食用菌工厂菇房内环境的模拟验证与优化研究

发布时间：2017-04-07 23:23

  本文关键词：食用菌工厂菇房内环境的模拟验证与优化研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：食用菌工厂菇房内环境是影响食用菌生长发育的重要因素之一。目前,菇房内环境的监测技术不断改进,测量精度也不断提高,但都是通过局部的测量数值来判断整个菇房的内环境分布,不能全面的反映菇房内环境的分布状况。近年来,计算机流体力学(Computational Fluid Dynamics,简称CFD)技术被广泛应用于温室内环境的研究,通过温室内环境的优化,节约成本并提高了温室作物的产量。开展菇房内环境分布的研究与优化工作,给生产操作和菇房的优化提供指导意见,在增加食用菌产量、节约能源方面具有重要意义。本文选取上海市奉贤区某金针菇菇房为研究对象,建立无线温湿度监测系统,将CFD软件应用于金针菇菇房内环境的数值模拟计算与分析,并通过增加回风口、改变风机送风角度优化菇房内环境。主要研究内容如下:(1)通过分析菇房CFD模拟的基础理论,建立能够描述单相气体和多相气体两种不同情况下的数学模型。(2)利用CFD软件,建立了菇房的稳态三维模型。将标准k-ε湍流模型与SIMPLEC半隐式算法应用到菇房温度场、湿度场、CO2气体浓度场的数值模拟中,将获得的温湿度的仿真结果与实验结果进行对比分析,验证CFD模型的有效性与可行性。(3)建立基于Zig Bee无线传输的菇房温湿度监测系统,通过上位机LabVIEW软件实现对菇房内监测点处温湿度的实时监测,观察并记录风机和加湿器运行前后菇房内温湿度的变化,为仿真模型的验证提供实验数据。(4)通过增加回风口和改变送风角度,优化菇房结构,结果表明:优化后菇房内温湿度、CO2气体浓度分布均匀性和稳定性均得到改善。(5)在上述优化的前提下,考察加湿器运行对菇房内环境的影响。由模拟结果可得出:加湿器运行后,菇房内环境达到了较优的状态,有利于金针菇的生长。
【关键词】：食用菌工厂 无线监测系统 人工环境 数值模拟 优化设计
【学位授予单位】：江苏大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：S646;S126
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-10
• 第1章 绪论10-18
• 1.1 课题研究的背景与意义10-11
• 1.2 国内外研究现状11-16
• 1.2.1 食用菌工厂化栽培的国内外发展概况11-13
• 1.2.2 CFD技术在温室领域应用的研究现状13-16
• 1.3 课题研究的主要内容16-18
• 第2章 菇房计算流体力学基础理论研究18-24
• 2.1 基本控制方程18-21
• 2.2 湍流模型21-22
• 2.3 壁面函数法22
• 2.4 微分方程的离散与求解22-23
• 2.5 本章小结23-24
• 第3章 风机运行下菇房内环境CFD模型的验证与分析24-37
• 3.1 菇房物理模型的建立24-26
• 3.2 计算域的确定与网格划分26
• 3.3 边界条件26-28
• 3.4 风机运行下菇房内环境的模拟结果与分析28-34
• 3.4.1 速度场29
• 3.4.2 温度场29-31
• 3.4.3 湿度场31-32
• 3.4.4 CO_2气体浓度场32-34
• 3.5 模拟结果验证与分析34-36
• 3.6 本章小结36-37
• 第4章 菇房温湿度的无线监测实验37-51
• 4.1 实验设备与测量点位置37-38
• 4.1.1 测试内容与仪器37
• 4.1.2 温湿度测量点的布置37-38
• 4.2 无线温湿度监测系统38-48
• 4.2.1 系统硬件设计40-43
• 4.2.2 Zig Bee网络系统软件设计43-46
• 4.2.3 上位机监测系统软件设计46-48
• 4.3 实验结果与分析48-50
• 4.4 本章小结50-51
• 第5章 菇房内环境的优化设计51-67
• 5.1 增加回风口51-56
• 5.1.1 增加回风口条件下的速度场分布52-53
• 5.1.2 增加回风口条件下的温度场分布53-54
• 5.1.3 增加回风口条件下的相对湿度场分布54-55
• 5.1.4 增加回风口条件下的CO_2气体浓度场分布55-56
• 5.2 改变送风角度56-61
• 5.2.1 送风口向下倾斜 30°时的速度场分布56-57
• 5.2.2 送风口向下倾斜 30°时的温度场分布57-58
• 5.2.3 送风口向下倾斜 30°时的湿度场分布58-60
• 5.2.4 送风口向下倾斜 30°时的CO_2气体浓度场分布60-61
• 5.3 优化前后监测点处模拟值对比分析61-62
• 5.4 优化状态下加湿器对菇房内环境的影响62-66
• 5.4.1 加湿器运行后菇房内温度场分布63-64
• 5.4.2 加湿器运行后菇房内湿度场分布64-65
• 5.4.3 加湿器运行后菇房内CO_2气体浓度场分布65-66
• 5.5 本章小结66-67
• 第6章 总结与展望67-69
• 6.1 总结67-68
• 6.2 展望68-69
• 参考文献69-73
• 致谢73-74
• 攻读硕士学位期间的成果74

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