基于CFD的人工光植物工厂气流场和温度场的模拟及优化

为探究植物工厂内风速及温度分布规律,利用计算流体力学软件(Computational fluid dynamics,CFD)建立人工光植物工厂三维模型,将整个植物工厂作为计算域划分网格并进行模拟计算。设计了侧进侧出式、侧进侧上出式、侧进上出式3种气流循环模式,并将试验植物工厂设置为上进侧出式。模拟结果表明:风速与温度的平均绝对误差、平均百分误差及均方根误差分别为0.12m/s、1.1℃;11%、4%;0.18m/s、1.3℃,与实际测量结果相比模拟准确。3种优化模式的风速值、温度值及二者均匀性均优于上进侧出式。分析比较植物冠层平面风速及温度值,得出侧进侧出式为最佳气流循环模式。与上进侧出式相比,侧进侧出式平均风速增加0.51m/s,均匀性指标变异系数降低17%,平均温度降低0.5℃。     

冬季仔猪舍内二氧化碳浓度的数值模拟研究

目前大部分养猪场在冬季减少通风以进行保温,为了评估这种饲养方式下舍内空气质量状况,以自然通风方式的断奶仔猪舍为研究对象,在现场实测环境因子的基础上,采用CFD技术对自然通风仔猪舍内的气流速度、温度、CO2浓度进行数值模拟。由模拟结果可知:在仔猪活动范围内,在呼吸水平高度为0.4m的区域内风速在0.1 m/s以下,猪舍后半段存在大面积的气流停滞区,主要由于通风不足,导致新风无法贯穿整个猪舍;温度分布范围为15～21℃,进风口端猪体周围平均气温16℃,舍内平均温度20℃; CO2浓度在0.16%～0.25%,平均浓度为0.19%。在6个环境测点中气流场相对误差范围0.2%～30%,温度场误差范围2%～13%,CO2浓度相对误差范围4.3%～24.2%,实测值与模拟值的相对误差范围在可接受的范围内。舍内的温度、CO2浓度均不在环境卫生标准之内,自然通风方式无法满足断奶仔猪对冬季环境的需求。上述结果为有效提高饲养管理水平,实现经济效益的最大化奠定了基础。     

层叠式笼养肉鸭舍秋季最小通风的环境参数测试及分析

本研究旨在探讨最小通风模式对层叠笼养肉鸭舍内环境参数的影响。选择秋季肉鸭育肥后期(32～35日龄)进行试验,通过检测鸭舍内温度、湿度、风速、NH_3质量浓度、CO_2质量浓度,构建鸭舍CFD模型,模拟并分析温度场与气流场分布特征。结果表明:连续测试4 d,舍外温度6.31～26.12℃,舍内气温15.98～24.85℃;舍外相对湿度13.74%～91.49%,舍内相对湿度28.94%～79.68%;舍内风速波动范围0.30～0.81 m/s,CO_2与NH_3质量浓度变化范围分别为1 462～2 798 mg/m~3、0.05～0.87 mg/m~3。模拟试验鸭舍温度场与气流场,模拟仿真值与实测值间相对误差为0.8%～1.3%,说明所建CFD模型数值模拟与试验数据间高度吻合。每层鸭笼水平剖面温度场与气流场分布模拟结果分别揭示了各层面纵向中部温度均高于两端区域,以及各层中部至风机处气流流速均大于其他区域;此外,南北两侧对称分布通风小窗进入气流形成对冲并汇聚,致使气流分布不均。该研究可为层叠笼养鸭舍结构优化设计与环境调控提供参考。     

热风管道加温下日光温室根区温度场的CFD模拟

为探明热风管道加温系统设计参数对根区温度分布均匀性的影响,以单个基质栽培槽为研究对象,采用计算流体力学（Computational fluid dynamics,CFD）方法构建日光温室热风管道根区加温系统模型,探究不同进风口温度、进风口风速及送风管开孔数量下根区温度分布规律,设计正交试验并对每组试验进行数值模拟,确定各参数对根区温度分布均匀性的影响。结果表明：根区温度实测值与模拟值的平均相对误差为0.89%,均方根误差为0.02,模型可靠;随着进风口温度、风速和开孔数量的增大,根区温度不均匀度和最高温度有较为明显的增加,平均温度和最低温度无显著变化;各参数影响根区温度分布均匀性主次顺序为开孔数量>进风口温度>进风口风速。当进风口温度为20℃,进风口速度为7.5m/s,开孔数量为20时根区温度均匀性最好。     

现代化温室自然通风时湿热环境CFD模拟研究

选取现代化温室室内区域和室外区域作为CFD模拟的计算域,建立温室同等大小的三维模拟,采用标准k-ε湍流模型,选择合适的辐射模型,番茄作物区采用多孔介质模型,对温室内部湿热环境进行了数值模拟.对模拟结果与试验测试结果进行对比,温室内部空气温度的模拟值与实测值的绝对误差为0.2～2.2℃,平均误差为0.91℃,平均相对误差为3.1%,最大相对误差为7.7%.温室内部空气相对湿度的模拟值与实测值的平均相对误差为6.4%,最大相对误差为16.6%,数值模拟结果与试验测试结果吻合较好.     

