湿帘风机安装高度对Venlo温室降温效果分析

针对大型玻璃连栋温室（Venlo温室）在夏季湿帘-风机联合机械降温过程中出现的温度垂直梯度大、降温不充分、冷量浪费的问题,该研究设计并优化了不同湿帘和风机的安装高度（即设备距离地面的最低高度）,分析其对温室降温效果的影响。采用试验和仿真相结合方法,通过与试验温室对比验证仿真模型准确性,并以仿真的方式设计不同的安装高度方案。结果表明,在3.2 m安装高度内,当湿帘安装高度为0.8 m,风机安装高度为3.2 m时降温效果最明显,温室平均温度降低了2.1℃;湿帘安装高度为3.2 m,风机安装高度为3.2 m时温度垂直梯度最小,温室平均温度的垂直梯度降低了5.8℃。湿帘和风机安装高度的变化对Venlo温室的综合降温效果影响较大,适当的降低湿帘安装高度和提高风机安装高度,可以加强温室流场换热过程,进一步强化温室湿冷空气流场的流动均匀性。该研究为温室湿帘和风机降温系统设计提供了进一步优化的理论依据。     

基于流体力学的湿帘风机温室内气流运动的模拟分析（英）

湿帘风机冷却系统温室内的气流运动和微环境特征的研究对整个冷却系统的冷却效率及温室环境调控方案的确立有着重要的指导意义,该研究通过流体力学商用软件有限元法对温室内横断面的温度,气流,湿度分布进行仿真计算,在温室模型中考虑到作物群体对气流的阻碍作用,将作物群体作为多孔介质进行模型化处理,分析湿帘风机冷却系统不同的工作条件下即（1风机工作,2风机湿帘共同工作）,温室内微环境的时空变化规律,通过实测数据进行验证计算结果表明,气流速度的误差在2.1%到18.3%, 温度误差范围较小在0.1%到2.6%,湿度误差在2.0到12.64%。     

南方夏季肉牛舍湿帘风机负压通风系统降温效果

为改善南方夏季肉牛舍环境条件,该文对湿帘风机负压通风系统在肉牛舍的降温效果进行了探究。试验以栓系饲养西门塔尔公牛为试验对象,对环境、肉牛生理及增重情况进行测定。结果表明：降温后,试验舍平均温度降低3.2 ℃（P<0.01）,相对湿度增加21.3%（P<0.01）,肉牛附近风速增加0.30 m/s（P<0.01）,肉牛体感温度降低1.8 ℃（P<0.01）;试验牛呼吸频率平均降低13次/min（P<0.01）,皮温降低0.92 ℃（P<0.01）,平均日增质量提高0.13 kg/d（P>0.05）。由此可知,在肉牛舍中采用湿帘风机负压通风系统进行降温,能够有效改善舍内热环境,有助于缓解肉牛热应激,具有技术可行性。     

湿帘-风机系统对北京育肥猪舍的降温效果

北京市夏季高温将对猪的生产造成严重影响,夏季猪舍环境温度控制尤为重要。该试验研究比较了湿帘-风机和单纯风机在北京猪舍的降温效果,设计了风机风量测量系统并实测了猪舍通风量,每天定时分别测定两猪舍内温度、湿度、风速和舍外温、湿度并进行比较分析。结果表明:试验期间,湿帘-风机猪舍和单纯风机舍6个断面风速范围分别为0.51~0.84和0.51~0.68 m/s,整体风速差异不显著(P0.05)。湿帘-风机舍舍内温度显著低于单纯风机舍(P0.05),湿帘-风机舍和单纯风机舍舍内温度高于30.0℃的小时数占比分别为5.0%和20.2%。湿帘-风机舍同一时刻断面1(湿帘端)温度低于断面6(风机端)温度0.4~2.2℃,单纯风机舍各时刻不同断面的温度差异不显著(P0.05)。单纯风机舍内的猪只呼吸频率均显著高于湿帘-风机舍内呼吸频率3.82次/min(12:00)和3.05次/min(14:00)(P0.05)。湿帘-风机舍降温系统日用水量为1.20~6.27 m~3。北京地区猪舍使用湿帘-风机系统降温效果优于单纯风机降温效果,但湿帘-风机降温将耗用一定水资源。     

