日光温室土壤—空气换热系统的对比试验与整场解

发布时间：2017-06-19 14:10

  本文关键词：日光温室土壤—空气换热系统的对比试验与整场解，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：日光温室是可再生能源利用的一种形式,其简易、经济、节能的特点使之成为我国北方农业和农村经济的支柱产业。但也因其封闭的种植特点,夏季,温室内易出现高温高湿的状态极其不利于作物的正常生长,且易发生病虫害;而冬季的低温易致作物受冻。目前,对温室内温湿度环境因子调控的不完善,制约了日光温室的可持续发展。所以,本文针对如何经济高效地保证日光温室最基本的热湿环境这一问题,重点展开对设置有土壤-空气换热器的日光温室室内温度场及地下土壤温度场进行试验对比分析和模拟研究。本文首先从两个不同的日光温室实例即试验日光温室和对照日光温室出发,根据在冬夏两季,不同天气条件下实测的试验数据,对二者的室内外温湿度以及室内地表土壤温度进行对比分析,得出:冬季,由于土壤-空气换热器的作用,试验日光温室可以保证室内最低温度在8.9℃以上,而对照日光温室的最低温度接近0℃;室内平均温度比对照日光温度高出7℃-8℃。试验日光温室内的地表土壤温度保持在15℃左右,比对照日光温室的高5℃-7℃,而且波动范围比之小。夏季与寒冷的冬季相反,在两个日光温室室外温度相差不大的情况下,试验日光温室室内的地表温度明显比对照日光温室的低5℃-7℃。证明了土壤-空气换热器在日光温室的温度调控中所起的积极作用。然后,在换热管不同的进口风速下,利用实测的水平换热管内不同管长处的温度以及土壤的温度场数据,对吴书源的土壤-空气换热器模型的模拟结果以及最佳埋管方式的无量纲计算结果进行验证,证明了模型模拟结果和无量纲计算选择最佳埋管方式的合理性和可靠性。最后据验证结果,结合两个日光温室的特点,建立合理的物理和数学模型,运用FLUENT15.0软件建立日光温室土壤-空气换热系统整场的三维模型,并将试验所得的室内外空气温度、换热管内温度及土壤的温度变化规律,编制为用户自定义的函数即UDF,作为日光温室与土壤-空气换热系统整场数值求解的依据和条件,经数值模拟求解得出:夏季,土壤-空气换热器在白天的降温能力达到7℃,夜间加热的能力约为2℃。冬季,除靠近外围护结构的小部分空间,基本能保证空气温度在5℃以上,在作物所在的部分区域,甚至能达到7℃,基本能保证作物不受冻。本文在求解过程中同时对管道的进出口温度进行了监控,发现管道在冬季对空气的加热能力非常有限,启动时最高达6℃,但稳定之后最高仅为4℃,比夏季对空气的降温能力弱很多。
【关键词】：日光温室 温度场 土壤-空气换热器 FLUENT 数值模拟
【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
• ABSTRACT5-10
• 第一章 绪论10-24
• 1.1 日光温室11-12
• 1.2 日光温室技术12
• 1.3 土壤-空气换热器12-13
• 1.4 土壤-空气换热器应用于温室的研究现状13-21
• 1.5 研究课题的来源、意义与目的21-22
• 1.5.1 研究课题的来源21
• 1.5.2 研究课题的意义21
• 1.5.3 研究课题的目的21-22
• 1.6 课题研究的数据处理软件22-24
• 第二章 试验平台及试验仪器简介24-34
• 2.1 试验平台的地理位置及气候条件24
• 2.1.1 地理位置24
• 2.1.2 气候条件24
• 2.2 试验日光温室24-31
• 2.2.1 试验日光温室构造24-26
• 2.2.2 试验日光温室内土壤-空气换热器的设置26-28
• 2.2.3 试验仪器及测点布置28-31
• 2.2.4 数据的采集和整理31
• 2.3 对照日光温室31-33
• 2.3.1 对照日光温室介绍31-32
• 2.3.2 试验仪器及测点布置32-33
• 2.3.3 数据的采集整理33
• 2.4 本章小结33-34
• 第三章 试验结果分析34-52
• 3.1 对比分析34-45
• 3.1.1 类似室外天气条件下室内外温湿度的对比分析34-37
• 3.1.2 类似室外天气条件下室内地表土壤温度的对比分析37-45
• 3.2 日光温室土壤-空气换热器换热管的CFD模拟结果的验证45-50
• 3.2.1 CFD模型模拟优化结果简介[]45-47
• 3.2.2 试验数据分析验证47-50
• 3.3 本章小结50-52
• 第四章 日光温室土壤-空气换热系统整场数值模型的建立52-66
• 4.1 日光温室内的热传递52-53
• 4.2 日光温室研究的物理模型53-54
• 4.3 日光温室数学模型的建立54-57
• 4.3.1 日光温室数学模型的简化与假设54
• 4.3.2 日光温室内空气流动与传热问题的控制方程54-57
• 4.4 模型和算法的选择57-64
• 4.4.1 紊流模型的选择57-58
• 4.4.2 辐射模型的选择58-59
• 4.4.3 算法的选择59-60
• 4.4.4 边界条件的设定60-64
• 4.5 三维模型的建立和网格划分64-65
• 4.5.1 三维模型的建立64
• 4.5.2 模型的网格划分64-65
• 4.6 本章小结65-66
• 第五章 日光温室土壤-空气换热系统的整场解66-82
• 5.1 模型介绍与验证66-68
• 5.1.1 模型介绍66-67
• 5.1.2 模型验证67-68
• 5.2 日运行状况68-73
• 5.2.1 夏季日运行状况68-70
• 5.2.2 冬季日运行状况70-73
• 5.3 天气变化时连续运行状况73-76
• 5.4 土壤温度场的变化76-79
• 5.4.1 夏季土壤温度变化76-78
• 5.4.2 冬季土壤温度变化78-79
• 5.5 本章小结79-82
• 第六章 结论与展望82-86
• 6.1 结论82-84
• 6.1.1 试验对比分析结论82-83
• 6.1.2 模型验证结论83
• 6.1.3 整场模拟求解结论83-84
• 6.2 展望84-86
• 参考文献86-92
• 致谢92-94
• 攻读学位期间发表的学术论文目录94

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