基于CFD的自然通风玻璃温室湿热环境模拟与测试

基于计算流体动力学(CFD)数值方法,以Venlo型2连栋玻璃温室为研究对象,采用离散坐标(DO)辐射模型和组分传输模型对室内空气的传输过程进行3维数值模拟,以提出在温室微环境模拟中采用辐射、对流、热传导耦合计算的新方法,从而得出温室内温度和相对湿度场的分布模式。结果表明:相对湿度模拟值与实测值平均相对误差为5.4%,温度模拟值与实测值平均相对误差为11.2%。温室内相对湿度空间分布与对应的温度分布模式类似,中部作物区温湿度分布均匀一致,其余空间温湿度分布梯度明显。     

日光温室对流循环蓄热墙体构造对室内气流场的影响

[目的]适当空气流动对植物的生长非常重要,研究新型对流循环蓄热墙体构造对日光温室中所形成的气流影响.[方法]通过现场试验,在距离墙体0.3m、0.6m、0.9m位置对上下两排通气孔高度处的气流速度和温度等进行了测试,并在测试的基础上,通过FLUENT软件,对包括作物在内空间的气流分布进行模拟分析.[结果]该墙体构造所形成的循环气流,可以在一定程度上扰动室内空气,进而在温室内走道和作物栽培行间等位置形成气流,其中温室跨中栽培行间的下部平均气流速度可达0.25 m/s.[结论]对流循环蓄热墙体自身的对流作用,可对日光温室冬季封闭栽培条件下的气流环境有一定的改善作用.     

黑龙江省东部地区风能资源数值模拟误差分析

利用MM5＋ CALMET模型对黑龙江省东部地区2009年6月～2010年5月进行风能资源数值模拟,并与3座测风塔实测风速进行误差对比分析.结果表明,在10 m处,各测风塔年平均风速模拟值小于实测值,10 m以上,年平均风速模拟值大于实测值;模拟风速频率在2 ～5 m/s小于实测风速频率,在6～ 10 m/s大于实测风速频率,＜10 m/s与实测风速频率基本相当;模型对风向的模拟效果不如对风速的模拟效果,虽然70 m高度模拟主导风向与实测风主导风向基本一致,但模拟值与实测值相差较大;模型对风能频率的模拟效果优于对风速频率与风向频率的模拟.     

基于CFD的密闭式半阶梯笼养蛋种鸡舍过渡性通风研究

针对密闭式半阶梯笼养蛋种鸡舍春秋季节的过渡性通风方式,采用计算流体力学(computational fluid dynamics,CFD)技术,根据鸡舍实测值所确定的风机、侧窗等边界条件,对该蛋种鸡舍内的环境温度和气流速度的分布进行三维数值模拟。模拟时设置白天室外环境温度为25℃,晚上室外环境温度为13℃,2种温度下分别设置多个侧窗导流板角度。模拟结果表明:侧窗导流板与壁面的倾角明显影响了鸡舍内速度场和温度场的均匀性,白天导流板开启角度α=67.5°,晚上导流板开启角度α=45°时更加合理。通过鸡舍现场采集关键位置的风速和温度数据与仿真结果比较发现,风速测试值与模拟值相对误差白天平均为14.7%,晚上平均为11.5%;温度测试值与模拟值相对误差白天平均为3.1%,晚上平均为3.6%;表明数值模拟与现场实测有较好的吻合度,为密闭式半阶梯笼养蛋种鸡舍过渡性通风方式下的环境控制提供理论依据和指导。     