日光温室正压湿帘冷风降温性能及冷负荷计算模型

负压湿帘风机降温被广泛应用于温室生产中,但存在降温均匀性差、限制温室长度及对温室密闭性要求高等不足。为克服负压湿帘风机降温的局限性,提高日光温室降温能力,该研究设计了日光温室正压湿帘冷风降温系统,其气流组织方式为湿冷空气从南屋面底部进入日光温室,热空气由顶开窗排出室外。在北京地区无作物的日光温室对系统夏季降温增湿效果及性能进行试验,试验结果表明:在典型夏季高温白天,正压湿帘冷风降温系统配合遮阳网可将日光温室试验区内平均气温控制在30.7～33.4℃,比采用自然通风配合遮阳网的对照区低5.4～11.1℃,比室外低2.4～5.4℃,降温效果良好;夜间系统对温室降温幅度减小。该系统可有效缓解低湿胁迫,日光温室试验区空气平均相对湿度为49.8%～62.3%,比对照区及室外分别高13.6%～21.2%和13.6%～24.6%。室内风速0.35～1 m/s,气流分布差异性较小。试验条件下,正压湿帘冷风降温系统的平均降温效率为91%,比传统的负压湿帘风机高10个百分点以上;实际平均耗水量为0.035～0.079 g/(m~2·s),且耗水量与室外空气水蒸气饱和压差(VPD,vapor pressure deficit)呈正相关(P0.01,r=0.64)。同时,研究构建了日光温室冷负荷计算模型及湿帘冷风降温设备合理选型方法,其中冷负荷模型是降温设备选型的基础,普遍适用于各种日光温室降温方法的研究。计算得到日光温室夏季降温冷负荷为299.1W/m~2,应安装的正压湿帘冷风降温系统最大比通风量为0.067 m/s。该研究为日光温室正压湿帘冷风降温方法的工程应用提供了技术参考,为日光温室安全越夏生产环境控制提供了理论基础。     

基于CFD的温室气温时空变化预测模型及通风调控措施

夏季温室高温湿热,对作物生长产生重大危害,制定合理的夏季温室气温调控方案,是提高温室生产效益,降低温室气温调控能耗的关键问题。该文基于计算流体力学(computational fluid dynamics,CFD)方法,结合气象预报信息,针对苏南地区大型连栋温室,建立了夏季温室气温时空变化预测模型,通过设置边界参数,对不同通风条件下温室气温的时空变化进行了预测,并通过试验验证了模型的有效性。试验结果表明,预测值与实测值吻合良好,均方根误差在1.2℃以内,最大相对误差在6%以内,平均相对误差在4%以内。不同通风降温条件下的试验结果显示,温室气温空间分布存在明显差异,湿帘-风机系统较自然通风降温效果显著,降温幅度在5℃左右,持续的湿帘-风机降温措施可将温室高温控制在较低水平。基于该文模型的预测结果和温室调控目标,选取合适的时间点、时间长度和不同类型的通风降温措施,可有效提高温室气温调控效率和效益。同时,该研究还可为优化传感器布局提供依据。     

夏季肉牛舍湿帘风机纵向通风系统的环境CFD模拟

为了研究湿帘风机纵向通风系统应用于肉牛舍的夏季降温效果,该试验在现场环境指标实测的基础上,采用计算流体力学(computational fluid dynamics,CFD)的方法对湿帘风机纵向通风肉牛舍的气流场与温度场进行模拟,并对系统进行改进与优化.模拟时将牛只按与实物原型等比例引入到模型中,结果表明:舍内温度分布均匀,但受牛体挡风的影响,气流分布不均,高风速区主要集中在屋顶及饲喂走道,可达0.9～1.2 m/s;牛活动区域风速较小,均小于0.6 m/s,不能满足饲养标准.在75个风速测定点剔除异常值后,气流场的相对误差范围为0.16％～94.41％,平均相对误差为34.53％,45个温度测点的相对误差范围为0.09％～10.74％,平均相对误差4.71％.通过温度场吻合性结果确定模拟与实测有较好的吻合度.在不改变牛舍围护结构及舍内构造的前提下,对牛舍进行优化,舍内安装导流板,使得温度与气流场的分布均匀性显著提高,降温效果更为显著.该研究可为湿帘风机牛舍的优化设计和环境调控提供参考.     

