基于CFD的植物工厂生菜与LED灯对环境影响研究
发布时间：2021-05-07 16:24
植物工厂是指通过设施内高精度的环境控制,实现农作物周年连续生产的高效农业方式。它充分运用了现代工程、生物、环境和信息等手段,技术高度密集,近年来一直被国际上公认为是设施农业的最高发展阶段。在人工光植物工厂中,通风和空气循环下的强制对流可以控制作物生长环境并保持内部微气候环境均匀。目前利用计算流体力学软件（Computational fluid dynamics,CFD）进行植物工厂内部气流场、温度场模拟多是在空载植物工厂中进行,忽略了生菜植株和LED植物生长灯的情况,针对此问题分别设计试验研究了生菜空气动力学参数和LED植物生长灯的边界条件,并将得到的参数和边界条件运用到植物工厂气流场、温度场的环境模拟中,将模拟结果与空载植物工厂的模拟结果进行对比分析。1.利用风洞系统测定了生菜冠层的阻力系数（CD）,并求得在不同叶面积密度（L）的情况下生菜冠层渗透率（K）与动量损失系数（Cf）之间的关系。将生菜栽培板置于风洞试验段中间位置,分别测量风洞试验段竖直方向和水平方向不同测点位置的稳态压力与风速。通过已求得的参数得到CFD建模中建立生菜多孔介质模型...
【文章来源】：中国农业科学院北京市
【文章页数】：51 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
abstract
主要符号对照表
第一章 绪论
1.1 研究背景
1.1.1 植物工厂发展现状
1.1.2 植物工厂存在的问题
1.1.3 计算流体力学(CFD)的发展现状
1.1.4 CFD模拟中蔬菜空气动力学参数研究现状
1.1.5 CFD模拟中LED灯边界条件研究现状
1.2 研究内容与方法
1.3 技术路线
第二章 基于风洞系统的生菜空气动力学研究
2.1 材料与方法
2.1.1 风洞系统
2.1.2 试验作物及参数测量
2.1.3 多孔介质参数
2.2 结果与分析
2.3 小结
第三章 基于CFD的 LED补光灯模型构建与验证
3.1 材料与方法
3.1.1 试验用单层植物栽培装置
3.1.2 测点布置
3.1.3 LED补光灯散热量计算
3.2 数学模型
3.2.1 CFD建模与网格划分
3.2.2 控制方程
3.2.3 边界条件及材料属性
3.2.4 计算方法
3.3 CFD仿真结果与验证
3.3.1 风速仿真结果与验证
3.3.2 温度仿真结果与验证
3.4 小结与讨论
第四章 基于CFD的植物工厂气流场、温度场模拟分析
4.1 材料与方法
4.1.1 试验用植物工厂原型
4.1.2 LED补光灯散热量计算
4.2 数学模型
4.2.1 植物工厂模型构建
4.2.2 网格划分
4.2.3 控制方程
4.2.4 边界条件及材料属性
4.2.5 计算方法
4.3 CFD仿真结果与验证
4.3.1 案例1风速模拟结果
4.3.2 案例2风速模拟结果
4.3.3 案例1温度模拟结果
4.3.4 案例2温度模拟结果
4.3.5 试验结果与讨论
4.4 小结
第五章 结论与展望
5.1 结论
5.2 展望
参考文献
致谢
作者简历
【参考文献】：
期刊论文
[1]日本植物工厂的现状、存在问题及未来发展[J]. 魏蔚,王东霞. 现代化农业. 2019(12)
[2]人工光型植物工厂的可持续发展前景[J]. 古在丰树,李雨浓,季方,贺冬仙. 农业工程技术. 2019(34)
[3]高附加值植物生产的环境控制技术(二) 植物工厂环境调控对高附加值植物生产的影响[J]. 贺冬仙. 中国蔬菜. 2019(12)
[4]植物工厂发展史[J]. 杨其长. 生命世界. 2019(10)
[5]基于CFD的人工光植物工厂气流场和温度场的模拟及优化[J]. 刘焕,方慧,程瑞锋,杨其长. 中国农业大学学报. 2018(05)
[6]植物工厂控制系统的功能分析和总体设计[J]. 李中鹏,贾鹤鸣,徐林通,裴慧玲,唐凯涛,苗苗. 科技创新与生产力. 2018(02)
[7]设施园艺半导体照明研发与产业发展评估[J]. 刘文科,杨其长. 农业工程技术. 2018(01)
[8]植物工厂优点与历史发展[J]. 许东. 新农业. 2017(14)
[9]植物工厂的发展现状与展望[J]. 刘文科. 中国照明电器. 2016(12)
[10]家庭植物工厂技术应用现状、存在问题及对策[J]. 顾小小,阙宁磊,朱春燕. 农业工程技术. 2016(34)
博士论文
[1]叠层笼养蛋鸡舍夏季通风气流CFD模拟与优化[D]. 程琼仪.中国农业大学 2018
[2]温室环境CFD非稳态模型构建及其在温室温度控制中的应用研究[D]. 周伟.南京农业大学 2014
硕士论文
[1]基于CFD的人工光型植物工厂通风模拟与优化研究[D]. 刘焕.中国农业科学院 2018