不同通风形式日光温室湿热特性的数值模拟

研究日光温室不同通风形式对室内湿热特性的影响。采用计算流体动力学数值模拟方法,构建日光温室作物-环境湿热系统的数值模拟模型。将模拟结果与试验测量结果进行对比,温度和相对湿度的模拟值与实测值的最大相对误差分别为4.7%和4.1%,验证了所构建模型的准确性。应用该模型模拟不同通风形式下温室内的气流和温湿度分布情况,比较分析不同的通风形式对室内湿热特性的影响。结果表明：不同的通风形式会影响室内气流的运动轨迹和速度,从而影响室内温度和相对湿度的分布变化。仅开启上通风口通风时,室内的平均温度和相对湿度较高,气候分布均匀,整体变化较小,适宜冬春季节或清晨傍晚室内温湿度较低时的通风要求;仅开启下通风口通风时室内温湿度分布模式均匀性最差,进风口处的温湿度明显低于北墙,且进口存在涡流,不利于作物生长发育;上、下通风口均只开一半通风时,作物区平均温度和相对湿度分别为39.3℃和25%,上、下通风口均全开时作物区平均温度和相对湿度为36.8℃和23.7%,较于前者室内温度和相对湿度分别降低了2.5℃和1.3%,适宜于炎热天气下日光温室内的降温除湿要求。     

蔗地施用甘蔗酒精发酵液效应研究

2006年,对广西扶绥县原施常规化肥10年(1996～2005年)的甘蔗地施用酒精发酵液75t/ha+钙镁磷肥0.75t/ha,研究其对土壤、甘蔗及地表水域养分含量的影响.结果表明,与原始土壤相比较,两种施肥方式都能显著提高甘蔗地土壤氮、磷、钾养分和pH,而显著降低有机质含量.与施用常规化肥相比,混施酒精发酵液与钙镁磷肥可显著提高土壤总N、总K、有效N和有效K含量以及蔗渣和蔗汁K含量,有利于提高土壤总晗量和pH、甘蔗产量和产糖量,塘水N、P养分远低于国家标准限定值.因此,蔗地施用酒精发酵液可以提高土壤肥力、增加甘蔗产量和产糖量,且未对蔗地地表水域造成不良影响.     

基于CFD的蛋鸭舍内环境模拟分析与验证

为优化4层层叠式笼养鸭舍舍内环境,基于计算流体动力学(computational fluid dynamics,CFD)对鸭舍内气流场、温度场及CO_2浓度场进行模拟。将笼架简化,考虑其对气流的阻挡作用,将鸭笼及鸭只视为多孔介质。模拟结果显示,进风口为湿帘时,侧墙湿帘与端墙之间存在通风死区,风速低于0.5 m·s~(-1)。进风口为通风小窗时,鸭舍未安装通风小窗区域风速小,CO_2浓度大。改变纵墙湿帘位置对鸭舍结构进行改进,改进后气流不均匀系数降低了17%。改进通风小窗布置发现,提升通风小窗分布均匀性显著降低舍内温差;提升通风小窗安装高度将显著降低舍内CO_2浓度。该研究可为蛋鸭舍结构设计提供参考。     

不同复种制下秸秆还田对水稻生产能力的影响

对3种复种制度(稻–稻–肥(紫云英)、稻–稻–油(油菜)、稻–稻–闲(冬闲))下秸秆还田对水稻生产能力的影响进行研究。结果表明：冬作秸秆还田条件下，早稻产量以稻–稻–肥处理最高，稻–稻–油处理居中，两者分别比稻–稻–闲处理高3.1%和1.8%；冬作秸秆与早稻秸秆还田使晚稻显著增产，稻–稻–肥与稻–稻–油处理比稻–稻–闲处理分别增产15.4%和11.0%；秸秆还田使水稻增产的主要原因是显著提高了叶面积、干物质积累量、有效穗数、每穗粒数和粒叶比，不同冬作秸秆还田的增产效应有差异，绿肥(紫云英)效果好于油菜秸秆，且2种秸秆对增加早稻干物质积累的作用机制具有明显差异，绿肥主要增加孕穗前的干物质积累，而油菜秸秆主要增加齐穗后的干物质积累。     

基于UAV-WSN的农田数据采集

[目的]将UAV(Unmanned aerial vehicle)引入传统的WSN(Wireless sensor network)中,可给静态WSN系统带来移动性和灵活性.通过将UAV-WSN结合起来应用于农田信息监测,有效地扩展单个WSN的覆盖面积,增强网络的鲁棒性,解决静态WSN在恶劣的自然环境中被划分成无法有效通信的独立子网所带来的农田监测信息采集失败的问题.[方法]选择3个物理位置独立的地块构建分簇的WSN网络,将UAV-WSN结合起来,系统中的传感器节点采用休眠-唤醒-工作-休眠的工作周期,利用UAV上的移动采集节点与UAV飞行轨迹经过的地面上的独立子网交互并采集农田信息,通过移动节点携带的3G网络将农田信息传输到农田监测数据中心.[结果]地块间距离超过100 m、UAV飞行高度维持在10 m时,UAV-WSN网络能够较好地完成农田信息采集任务,UAV-WSN的通信质量明显优于静态WSN的通信质量,地块1、2和3的平均链路消耗分别降低了约10％、27％和14％,平均丢包率降低了约24％、68％和29％.[结论]UAV-WSN结构的网络通信扩展了静态WSN的传输距离、提高了WSN系统的能量效率、延长了系统的生命周期,可以为大面积的平原或山地环境下的农田信息采集提供参考.     