温室蒸发湿帘风机降温系统热环境的研究

针对温室夏季气温过高,严重影响植物生育的问题,本文对温室湿帘风机降温系统热环境进行了理论分析,建立了温室热环境的理论计算模型,并进行了试验验证。结果表明,理论计算与实测值吻合较好。通过对北京地区夏季温室热环境的预测,提出了这种温室适宜的结构与运行参数。     

开孔方案对肉牛舍湿帘冷风机-纤维风管送风降温效果的影响

该研究通过纤维风管4种开孔方案设置,结合湿帘冷风机,满足到达1.3 m高度时,1号、2号、3号及4号风管射流风速分别为1.5、2.3、3.1、3.9 m/s;测量牛舍的环境指标和试验牛的生理指标,比较缓解热应激效果,探索较优化的开孔方案。结果表明：测定期间,4个风管区域之间温度差异不显著（P>0.05）,平均比舍外低2.1℃（P<0.05）;相对湿度均低于85%。试验牛所在3号风管区域平均风速最高,为1.32 m/s;1号风管区域最低,为0.62 m/s。二氧化碳浓度3号风管区域最低,1号风管区域最高（P<0.05）。牛只呼吸频率3号风管区域最低,为42次/min,1号风管区域最高,为52次/min,肉牛呼吸频率与试验区风速显著负相关。该研究表明,湿帘冷风机-纤维风管系统可有效缓解肉牛热应激,开孔方案设置满足到达1.3 m高度时射流风速为3.1 m/s的风管效果最优。     

湿帘冷风机-纤维风管通风系统对妊娠猪猪舍的降温效果

夏季高温严重影响母猪生产性能,为缓解空怀妊娠母猪夏季热应激,该文采用湿帘冷风机-纤维风管通风系统,以风管定点送风、开孔喷射出风的模式,将冷风输送至妊娠猪活动区域进行局部降温试验,对照猪舍采用自然通风模式。试验结果表明:在舍外日平均最高气温39.9℃,平均温度31.5℃、湿度85.6%时,试验舍和对照舍日平均温度、日平均最高温度分别为27.7、29.6和30.2、32.5℃(P0.01),湿度分别为87.5%和82.5%(P0.05);试验舍风管纵向开孔出口平均风速为7.23 m/s,风管下风速从高往低逐渐衰减,母猪活动区域风速为0.99 m/s,对照舍风速为0.16 m/s(P0.01)。试验舍和对照舍CO2浓度分别为1 849和2 444 mg/m3(P0.05),NH3浓度分别为1.48和4.96 mg/m3(P0.01)。试验舍和对照舍平均温湿度指数分别为70.4和73.6(P0.01),有效环境温度分别为12.1和19.5℃(P0.01),试验舍全天均处于舒适范围。母猪平均皮温分别为33.3和34.1℃(P0.05),呼吸频率分别为72.3和87.5次/min(P0.05)。从生产性能来看,试验舍和对照舍6~9月母猪采食量分别为81.0和72.0 kg/(头·月),试验舍显著高于对照舍(P0.05),7~11月试验舍和对照舍母猪分娩率分别为89.3%和78.9%,窝产活仔数分别为12.6和11.7头/窝,出生窝质量分别为18.0和17.1 kg/窝,以上指标均差异显著(P0.05)。结果表明,湿帘冷风机-纤维风管系统的局部降温和风冷效果好,可有效改善舍内热环境,缓解母猪热应激。     

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。     

冷藏库内气体流场数值模拟与验证

计算流体力学(CFD)在各种与流体相关的领域内广泛应用,并取得了很好的效果。合理的气体流场才能保证均匀的温度场,这对冷藏库内货物的降温速率和贮藏质量起着至关重要的作用,而常规设计方法很难得到合理的气体流场。本研究以一个(长×宽×高)4.5 m×3.3 m×2.5 m的实验冷库为对象,建立了二维紊流数值计算模型,并采用了SIMPLE算法和交错网格技术进行了求解计算。实验验证表明模型与实际吻合较好。模拟研究揭示整个冷库的流场存在一个中心大回流区、流场主流贴附边界流动、流场在拐角处速度减小。在此基础上,还对可能影响冷藏库内气流组织的多个设计参数(冷风机出口风速,拐角挡板,货物等)进行了模拟研究,研究表明这些参数对冷藏库内流场和温度场都有巨大的影响,进一步说明CFD工具在冷藏库设计和优化设计过程中的重要作用和意义。     