[2]植物工厂中LED光环境调控系统的研究和设计[D]. 陈红豆.天津职业技术师范大学 2016
[3]植物工厂环境控制系统的设计[D]. 周曼丽.江苏科技大学 2012
[4]机械通风条件下Venlo型温室内温度场与流场的数值模拟研究[D]. 陈晓.浙江工业大学 2008
[5]CFD在机械通风的华北型连栋塑料温室的应用研究[D]. 陈忠购.中国农业大学 2004
[6]高大空间建筑空调系统CFD模拟研究[D]. 董玉平.天津大学 2003
本文编号：3173710
【文章来源】：中国农业科学院北京市
【文章页数】：51 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
abstract
主要符号对照表
第一章 绪论
1.1 研究背景
1.1.1 植物工厂发展现状
1.1.2 植物工厂存在的问题
1.1.3 计算流体力学(CFD)的发展现状
1.1.4 CFD模拟中蔬菜空气动力学参数研究现状
1.1.5 CFD模拟中LED灯边界条件研究现状
1.2 研究内容与方法
1.3 技术路线
第二章 基于风洞系统的生菜空气动力学研究
2.1 材料与方法
2.1.1 风洞系统
2.1.2 试验作物及参数测量
2.1.3 多孔介质参数
2.2 结果与分析
2.3 小结
第三章 基于CFD的 LED补光灯模型构建与验证
3.1 材料与方法
3.1.1 试验用单层植物栽培装置
3.1.2 测点布置
3.1.3 LED补光灯散热量计算
3.2 数学模型
3.2.1 CFD建模与网格划分
3.2.2 控制方程
3.2.3 边界条件及材料属性
3.2.4 计算方法
3.3 CFD仿真结果与验证
3.3.1 风速仿真结果与验证
3.3.2 温度仿真结果与验证
3.4 小结与讨论
第四章 基于CFD的植物工厂气流场、温度场模拟分析
4.1 材料与方法
4.1.1 试验用植物工厂原型
4.1.2 LED补光灯散热量计算
4.2 数学模型
4.2.1 植物工厂模型构建
4.2.2 网格划分
4.2.3 控制方程
4.2.4 边界条件及材料属性
4.2.5 计算方法
4.3 CFD仿真结果与验证
4.3.1 案例1风速模拟结果
4.3.2 案例2风速模拟结果
4.3.3 案例1温度模拟结果
4.3.4 案例2温度模拟结果
4.3.5 试验结果与讨论
4.4 小结
第五章 结论与展望
5.1 结论
5.2 展望
参考文献
致谢
作者简历
【参考文献】：
期刊论文
[1]日本植物工厂的现状、存在问题及未来发展[J]. 魏蔚,王东霞. 现代化农业. 2019(12)
[2]人工光型植物工厂的可持续发展前景[J]. 古在丰树,李雨浓,季方,贺冬仙. 农业工程技术. 2019(34)
[3]高附加值植物生产的环境控制技术(二) 植物工厂环境调控对高附加值植物生产的影响[J]. 贺冬仙. 中国蔬菜. 2019(12)
[4]植物工厂发展史[J]. 杨其长. 生命世界. 2019(10)
[5]基于CFD的人工光植物工厂气流场和温度场的模拟及优化[J]. 刘焕,方慧,程瑞锋,杨其长. 中国农业大学学报. 2018(05)
[6]植物工厂控制系统的功能分析和总体设计[J]. 李中鹏,贾鹤鸣,徐林通,裴慧玲,唐凯涛,苗苗. 科技创新与生产力. 2018(02)
[7]设施园艺半导体照明研发与产业发展评估[J]. 刘文科,杨其长. 农业工程技术. 2018(01)
[8]植物工厂优点与历史发展[J]. 许东. 新农业. 2017(14)
[9]植物工厂的发展现状与展望[J]. 刘文科. 中国照明电器. 2016(12)
[10]家庭植物工厂技术应用现状、存在问题及对策[J]. 顾小小,阙宁磊,朱春燕. 农业工程技术. 2016(34)
博士论文
[1]叠层笼养蛋鸡舍夏季通风气流CFD模拟与优化[D]. 程琼仪.中国农业大学 2018
[2]温室环境CFD非稳态模型构建及其在温室温度控制中的应用研究[D]. 周伟.南京农业大学 2014
硕士论文
[1]基于CFD的人工光型植物工厂通风模拟与优化研究[D]. 刘焕.中国农业科学院 2018
[2]植物工厂中LED光环境调控系统的研究和设计[D]. 陈红豆.天津职业技术师范大学 2016
[3]植物工厂环境控制系统的设计[D]. 周曼丽.江苏科技大学 2012
[4]机械通风条件下Venlo型温室内温度场与流场的数值模拟研究[D]. 陈晓.浙江工业大学 2008
[5]CFD在机械通风的华北型连栋塑料温室的应用研究[D]. 陈忠购.中国农业大学 2004
[6]高大空间建筑空调系统CFD模拟研究[D]. 董玉平.天津大学 2003
本文编号：3173710
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