风场及光伏电场配置对阵列风沙结构影响的模拟分析

以对比分析不同风场及电站配置模式下光伏阵列对风沙输移的影响差异为研究目的,通过风洞模拟实验对不同风速、风向、电站阵列行距及是否布设麦草沙障时阵列在0~50 cm内的输沙情况进行分析,并对风沙流结构进行了探讨。结果表明:1)在0~50 cm高度范围内,阵列模型的输沙率与风速大小呈正比,与集沙高度呈反比,3个试验风速下输沙率均以多项式拟合关系最佳;2)当风向为南风时阵列输沙率及其风沙流结构特征值(λ)最高,南风(180°)、东北风(45°)、西北风(315°)的输沙最佳拟合函数分别为多项式函数、对数函数和指数函数;3)当阵列行距为20 cm时(以野外电场为原型等比例缩小值)阵列输沙率最高;4)当阵列前端布设麦草沙障后阵列风沙流结构特征值(λ)为1.75,即此时风沙流呈不饱和状态,具有挟沙能力。      

基于UAV-WSN的农田数据采集

【目的】将UAV（Unmanned aerial vehicle）引入传统的WSN（Wireless sensor network）中,可给静态WSN系统带来移动性和灵活性。通过将UAV-WSN结合起来应用于农田信息监测,有效地扩展单个WSN的覆盖面积,增强网络的鲁棒性,解决静态WSN在恶劣的自然环境中被划分成无法有效通信的独立子网所带来的农田监测信息采集失败的问题。【方法】选择3个物理位置独立的地块构建分簇的WSN网络,将UAV-WSN结合起来,系统中的传感器节点采用休眠-唤醒-工作-休眠的工作周期,利用UAV上的移动采集节点与UAV飞行轨迹经过的地面上的独立子网交互并采集农田信息,通过移动节点携带的3G网络将农田信息传输到农田监测数据中心。【结果】地块间距离超过100 m、UAV飞行高度维持在10 m时,UAV-WSN网络能够较好地完成农田信息采集任务,UAV WSN的通信质量明显优于静态WSN的通信质量,地块1、2和3的平均链路消耗分别降低了约10%、27%和14%,平均丢包率降低了约24%、68%和29%。【结论】UAV-WSN结构的网络通信扩展了静态WSN的传输距离、提高了WSN系统的能量效率、延长了系统的生命周期,可以为大面积的平原或山地环境下的农田信息采集提供参考。     

Magnetic field effect on picosecond electron transfer

The recombination dynamics of a transition metal redox system monitored by femtosecond pump-probe spectroscopy are shown to be sensitive to high magnetic fields at times shorter than 10 picoseconds. The effect, based on coherent population beats of different spin states, is quantitatively accounted for and allows direct access to spin relaxation rates far beyond the time resolution of the fastest electron paramagnetic resonance technique. The presence of this ultrafast magnetic field effect helps in understanding complex reaction schemes in transition metal chemistry, which occur in a wide range of fields, such as bioinorganic chemistry and catalysis.     

电场对杨木胶合效应之初探

在电场作用下,通过聚醋酸乙烯乳液胶合杨木单板的对比试验,初步探索了电场对胶合的影响,结果表明（１）电场强度对胶合强度有极显著的影响;（２）在涂胶量不同,其他工艺条件相同的情况下,达到理想胶合强度的垫板间电势差是不同的。     

保护地秸秆平铺还田效果试验

保护地栽培秸秆平铺还田配合覆地膜,可有效改善土壤理化性状,降低土壤容重,增加土壤孔隙度,提高有机质含量和有效养分含量。减少病虫害的发生及农药的使用。提高作物前期产量和总产量,增加经济效益。     

高压电场在食品保鲜中的作用

用高压电场处理水果等食物的方法做了保鲜试验．这种方法保持食物的水分及改善味道等方面优于电冰箱保鲜．