基于鹅舍气流场CFD模拟的通风系统结构优化与验证

针对鹅舍内机械通风时大量气流扩散于鹅舍上方而位于地面鹅只通风效果受阻的气流问题,提出一种基于计算流体力学(computational fluid dynamics,CFD)的结构优化方案。通过在舍内主梁下端安装相同高度且与气流方向呈一定倾角的多个可拉伸卷膜构造方法,提高种鹅舍内有效的通风效率。依据试验现场边界条件,构建并求解了鹅舍的三维稳态模型,舍内40个测点的风速模拟值与实测值均方根误差为0.152 m/s,最大绝对误差为0.29 m/s,平均相对误差为2.04%,验证了建立的鹅舍CFD模型的准确性。根据不同优化方案数值模拟了27组不同改造后鹅舍内气流场分布情况,仿真得出最优组合方案:在42 m长的舍内安装卷膜个数为10个,卷膜与主梁竖直方向倾斜角度为60o以及卷膜最大下拉高度为1.2 m时舍内通风效率最高、气流分布最均匀。通过现场实测,对比改造前后40个测点的风速值,试验结果表明:改造后鹅舍较常规鹅舍平均风速增加0.527 m/s,舍内气流不均匀系数降低32.2%。该试验结果为种鹅舍的结构设计、同类型畜禽舍结构优化以及改善通风降温效果调控提供了一定的参考依据。     

蔬菜气雾栽培箱不同气流循环方式的流场和温度场CFD模拟

蔬菜气雾栽培箱内的空气流动和温度对箱体内的环境调节及农作物生长具有重要作用,农作物周围空气的均匀性流动能促进农作物的生长速率。为探究蔬菜气雾栽培箱内流场及温度场分布规律,基于计算机流体力学(CFD,computational fluid dynamics)方法,利用FLUENT软件,结合标准湍流模型、有孔介质模型、作物冠层质热交换模型等,建立了蔬菜气雾栽培箱不同气流循环方式下的CFD模型。并对气雾栽培箱内的环境进行优化设计,设计了3种气流循环方案:顶面进侧面出,侧面进顶面出,侧面进侧面出。对送回风口的不同位置布局进行了研究,并对3种气流循环方案进行了数值模拟。模拟结果可知:气流为顶面进侧面出方案中,风速位于生菜生长适宜风速值区域占58.1%,适宜温度值区域占93.6%,通风死角区域占比0.844%;气流为侧面进顶面出方案中,生菜生长适宜风速值区域占59.6%,适宜温度值区域占99.98%,通风死角区域占比0.069%;气流为侧面进侧面出方案中,风速位于生菜生长适宜风速值区域占54.3%,适宜温度值区域占92.4%,通风死角区域占比16.7%。分析对比后得到侧面进顶面出为最佳气流循环方案。并对此进行了试验测试,结果表明:气雾栽培箱内温度、风速模拟值和实测值进行对比,温度平均相对误差为3.9%,均方根误差为0.86℃。风速平均相对误差为3.5%,均方根误差为0.26m/s,模拟值和实测值误差较小,模拟效果良好,验证了CFD模型的准确性。该研究为蔬菜气雾栽培箱内的流场及温度变化规律,内部环境调节,装置优化设计提供了参考依据。     

星体型人工鱼礁流场效应的数值模拟

人工鱼礁在海中不同的投放方式会产生不同的流场效应,为了研究不同摆放方式下星体型人工鱼礁周围的流场分布,该文利用FLUENT软件,采用RNGk-ε湍流模型,模拟了不同流速(0.3、0.5、0.8m/s)及摆设方式对星体型人工鱼礁流场的影响,并将数值模拟结果与其他研究方法的结果相比较。结果显示,FLUENT数值模拟结果与其他数值模拟方法的结果基本相符,表明该数值模拟方法能较好的反映人工鱼礁周围上升流和背涡流特征。其中,组合鱼礁横向摆放时,最大上升流速度、上升流面积及上升流高度均随布设间距的增大而增大,背涡流面积随布设间距的增大而减小;纵向摆放时,当两礁体间距为1.5倍礁体尺寸时,上升流高度、上升流面积和两礁体后背涡流面积达到最大值;两礁体间的背涡流面积随鱼礁间距的增大而增大。该研究可为人工鱼礁在海底的投放方式和投放间距提供理论参考。     

