且其分布趋于均匀。但进风位置对笼内环境影响范围有限,文中研究显示,进风位置对气流速度的影响范围为距首个笼27 m之内笼内区域,对气流分布均匀性的影响范围为距首个笼45 m之内笼内区域,对温度分布的影响范围为距首个笼18 m之内笼内区域。研究表明,在叠层鸡舍夏季通风系统进风位置设计中,应尽量设计在山墙,及保证进风口与鸡笼区域无重合,使得进风气流充分发展后进入鸡笼,有助于减少笼内通风弱区及涡流区域。     

定点送风降温对母猪周围温度和对流换热的影响

为了满足高温高湿地区或密闭性较差的哺乳猪舍的降温需求,该研究基于计算流体力学（Computational Fluid Dynamics, CFD）数值模拟技术,研究了正压定点送风降温方式下不同进风口直径、进风风速和进风温度对哺乳母猪周围气流场、温度场以及机体对流换热量的影响。结果表明：当进风温度为25～27 ℃、进风风速为4～8 m/s、进风口直径为8和12 cm时,母猪周围大部分区域风速低于0.5 m/s、温度高于27 ℃。在相同进风风速和进风温度条件下,进风口直径为12和16 cm的母猪对流换热量高于进风口直径为8 cm的母猪对流换热量。考虑到母猪周围风速和温度的分布以及母猪散热的情况,当进风口直径为12 cm时,既能保证母猪周围区域风速、温度能满足哺乳仔猪的需求,又能保证母猪有较高的对流散热量,推荐在实际生产中使用该尺寸的进风风口。该研究通过CFD模拟分析了定点送风降温方式中相关参数对仔猪活动的产床区域风速和温度分布及母猪对流换热量的影响,为该降温方式在哺乳母猪舍的应用提供理论依据。     

低屋面横向通风牛舍空气流场CFD模拟

低屋面横向通风(low profile cross ventilated,LPCV)牛舍作为中国大型奶牛场一种新的牛舍建筑形式近年来得到了广泛应用,但实际运行中存在舍内气流分布不均匀、夏季高温高湿、冬季低温高湿等环境控制技术瓶颈。为了研究LPCV牛舍空气流场的分布规律,以指导该种牛舍的改进和优化设计,该文在现场实测的基础上,采用计算流体动力学CFD(computational fluid dynamics)方法,根据现场和实验室实测值所确定的风机、湿帘等边界条件,对LPCV牛舍的气流分布进行了三维数值模拟。模拟时将牛只按与实物原型等比例引入到模型中。模拟结果表明:挡风板和颈枷下面矮墙的设置影响了舍内气流分布的均匀性。在既有牛舍挡风板设置和矮墙高度不能改变的情况下对牛舍进行了局部改造,改造后舍内气流分布得到明显改善,平均风速增加了52.8%,气流不均匀性指标降低了41.8%。模拟值与实测值的对比表明,28个测点测试值与模拟值平均相对误差的平均值为17.1%,说明现场实测与数值模拟有较好的吻合度。该研究可为中国LPCV牛舍结构优化设计和环境调控提供参考。