北墙不同外倾角对日光温室表面风压与体型系数的影响

为探明日光温室北墙外倾角的改变对其屋面风压系数和风荷载体型系数的影响,该研究基于计算流体力学原理,采用数值模拟方法,考虑北风和西北风2种风向,研究了不同北墙外倾角下日光温室表面风压分布规律,并给出不同北墙外倾角情况下的细化分区风荷载体型系数。结果显示：1）风压分布规律为：北风和西北风时日光温室前屋面和后屋面上半部风压系数为负,屋脊处和东、西边缘风吸力集中;随北墙外倾角减小,前屋面上部和后屋面风压系数绝对值明显减小,前屋面下部风压系数无显著变化。2）风荷载体型系数规律：北风时,以北墙外倾角90°（即竖直）为参照,外倾角减至30°可使前屋面上部体型系数的绝对值减小16%～26%,可使前屋面下部体型系数的绝对值增大6%～57%,可使后屋面体型系数绝对值减至0左右;西北风时,前屋面上部和后屋面体型系数绝对值均为西端大、东端小,前屋面下部体型系数绝对值为中间大两端小,屋面风荷载体型系数随北墙外倾角的变化不显著。因此,北墙外倾角的变化导致日光温室屋面风荷载分布发生变化较大,对日光温室结构的抗风性能影响较大,建议日光温室屋面风荷载计算应考虑北墙外倾角的影响,抗风设计时可合理选择北墙外倾角以减小屋面风荷载,边榀骨架结构和围护结构的边缘处需加强。     

用CFD方法模拟日光温室温度环境初探

日光温室温度环境为一动态变化过程，该文建立了求解晴天室内温度环境的计算模型。将室外的水平面太阳辐照度、天空辐射温度、室外空气相对湿度、空气温度、风速及室内1.0m深土壤温度作为边界条件，采用计算流体动力学技术（CFD）中的非稳态方法求解控制方程，模拟了晴天室内温度随外界气候条件的变化，结果显示模拟得到的室内空气温度及土壤温度变化规律与实测值变化规律相同，盖帘后室内空气温度及土壤0.2 m深土层的温度模拟值与实测值相差约在1℃以内；探讨了边界条件中冷风渗透、土壤表面太阳能转换显热份额及1.0 m深土壤温度的取值变化对室内温度的影响。日光温室内温度动态变化模拟模型的建立对优化温室设计参数和预测不同天气情况下室内的温度环境变化具有参考意义。     

日光温室微气候的模拟与实验研究

运用热力学、传热学和建筑采光的基本理论,建立了日光温室微气候数学模型,编制了计算程序。该程序可以用于模拟分析日光温室室内环境参数的动态过程和分布规律,以及不同太阳辐射,不同围护结构和不同保温覆盖对其参数的影响。为日光温室的广泛应用提供理论依据。     

墙体材料对日光温室温度环境影响的CFD模拟

日光温室墙体材料影响温室的蓄热保温性能。该研究以室外气象因子为模拟输入条件,分别对复合墙、全砖墙及全苯板墙的12 m跨度日光温室的温度环境进行了模拟,复合墙、全砖墙内的温度分布变化与以往的测试结果一致。以2004年2月18日实测的气候条件为输入条件,模拟得到复合墙温室温度超过全砖墙温室温度最大值为0.8℃,复合墙温室夜间室温超过全苯板墙温室温度最大值为1℃。早晨揭帘前,复合墙中隔热层以内的砖墙及部分隔热层成为放热体,砖墙中靠近室内近1/3的墙体温度高于室内空气温度,而全苯板墙只有内表面附近略高于室内空气温度。白天复合墙、全砖墙及全苯板墙温度均低于室内空气温度,均为吸热体。采用日光温室温度环境动态模拟模型,可以预测不同温室墙体可能形成的室内温度状况,并且根据不同墙体内温度分布,可优选温室墙体结构。     

基于CFD技术的日光温室自然通风热环境模拟

首先利用计算流体力学（CFD）软件,构建自然通风条件下日光温室内温度和气流场的模拟模型;其次,通过测量典型晴天前覆盖下通风口开启时日光温室内各测点的温度,将16个测点的实测值与模型模拟结果进行对比,对模型进行验证;然后,利用通过验证的模型模拟分析3种通风模式下（前覆盖上通风口单独开启、前覆盖下通风口单独开启以及上下通风口同时开启）日光温室内温度和气流场的分布。模拟结果表明：当温室前覆盖上通风口单独开启时,室外冷空气从通风口下端进入并迅速下行,然后通过通风口上端流出,温室内气流主要受热压的影响,空气流速小。当温室前覆盖下通风口单独开启时,温室内0.5m高度以下气流速度较大,室外冷空气从通风口下端进入,与地面、后墙、后坡和覆盖层进行热交换后,从通风口上端流出,温室内温度分布与气流走向一致。当温室前覆盖上、下通风口同时开启时,冷空气从下通风口进入,从上通风口流出,在通风口处气流速度较大。模拟条件下,温室单开上通风口或下通风口时室内平均温度为300.0K,但单开上通风口温室内温度分布更均匀;上、下通风口同时开启时,温室内温度为299.0K,通风降温效果明显优于单开一个通风口。     

