基于CFD的食用菌培养房制冷系统优化设计

发布时间：2020-10-12 08:05

　　 食用菌工厂化生产是多学科交集的新型农业培养方式。目前全球农业生产正在由工业化、规模化生产向智能化、精细化生产转变,而我国食用菌产业刚完成了由分散化、作坊式生产向工厂化、规模化生产的转变,正向智能化、精细化生产的方向发展。食用菌工厂生产中一般采用大密度堆积培养瓶进行集中换热的方式,将瓶体内食用菌生长所产生的热量排出。如果培养瓶排列方式和风机布局不合理,容易导致培养房内环境温度分布不均匀、冷却系统消耗功率过大等问题,严重影响食用菌产量。因此,研究合理的培养瓶排列方式和风机布局分布可以提高食用菌产量和保证食用菌成品率。本文针对目前食用菌培养房内环境温度分布不均匀、出菇不同步等问题,以上海某金针菇中期培养房为研究对象,首次测量了金针菇不同生长阶段的发热量,采用计算流体力学(Computational Fluid Dynamics,CFD)Fluent软件对培养房内温度、速度场进行模拟,模拟结果与实地测量结果吻合较好。在分析原始厂房内部温度、速度场特征的基础上,提出了4种优化方案并进行CFD模拟,对比选择出最优方案,为食用菌工厂精细化暖通控制提供了参考依据。本文主要研究内容如下:1.研究了金针菇发热量与其生长周期和环境温度的关系。针对影响金针菇发热量的两种因素,根据等效替代原理,通过自制实验设备模拟金针菇在绝热箱体内对内部空气的加热,换算获得金针菇发热量。结果表明:金针菇发热量主要受不同生长阶段的影响,在第0~12天的生长期,金针菇发热量呈上升趋势,在第12~20天的生长期,发热量达到峰值,每瓶发热量约为0.15W,在第20~24天的生长期,发热量又有所降低,每瓶发热量约为0.1W。不同环境温度对金针菇发热量影响并不显著。2.建立了培养瓶体和金针菇培养房两个仿真模型。利用瓶体模型模拟得到了空气穿过培养瓶间隙产生的压差,从而确定存放培养瓶的箱体结构在单位长度上的压差和空气的阻力系统随空气流速的关联式。在此基础上,将培养房模型中培养瓶所占区域定义为多孔介质区域,应用瓶体模型得到的空气阻力与流速的关联式,对整个培养房的空气流动和温度场进行模拟,利用现场测量数据验证模拟结果。结果表明:在距地面0.1 m、1.8 m和3.5 m三个平面上金针菇生长区域的平均温差与数值模拟结果差距在0.3°C左右,模拟和实验结果基本吻合。3.提出了4种暖通优化方案。基于原始模型的模拟结果,发现了生长区域阻力较大、冷空气动力不足、风机下方过热等问题。在原始模型基础上,通过添加喷嘴、改变风机回风口等措施,提出4种优化方案。结果表明:方案4添加箱体横向导流间隙是最优方案,此方案能显著改善空气在金针菇生长区域的流动换热,使模拟区域的金针菇培养瓶生长区域温度稳定在13°C左右,且生长区域温差最小。
【学位单位】：江苏大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TB657
【部分图文】：

第三章 金针菇培养房实验介绍金针菇培养房内环境条件、金针菇的发热量等参数未知，需通过实验手段进行测量。本章节的金针菇培养房实验环节主要分为两部分：（1）培养房内温度、速度场的测量；（2）培养房内金针菇在菌丝体阶段发热量的测量。本章具体介绍了金针菇培养房内的环境条件分布情况、金针菇发热量的测量方法以及实验测量结果。为后面章节设定边界条件、验证模拟结果提供数据支持。3.1 培养房环境条件测量3.1.1 温度分布测量图 3.1 为金针菇培养房内箱体分布部分截图，因培养房分布为周期性分布，选取其中橘色部分为切片模型模拟所在区域。在橘色区域两侧的环境条件会受其他风机的影响，测量结果并不准确，因此选择中间段部分进行温度测量，在图 3.1中红色方框区域为温度传感器测量点所在区域。测量点区域

图 3.2 金针菇箱体图Fig 3.2 Flammulina velutipes box.视图中红色点）摆放位置分布如图 层、10 层、20 层（其中最上层菇床 中三处截面分别是第 1 层、10 层和 18 个，用于测量金针菇生长区域处放置一个，共 2 个测量点，用于测量放置测量点，具体位置在箱体背面第层放置 3 个测量点，共 9 个，用于Z 方向

图 3.2 金针菇箱体图Fig 3.2 Flammulina velutipes box.量点（三视图中红色点）摆放位置分布如图 3.3中的第 1 层、10 层、20 层（其中最上层菇床为，图 3.3 中三处截面分别是第 1 层、10 层和 20量点，共 18 个，用于测量金针菇生长区域处温出口处各放置一个，共 2 个测量点，用于测量风间隙中间放置测量点，具体位置在箱体背面第 1高度，每层放置 3 个测量点，共 9 个，用于测。Z 方向
【参考文献】

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本文编号：2837881