土壤空气换热器换热性能及土壤温度场的模拟研究

发布时间：2017-03-19 07:08

  本文关键词：土壤空气换热器换热性能及土壤温度场的模拟研究，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：由于无加热装置的日光温室室内空气温湿度已不能满足我国严寒、寒冷地区农业生产的需求,因此需要寻求节能途经来调控日光温室室内空气温湿度。土壤作为太阳能的蓄放载体,可以有效地以蓄热、放热的方式对通入地埋管中的空气进行降温、升温,甚至除湿。因此,将土壤空气换热器置于日光温室室内土壤下,可有效调控温室内空气温湿度,对温室的节能减排具有重要意义。本文在充分分析日光温室内湿空气在土壤空气换热器换热管内的热湿交换过程后,通过用户自定义函数加载水蒸汽冷凝损失的质量源项与能量源项,以温室地表下不同深度土壤层含水率为依据,建立含水率不同的分层土壤模型,数值模拟冬季晴天土壤空气换热器以4.5m/s、1.5m/s风速工况下运行的换热性能,并对7.5m/s、10m/s、15m/s风速工况下土壤空气换热器的换热性能进行预测,同时就换热工况较好的4.5m/s风速工况下的土壤温度场进行了模拟。模拟研究结果表明:土壤空气换热器可以有效地对冬季晴天日光温室内的空气实现白天冷却去湿,夜间加温的热湿处理过程。土壤空气换热器换热管入口风速越大,出口空气温湿度受入口空气温湿度波动的影响越大。对于管径为Φ110的换热管,土壤空气换热器以低于4.5m/s风速工况运行时,湿空气在换热管内80%以上的换热过程均发生在换热管入口至9m范围内。管径Φ110的换热管在用于湿空气热湿处理时最佳入口风速在4.5m/s~7.5m/s范围内。换热管周围,土壤各测点温度随换热管入口空气温度周期性变化且变化规律一致。距换热管等径向距离处,深度方向和水平方向上土壤测点温度因分层土壤的热物性不同而不同。沿深度方向上,换热管周围(Z≤450mm)土壤温度受换热管换热影响剧烈,近地表(Z450mm)土壤温度变化受地表热作用影响剧烈。
【关键词】：日光温室 土壤空气换热器 数值模拟 换热特性 土壤温度场
【学位授予单位】：太原理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TU83
【目录】：

• 摘要3-5
• ABSTRACT5-9
• 第一章 绪论9-19
• 1.1 土壤空气换热器系统简介9-10
• 1.2 土壤空气换热器系统研究现状10-14
• 1.2.1 土壤空气换热器系统的数值模拟研究现状10-12
• 1.2.2 土壤空气换热器系统的试验研究现状12-14
• 1.3 日光温室内热湿问题与处理14-16
• 1.3.1 日光温室内热湿问题14-15
• 1.3.2 日光温室内热湿处理15-16
• 1.4 课题的提出与来源16-17
• 1.4.1 课题的提出16-17
• 1.4.2 课题的来源17
• 1.5 研究的意义与目的17-18
• 1.5.1 研究的意义17
• 1.5.2 研究的目的17-18
• 1.6 研究的内容与方法18-19
• 1.6.1 研究内容18
• 1.6.2 研究方法18-19
• 第二章 日光温室土壤空气换热器的试验介绍19-25
• 2.1 供试日光温室19
• 2.2 试验平台19-23
• 2.2.1 换热管布管方式19-21
• 2.2.2 试验仪器21-22
• 2.2.3 试验测点布置22-23
• 2.3 试验运行方案23-25
• 第三章 土壤空气换热器换热性能分析25-33
• 3.1 湿空气:25-26
• 3.2 土壤空气换热器换热分析26-28
• 3.2.1 湿空气在换热管中的热质交换27
• 3.2.2 土壤空气换热器换热量分析27-28
• 3.3 土壤热物性分析28-30
• 3.3.1 土壤含水率28-29
• 3.3.2 土壤密度29-30
• 3.3.3 土壤导热系数30
• 3.3.4 土壤热容量30
• 3.4 日光温室内原始土壤温度场分布30-33
• 第四章 日光温室土壤空气换热器的模型建立33-41
• 4.1 几何模型33
• 4.2 物理模型33-35
• 4.2.1 分层土壤模型33-34
• 4.2.2 模型的简化假设34-35
• 4.3 数学模型35-38
• 4.3.1 Fluent软件介绍35
• 4.3.2 控制方程35-37
• 4.3.3 湍流模型的选取37
• 4.3.4 控制方程的离散37-38
• 4.4 定解条件38-39
• 4.4.1 初始条件38
• 4.4.2 边界性条件38-39
• 4.5 模拟监测点设定39
• 4.6 网格独立性考察39-41
• 第五章 日光温室土壤空气换热器模拟计算分析41-69
• 5.1 模拟方案41
• 5.2 4.5m/s风速工况分析41-52
• 5.2.1 模拟与试验对比分析41-45
• 5.2.2 换热管内空气温湿度分析45-48
• 5.2.3 换热管内空气换热量分析48-49
• 5.2.4 换热管内空气热湿规律49-52
• 5.3 1.5m/s风速工况分析52-58
• 5.3.1 换热管内空气温湿度分析52-54
• 5.3.2 换热管内空气换热量分析54-55
• 5.3.3 换热管内空气热湿规律55-58
• 5.4 1.5m/s、4.5m/s风速工况对比分析58-60
• 5.5 不同风速工况预测60-65
• 5.5.1 不同进口风速下的冷却去湿60-64
• 5.5.2 不同进口风速下的等湿加热64-65
• 5.6 土壤温度场热响应65-69
• 5.6.1 换热管周围X、Z方向土壤温度场变化66-67
• 5.6.2 近地表土壤温度场变化67-69
• 第六章 结论与建议69-71
• 6.1 结论69-70
• 6.2 建议70-71
• 参考文献71-75
• 致谢75-77
• 攻读学位期间发表的学术论文目录77

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本文编号：255702