日光温室黄瓜非均质冠层光合生产的模拟

用均质冠层结构的光合模型来模拟非均质的日光温室黄瓜冠层光合速率则误差较大.该文所建立的日光温室黄瓜非均质冠层光合速率模型考虑到日光温室黄瓜冠层内光照分布以及叶片光合特性的不均匀性,其包含了非均匀冠层的透光模型和描述冠层叶片光合特性差异的经验公式.利用该模型对冠层光照分布和冠层光合速率的模拟结果表明:当模拟时所取的植株高度小于1.2 m,则冠层内直射光透光率和散射光透光率的模拟结果与验证值相比符合程度较好,但是对于模拟冠层单位体积内叶面积的总光合速率的结果还有待于进一步的验证.     

日光温室滴灌条件下滴头流量和间距对黄瓜生长的影响

滴头流量和滴头间距是影响滴灌系统投资的重要参数,为探索降低系统投资,在日光温室中进行了滴头流量和滴头间距对黄瓜生长影响的试验。试验共设4种处理,滴头流量/滴头间距分别为2.7 L·h^-1/30 cm、2.7 L·h^-1/50 cm、1.4 L·h^-1/30 cm和1.4 L·h^-1/50 cm,处理间灌水量相同。研究结果表明：在相同灌水量情况下,4种处理的产量分别为80.63、85.66、94.31和90.91 t/hm²,作物水分利用效率分别为23.6、24.9、27.9和25.4 kg/m³,没有形成显著统计差异。由此可见在试验限定条件下对于温室垄作黄瓜,滴灌系统采用较大的滴头间距和较小的滴头流量时,不会影响产量与质量,但可降低系统投资。试验还得出了黄瓜各生育阶段的耗水量、作物系数和需水系数。     

日光温室黄瓜栽培条件下土壤水分动态的数值模拟

为研究日光温室黄瓜需水规律,在温室中布设了主要气象因素和土壤水基质势监测装置。根据试验资料拟合得到了黄瓜根系伸展深度及叶面积指数动态曲线,进而获得蒸散与蒸腾模式及黄瓜根系吸水模式,在此基础上,依据土壤水动力学理论,建立了土壤水分动态的数值模型,对黄瓜两个主要生育期土壤水分动态进行了模拟,并就不同灌溉量和土壤不同初始含水率对土壤水分动态的影响进行了数值分析     

防虫网对节能日光温室通风性能影响的研究

自然通风是决定日光节能温室质能平衡和调节微生态环境平衡的重要因素。为了提高节能日光温室的环境管理和结构设计水平,有必要研究防虫网对日光温室通风性能的影响,以提高日光温室的绿色产品生产率。因此,运用气体衰减示踪技术和数理统计理论,研究了日光温室不同形式通风机构的通风性能。试验研究表明在通风口处装设防虫网会显著地减少日光温室的通风率,有时可高达50%。研究还表明,无论装设有无防虫网,卷膜通风机构比拉膜(推膜)通风机构都具有较大的通风率,有时前者是后者的1.4倍左右。     

北方日光温室长季节番茄茎节生长模拟模型

以番茄器官生长发育的生理生态过程为基础,建立了北方日光温室长季节番茄茎节生长模拟模型,它是建立番茄叶片和果实生长模拟模型的基础。供试番茄品种为“卡鲁索”和“卡特琳娜”。确定了模型中的参数如节点最大出现速率等,并对模型进行了验证试验。结果表明：番茄茎节数模拟值与实测值的变化趋势一致,平均相对误差为0.7%～9%。用散点图法验证模拟值与实测值的相关系数达0.9964,截距为-8.8,每平方米模拟值比实测值平均偏低8.8个茎节。表明模型模拟结果较好。     

