自然通风对日光温室小气候影响的CFD模拟研究

发布时间：2021-05-24 04:35

　　日光温室是我国北方地区特有的用于冬季蔬菜生产的设施类型,温室内气温、相对湿度、土壤温度等环境条件是影响作物生长的关键要素。本文以日光温室为研究对象,基于济南地区温室试验观测,利用计算流体动力学（Computational Fluid Dynamics, CFD）方法,模拟分析自然通风条件下温室内部温度、湿度等小气候要素的时空变化特征,提出不同天气条件下温室环境调控策略,为日光温室生产管理提供理论依据。1.温室内外环境气象要素对比基于温室内外气温、空气相对湿度、地温、风速和风向等观测数据,分析表明,冬季,济南温室外主导风向为东北风,风速在0.5-4.1m/s之间；温室内外气温差为6.5-15℃,最小湿度差为5%-10%;温室内气温和湿度在水平和垂直方向均存在一定异质性,温室中部和低层温度较低,湿度较高；土壤温度随着深度增加波动衰减,并趋于稳定。2.CFD模型构建与验证基于供试温室设施结构参数,结合试验观测数据,构建边界条件,利用标准的K-ε湍流模型,通过联立求解连续方程、动量方程和能量方程,构建了CFD模拟模型。利用模拟模型对温室内气温和湿度进行模拟,模拟结果表明,晴天、多云、阴天天气下... 

【文章来源】：南京信息工程大学江苏省

【文章页数】：99 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
Abstract
第一章 综述
    1.1 研究背景
    1.2 研究目的及意义
    1.3 国内外研究现状
        1.3.1 基于示踪气体法对温室通风的研究
        1.3.2 基于能量平衡法对温室通风的研究
        1.3.3 基于CFD方法对温室通风的研究
    1.4 存在的问题
    1.5 研究内容及技术路线
        1.5.1 本文研究内容
        1.5.2 技术路线
第二章 试验设计
    2.1 试验地点及供试温室
    2.2 观测内容及方法
        2.2.1 温室外气象观测
        2.2.2 温室内温湿观测
        2.2.3 温室内风速、风向测量
        2.2.4 温室内辐射测量
        2.2.5 土壤温度的测定
    2.3 温室内外环境要素对比分析
        2.3.1 太阳辐射
        2.3.2 温室内外气温日变化情况
        2.3.3 温室内外湿度日变化情况
        2.3.4 温室内纵向温湿度变化情况
        2.3.5 温室内水平温湿度变化情况
        2.3.6 温室内土壤温度变化情况
        2.3.7 温室外风速风向变化情况
    2.4 本章小结
第三章 CFD模型构建与验证
    3.1 温室物理模型
    3.2 Boussinesq假设
    3.3 基本控制方程
    3.4 湍流模型
    3.5 辐射模型
    3.6 壁面函数法
    3.7 日光温室结构及三维造型
        3.7.1 计算域的选择
        3.7.2 网格划分
    3.8 边界条件设置
        3.8.1 进出口边界条件
        3.8.2 温室壁面边界条件
        3.8.3 作物边界条件
    3.9 微分方程的离散与求解
        3.9.1 微分方程的离散
        3.9.2 微分方程的求解
        3.9.3 控制算法的选择
    3.10 模型验证
    3.11 本章小结
第四章 作物种植对温室小气候特征影响分析
    4.1 无作物温室内小气候特征的模拟分析
        4.1.1 温室内气流分布分析
        4.1.2 温室内温湿度分布分析
    4.2 有作物温室内小气候特征的模拟分析
        4.2.1 温室内气流分布分析
        4.2.2 温室内温湿度分布分析
    4.3 本章小结
第五章 风速风向对温室小气候特征影响分析
    5.1 风速对温室内小气候特征模拟分析
        5.1.1 风速对温室内气流分布的影响
        5.1.2 风速对温室内温湿度分布的影响
    5.2 风向对温室内小气候特征模拟分析
        5.2.1 风向对温室内气流分布的影响
        5.2.2 风向对温室内温湿度分布的影响
    5.3 本章小结
第六章 济南地区冬季温室适宜通风时间模拟分析
    6.1 温室内外温度的初始值
    6.2 温室外风速风向的初始值
    6.3 不同主导风向对温室内温度的影响分析
        6.3.1 不同主导风向下温室内气温对自然通风时间的响应
        6.3.2 不同主导风向下温室内气温空间分布对自然通风的响应
    6.4 主导风向条件下不同风速对温室内温度环境的影响分析
        6.4.1 不同风速条件下温室内气温对自然通风时间的响应
        6.4.2 不同风速下温室内气温空间分布对自然通风的响应
        6.4.3 不同风向下温室通风调控策略
    6.5 本章小结
第七章 结论与讨论
    7.1 结论
        7.1.1 温室内外环境因素对比
        7.1.2 CFD模型构建与验证
        7.1.3 作物种植对温室内微气候环境分布影响
        7.1.4 室外风速风向对温室内微环境分布影响
        7.1.5 济南地区日光温室环境调控策略
    7.2 讨论
    7.3 主要创新点
    7.4 应用前景
参考文献
作者简介
致谢


【参考文献】：
期刊论文
[1]作物高度对温室自然通风影响的CFD分析[J]. 郑茂军,毛罕平.  农机化研究. 2016(05)
[2]基于CFD的寒冷干旱地区日光温室温度场模拟分析[J]. 塔娜,陈斌,五十六,马文娟.  内蒙古农业大学学报(自然科学版). 2015(01)
[3]可变边界条件下的Venlo温室温度场三维非稳态模拟[J]. 周伟,汪小旵,李永博.  农业机械学报. 2014(11)
[4]光质和温度对日光温室番茄生长发育及产量品质的影响[J]. 刘保林,张肖凌,王致和,张秀华,韩忠英.  安徽农业科学. 2014(30)
[5]基于CFD数值模拟方法的日光温室建模研究[J]. 王向军,刘志刚,李荣,林卫国,汪小志.  农机化研究. 2014(06)
[6]南方梅雨季节下Venlo型温室小气候数值模拟研究[J]. 周伟,汪小旵.  农机化研究. 2013(09)
[7]单栋塑料温室内温度场CFD三维稳态模拟[J]. 郝飞麟,沈明卫,张雅.  农业机械学报. 2012(12)
[8]利用CFD模型研究日光温室内的空气流动[J]. 张起勋,于海业,张忠元,董良杰,张秋元,邵承会,杨坤,王雪.  农业工程学报. 2012(16)
[9]圆拱型连栋温室自然通风流场CFD模拟[J]. 穆大伟,江雪飞,田丽波,王兰英.  中国农机化. 2012(03)
[10]自然通风单栋温室内流场的CFD模拟[J]. 孟凡英,刘美.  黑龙江农业科学. 2012(02)

博士论文
[1]秋冬季南方单栋塑料温室小气候分析与温湿环境模拟研究[D]. 曹雯.南京信息工程大学 2012
[2]温室环境因子时空分布CFD模型构建及预测分析研究[D]. 程秀花.江苏大学 2011
[3]日光温室内最佳风速指标与CFD模拟[D]. 杨振超.西北农林科技大学 2006

硕士论文
[1]现代化温室温度场数字化模拟研究[D]. 何国敏.南京农业大学 2011
[2]Venlo型温室热湿环境数值分析研究[D]. 邵磊.浙江工业大学 2009



本文编号：3203563