耐冬茎部传热传质特性研究

发布时间：2017-10-09 04:19

  本文关键词：耐冬茎部传热传质特性研究

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【摘要】：植物传热传质学已经开展基于植物叶片、根系的植物及其与周围环境间的传热传质特性研究。本文以耐冬茎部作为研究对象,定向分析了耐冬茎部轴向茎流速率变化规律以及径向方向上的热量传输特性,在整体上采用“理论建模—仿真模拟—实验验证”的常规研究方法。实验测定茎部的物性参数和温度场,应用串联热阻分析理论计算茎部各部分的导热热阻。研究得出以下结果和结论:(1)耐冬茎部比热分布总体表现为:边材树皮心材,树皮部位比热值在温度为-1℃处达到最大值;(2)茎部组织呈现较低有效导热系数;茎部有效导热系数在大气温度为4℃时出现骤降情况;(3)白天时段,茎部平均温度高于大气温度;夜晚时段,茎内部温度与大气温度相接近;茎内部温度与大气温度变化趋势相同,但表现出明显的滞后性;(4)耐冬茎部轴向方向上热流传递具有方向可逆和良好的均温性的特点;(5)在白天时段,耐冬茎部在径向上最高温度出现在边材部位,在晚间时段,径向上最高温度位于髓心处;(6)夏季不同大气温度对应下耐冬茎部各部位的导热热阻存在明显差异,总体表现为边材导热热阻最小,心材次之而树皮部的导热热阻最大。利用热平衡法测定茎部热量分布情况并推导茎流速率,同时对影响植物茎流速率的环境因子的变化进程进行监测,分析光照强度、大气温度和土壤温度对茎流速率的影响。研究结果表明:(1)植物茎部液流速率在单日内的变化曲线呈“多峰曲线”形式,液流速率随光照强度变化趋势与随着环境温度的变化趋势相同,但具有明显的时滞效应;(2)植物茎流速率随土壤温度的变化关系呈“单峰曲线”形式,土壤温度过高和过低都会对液流速率升高起到抑制作用;(3)光照强度、环境温度和土壤温度的增大均能提高耐冬茎流速率,其中,环境温度对耐冬茎流速率影响程度最大,其次是光照强度的影响。从微观传热传质角度出发,在建立茎部物理模型的基础上,推导出耐冬茎部多孔介质传热传质数学模型。对夏季和冬季特定环境条件下,茎部温度分布和液流输运情况进行仿真模拟,验证热动力学实验方法获得的液流输运关系式,得到以下结论:(1)冬季环境条件下,对茎部温度场起到主要影响作用的是液流流动,树皮组织热阻较大对于耐寒植物具有良好的蓄热保温作用;(2)在轴向方向上,茎部温度由下至上逐渐降低(T1T2T3);在径向方向上,表现为边材部位温度最高;(3)茎部边材区液流流动缓慢,速度分布表现出对称性;在近壁面处,液流速度接近于0;液流入口和出口处,流动方向出现波动;在流动达到稳定状态的茎部中间区域,液流流动方向整体与外壁面平行。
【关键词】：耐冬 茎部 传热传质 热动力学 物性参数
【学位授予单位】：青岛科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：Q945;TK124
【目录】：

• 摘要3-5
• abstract5-13
• 1 绪论13-21
• 1.1 研究背景及意义13-14
• 1.2 植物抗寒性研究14-16
• 1.2.1 低温寒害发生机理14-15
• 1.2.2 植物抗寒性作用机理15-16
• 1.3 植物传热传质学研究现状16-20
• 1.3.1 植物多孔介质传热传质理论17-18
• 1.3.2 热动力学测量方法18-20
• 1.4 课题研究内容20-21
• 2 耐冬茎部传热传质机制21-29
• 2.1 研究对象的选取21
• 2.2 茎部在植物生理代谢中的作用21-22
• 2.3 植物茎部组成结构22-24
• 2.3.1 植物茎部微观结构23-24
• 2.3.2 植物茎部维管系统24
• 2.4 植物茎内部及其与环境间的热质交换24-27
• 2.4.1 植物茎内部传热传质机制25-26
• 2.4.2 植物茎与环境间的传热机制26-27
• 2.5 耐冬茎部传热传质物理模型27-28
• 2.6 本章小结28-29
• 3 耐冬茎部物性参数的实验测定29-35
• 3.1 耐冬茎部树材密度测定29-30
• 3.2 耐冬茎部比热的测定30-31
• 3.2.1 DSC1差示扫描量热仪30
• 3.2.2 实验数据处理及分析30-31
• 3.3 耐冬茎部有效导热系数的测定31-34
• 3.3.1 KD2 Pro热特性分析仪31-32
• 3.3.2 测量耐冬茎部有效导热系数32
• 3.3.3 实验数据处理及分析32-34
• 3.4 本章小结34-35
• 4 耐冬茎部温度测定及传热热阻分析35-46
• 4.1 耐冬茎部温度分布的实验研究35-41
• 4.1.1 测定植物茎部温度的意义35
• 4.1.2 温度测量仪器35-36
• 4.1.3 实验测量冬季耐冬茎部温度分布36-38
• 4.1.4 数据处理及结果分析38-41
• 4.1.5 误差分析41
• 4.2 耐冬茎部等效热阻比拟分析41-44
• 4.2.1 等效热阻比拟理论41-42
• 4.2.2 茎部等效热阻模型建立依据42
• 4.2.3 茎部等效热阻的理论计算42-44
• 4.3 本章小结44-46
• 5 热动力学法测定植物茎部液流速率46-58
• 5.1 热动力学法测定植物茎流概述46
• 5.2 热平衡法测定耐冬茎流速率46-50
• 5.2.1 茎热平衡法测量原理47-48
• 5.2.2 SHB测量装置安装48-49
• 5.2.3 SHB测量装置测定耐冬茎流速率49-50
• 5.3 结果与分析50-57
• 5.3.1 影响植物茎部液流输运速率的环境因子52-56
• 5.3.2 植物茎部液流输运关系式56
• 5.3.3 误差分析56-57
• 5.4 本章小结57-58
• 6 耐冬茎部传热传质仿真模拟58-68
• 6.1 物性参数选取58-59
• 6.2 植物茎部边材传热传质数学模型59-60
• 6.2.1 液流连续性方程59
• 6.2.2 动量守恒方程59-60
• 6.2.3 能量守恒方程60
• 6.3 仿真模拟60-66
• 6.3.1 前处理60-62
• 6.3.2 模型验证62-63
• 6.3.3 液流速率与大气温度输运关系式验证63-64
• 6.3.4 冬季茎部温度场及水分输运情况的仿真模拟64-66
• 6.4 本章小结66-68
• 7 总结与展望68-71
• 7.1 主要结论及创新点68-70
• 7.1.1 主要结论68-70
• 7.1.2 创新点70
• 7.2 展望70-71
• 参考文献71-75
• 致谢75-76
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文76-77

【参考文献】

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本文编号：998127