甜椒根区基质与土垄交界处热通量变化特征

在日光温室中采用新型土垄内嵌式基质栽培(SSC)方法栽培甜椒。运用土壤热通量板探究土垄(SR)、标准垄(NR)、窄标准垄(NRn)、矮标准垄(NRs)和种植密度加倍标准垄(NRd)5种不同规格栽培垄东西侧水平方向以及根区垂直方向上热通量昼夜变化特征,探究适合冬季日光温室蔬菜生产的栽培垄。结果表明:各处理热通量均呈相同的昼夜单峰曲线变化特征,但不同处理吸放热的时间有所差异。栽培垄东侧水平方向上,晴天时SR、NR、NRn、NRd4个处理根区吸热的时间为9:00-14:00,阴天时吸热时间延后2h;晴天NRs在23:00-14:00吸热,阴天一直处于吸热状态。栽培垄西侧水平方向上,NRs处理一直为吸热状态,其余4个处理在9:00-17:00吸热。根区垂直方向上热通量变化表明,SR、NR、NRn、NRd4个处理吸热时间晴天为11:00-18:00,阴天为12:00-17:00;NRs放热的时间比其它处理晚2~3h。5个处理在东侧、西侧水平方向上和根区垂直方向上吸放热差值因位置不同有较大差异,在东侧水平方向和根区垂直方向上各处理以放热为主,而在西侧水平方向上吸热较多。东西侧水平方向和根区基质垂直方向上NRs处理基质吸热多放热少,NRd处理基质吸热少放热多,故NRd处理在冬季能更好地维持根区温度,在日光温室冬季和早春季蔬菜生产中具有更好的应用前景。     

番茄日光温室膜下滴灌水肥耦合效应研究

采用二因素二次通用旋转组合设计,研究了日光温室中膜下滴灌水肥耦合技术对番茄植株生长发育、果实品质和产量的影响。结果表明：灌水定额、施肥定额二因素与番茄植株生长发育、果实品质和产量之间存在极显著的回归关系,F回〉F 0.01（5,7）=6.1088,回归可靠;二因素的影响程度为施肥定额>灌水定额,由此提出了最优水肥组合方案,灌水定额为2704.5~2836.95m3/hm2,施肥定额为265.5~309.64kg/hm2。本研究为日光温室番茄膜下滴灌栽培生产提供了借鉴。     

冬季日光温室北墙内表面热流分析

为了摸清日光温室墙体内表面上辐射、对流传热分量和向墙体内部的传导热分量的日变化情况,以及墙体内部传导传热热流状况,以指导温室生产有针对性的采取保温措施,采用墙体内及表面空气多点多日连续温度监测,用传热学中平板表面对流换热和物体内部热传导传热计算方法进行分析,研究日光温室北墙表面热量收支和墙体热量流动状况。结果表明,墙体内40-50cm深度存在日温不变层;40cm热流仅4W.m-2左右。传热学计算表明北墙内表面自然对流为湍流状态,对流传热系数在1.69～4.43W.m-2.K-1。墙体内表面晴天白天最大对流换热量为26.5W.m-2,而墙面接受最大辐射热交换69.8W.m-2;墙内表面向墙内传导传热量最高达83.6W.m-2;随深度增加,热流降低,位相滞后。阴天时热流量迅速减小。结论:在郑州冬季天气条件下,60cm厚墙体已接近合理水平,再增加厚度增强保温效果的潜力不大;北墙表面空气与墙体间传热为湍流状态,而非平流状态;白天北墙表面以辐射换热量为主,是对流换热量的2.6倍。     

基于CFD模型的大跨度温室自然通风热环境模拟

大跨度温室作为一种新型南北走向的钢骨架覆膜温室,解决了传统日光温室土地利用率低、空间狭小的问题。为了研究在自然通风条件下大跨度温室的温度和气流场的分布规律,以及不同室外风速条件下通风口开度对大跨度温室温度和气流场的影响,利用计算流体力学(computational fluid dynamics,CFD)软件构建三维稳态大跨度温室模型,模拟自然通风条件下大跨度温室内的温度场和气流场,并采集典型晴天下通风口开启50%时大跨度温室内13个测点的温度,将各测点的测量值与模拟值进行比较,最后利用已验证模型模拟分析通风口开度(25%、50%、75%、100%)在不同室外风速(1、2、3、4 m·s~(-1))条件下的大跨度温室温度和气流场。验证结果表明:模型模拟值与实测值的绝对误差在0.2~2.8℃,均方根误差为1.6℃,最大相对误差为9.9%,平均相对误差为4.1%,表明模拟值与实测值吻合良好。模拟结果显示,温室顶部温度高,底部温度低;室外冷空气从西侧通风口进入,温室内西侧温度低于东侧;温室内平均风速从南到北逐渐减小;温室中部风速明显小于东西两侧。大跨度温室上通风口及侧通风口全开时,温室内温度分布较均匀。温室通风口开度一定时,温室内通风率与室外风速呈显著线性正相关。考虑温室内温度及风速对作物的影响,以降温为主要目的时,建议通风口开度取75%~100%,若室外风速大于3m·s-1且室内温度能满足作物生长,则建议通风口开度75%。     