池塘养殖跑道流场特性数值模拟及集污区固相分布分析

为探索池塘工程化跑道式循环水养殖系统中养殖区跑道内流场分布及集污区固相颗粒分布特征,该文以稠密离散相模型对养殖系统进行流速仿真,并对9组0.03～2.00 mm不同颗粒直径的总悬浮固体颗粒进行数值模拟。结果表明：养殖跑道内水流处于缓流状态,在水面区域形成的高速流场受重力和惯性作用沿养殖跑X轴方向由液面向底部下扫推进,推进到底部后流场趋于稳定。下扫推进过程中在前挡水墙与底部之间形成固有回流区,回流区特征长度与推水口平均流速呈线性关系。固相颗粒在养殖跑道对应的集污区里呈“U”形沉积分布,其中直径大于1.30 mm的固相颗粒沉积率在85%以上,直径小于0.60 mm的沉积率在44.13%以下,总沉积率为37.77%。研究表明,使用DDPM模型可初步评估池塘工程化跑道式循环水养殖系统设计对固相颗粒沉积的影响,系统中集污区对直径0.60～2.00 mm固相颗粒的沉积效果显著。     

蒸发式冷凝器喷嘴喷淋性能的数值模拟及试验

为了研究蒸发式冷凝器喷嘴工作时性能变化情况,该文建立了喷嘴喷淋二维模型,利用计算流体力学计算软件对2种不同喷嘴出水口的喷淋效果进行了模拟,在测试平台上对喷嘴实际喷水效果进行了现场测试,并对其喷嘴结构和布置方式提出改进方案。试验及模拟结果显示:在满足蒸发式冷凝器最小喷淋量的前提下,喷嘴喷水出口处,由于流体运动轨迹发生变化,出口处动压存在不规则分布,喷嘴2局部动压明显高于喷嘴1,动压的不规则分布会直接影响出口处的速度分布情况。在2 m/s进水速度下,冷凝器内腔2种类型喷嘴喷水出口处动压分别为6 000和13 000 Pa,出口处局部最大速度达到3和5 m/s。在模拟中发现,与喷嘴1相比,喷嘴2外部流场静压更加均匀合理,拥有更大的流体出口动压,喷淋面积较大,流体迹线也简单明了,喷嘴2分流槽设计能够提高喷嘴的喷淋效果。在今后设计中,喷嘴1可以通过增设第二层分流平台,来提高内部喷淋水流场均匀性;喷嘴2在原来底座上增加分流槽,增大底座直径,可使喷淋水花更加均匀,增强了盘管液体薄膜传热特性,提高了换热效果。     

微灌离心分离器内部流场分布数值模拟

在缺水地区,利用高含沙水作为微灌水源的条件下,低浓度混合多相流模型已不能适用于微灌用离心分离器的数值模拟。该文以高含沙水作为微灌水源,结合离心分离器的结构参数,在流体力学基本方程基础上,通过网格划分和边界条件设定,采用有限体积法进行离散和求解,控制方程采用k-ε模型模拟分析了离心分离器的内部流场特征,并通过试验验证数值模拟成果,模拟值与试验实测值相对误差在10%以内,说明数值模拟采用的算法和模型是合理的。在试验验证的基础上,模拟分析了高含沙水为微灌水源的条件下,离心分离器的速度、湍动能以及静压分布,结果表明:离心分离器内速度分布主要有切向速度、轴向速度和径向速度,沿径向方向具有一定的对称性;离心分离器内湍动能分布具有一定的对称性,由轴中间向器壁两侧逐渐变小;静压分布具有一定的对称性性,由器壁两侧向轴中心逐渐减少。结果可为微灌用离心分离器特性参数的优化提供依据。