日光温室主动蓄放热系统应用效果研究

针对日光温室冬季夜晚温度低、作物易发生冷害等问题,设计了以水为蓄热介质的主动蓄放热系统.系统由集/放热装置、储热装置和控制装置等组成.白天进行太阳辐射热的吸收与储存,夜晚释放热量用于温室增温.试验结果表明,晴天条件下,主动蓄放热系统的集热功率为0.3kW/m2,蓄热量为6.9MJ/m2;夜间放热功率为0.2kW/m2,放热量为5.7MJ/m2,热利用效率为0.83,试验温室与对照温室的平均气温相差6.3℃;阴天及多云天气条件下,试验温室与对照温室的夜间平均气温相差4.6℃,表明主动蓄放热系统能有效改善日光温室夜间低温状况,进而保障蔬菜安全越冬生产.     

起垄高度对日光温室土垄内嵌式基质栽培甜椒根区温热及产量的影响

为了优化土垄内嵌式基质栽培(SSC)的垄高参数,于2018年在冬季日光温室内进行甜椒栽培试验。试验设置土垄(SR)、标准垄(NR)、矮标准垄(NRs)和土壤沟嵌(SE)共4个处理,以探究栽培垄高度对根区温热特性、垄侧土壤缓冲能力以及甜椒生长和产量的影响。结果表明:白天高温时段,起垄高度越高则根区温度越高,相同垄高的NR处理比SR处理白天平均温度高1.07℃;夜间低温时段,NRs处理根区温度最高,比SR处理根区温度高1.77℃;12月27-31日连续5 d观测表明,各处理根区昼夜平均温度在17.03～18.55℃。起垄高度对甜椒的株高和茎粗有显著影响,起垄越高,甜椒植株生物量越高,NR处理的地上和地下干鲜重均为最优。但是,NRs处理的甜椒产量更高。与SR处理相比,NR和NRs处理甜椒产量分别提高43.0%和50.9%。综上所述,在相同水肥条件下,起垄高度对根区温度的改变在1.52℃范围内,NRs处理能够提高夜间根区温度;虽然高垄(NR)能够促进甜椒植株生物量,但适量降低垄高(NRs)更有利于甜椒产量的提高。因此,垄高10cm的SSC可通过提高根区夜间温度,从而提高SSC的生产性能,更适宜...     

北方日光温室北墙和后坡热通量日变化的谐波特征

为了确定日光温室北墙和后坡热通量日变化的谐波组成与相应周期,采用谐波分析法,以辽沈Ⅰ型日光温室为研究用温室,分别进行了有无作物条件下的试验.结果表明,无作物区日变化曲线由以π/72、π/36和π/24为周期的正弦曲线组成;作物区日变化曲线由以π/72、π/36为周期的正弦曲线组成,作物明显影响了日光温室北墙和后坡热通量日变化的谐波成分和相应周期.其中选定谐波所占比重均达到90％以上,说明日光温室北墙和后坡的热通量日变化可以用相应周期的谐波组合表达,并且可以利用谐波分析法进行日光温室热通量的日变化特征的研究.     

基于生理发育时间的日光温室番茄发育模拟模型

掌握温室番茄生育期是温室番茄专家决策系统中进行生产安排和市场销售的重要内容，本研究将温度对番茄发育速率影响效应的大小用相对热效应（RTE）来衡量，通过研究Beta函数的性质提出基于幂函数的模型来描述RTE与温度之间的关系。每日相对热效应（RTE）决定每日生理发育效应（PDE）的大小，其累积形成每日的生理发育时间。采用生理发育时间（PhysiologicalDevelopmentTime，PDT）作为定量发育进程的尺度，建立了温室番茄发育模拟模型。利用模型对日光温室2年4茬番茄生长发育期资料进行检验的结果表明：模型能较好地预测各个发育期（发芽、苗期、开花座果、结果和采收期）的出现时间和持续时间，各生育期模拟值与观测值的回归估计标准误差（RMSE）分别为1．32d，1．73d，0．35d，1．58d，2．52d，显著优于以有效积温模拟模型的预测精度（其生育期模拟的RMSE分别为2．55d，9．74d，2．06d，9．27d，11．99d）。