冷风挡帘对日光温室环境因子的影响及其优化设计

发布时间：2017-08-11 06:03

  本文关键词：冷风挡帘对日光温室环境因子的影响及其优化设计

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【摘要】：地处寒冷干旱地区的日光温室在自然通风时,靠近通风口处的作物会出现明显的长势衰退甚至死亡的现象,为阻挡自然通风时寒冷气流对作物的伤害,实际生产中会在通风口附近设置冷风挡帘结构,且不同的挡帘结构参数对日光温室室内气温及流场分布的影响不同。本文通过试验测试探究了在不同天气条件下,具有挡帘结构的试验温室和普通日光温室内气温的分布规律,并利用数值模拟方法对比研究了典型天气条件下,试验温室与对照温室内部气温及流场速度的差异。将近地表气温低于20℃的区域的面积大小作为评价指标,在数值模型内不断改变挡帘结构参数(迎风长度、倾斜角度),得到对应不同的进口风速边界条件,评价指标随结构参数变化的规律；利用非线性曲线拟合,得到挡帘结构参数对评价指标值的综合影响,确定挡帘结构的优化方案。测试对象为具有挡帘结构的试验温室和不具有挡帘结构的普通对照温室。在两温室南北方向的中间截面上布置11个空气温度测点(T1-T11);东、西山墙内表面各布置1个热通量测点(Hl-H2)；在土壤表层沿跨度方向布置3个土壤温度测点(TS1-TS3),通风口处布置1个空气温度测点(TF)和1个风速测点(F1)。室外微气候由JLC-QTJ田间小气候气象监测站实时监测并记录采集数据。基于计算流体力学(CFD)方法,建立两温室的数值模拟模型。利用前处理软件Gambit建立两温室自然通风时的三维结构模型。模拟研究的计算域为日光温室整个内部空间。采用稳态模型、k-ε标准湍流模型求解室内空气流动；采用DO辐射模型实现太阳辐射对室内温度场的影响；由浮力驱动的自然对流采用Boussinesq模型,操作条件考虑重力作用；选取各测点在2015年1月21日13：00时的数据作为模型边界条件,经迭代后得到该时刻室内气温分布规律。结果表明：试验温室在主要耕作范围内的近地表气温均高于对照温室,温差最大值为4.2℃,最小值为1℃。气流在试验温室内部形成顺时针环流；而在对照温室形成逆时针环流。当通风口底端竖直高度为0.25m、宽0.3m时,挡帘结构的最优参数为迎风长度0.84m,倾斜角度76。,此时不同进口风速能满足大部分耕作区域地表温度高于20℃的生产要求。
【关键词】：冷风挡帘 日光温室 CFD模型 结构优化
【学位授予单位】：内蒙古农业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：S625
【目录】：

• 摘要3-4
• ABSTRACT4-10
• 1 引言10-19
• 1.1 CFD技术在温室园艺研究中的应用10
• 1.2 选题背景及意义10-11
• 1.3 国内外研究现状11-16
• 1.3.1 国外研究现状11-13
• 1.3.2 国内研究现状13-16
• 1.4 存在的问题16
• 1.5 课题研究内容及方案16-18
• 1.5.1 主要研究内容16-17
• 1.5.2 研究方案17-18
• 1.6 小结18-19
• 2 试验测试19-24
• 2.1 试验温室及气象条件19
• 2.2 试验方案19-23
• 2.2.1 环境因子测点布置19-20
• 2.2.2 测试仪器20-22
• 2.2.3 其他试验设备22-23
• 2.3 小结23-24
• 3 测试数据处理24-34
• 3.1 两日光温室内不同跨度处的气温分布24-27
• 3.2 两日光温室内不同高度上的气温分布27-31
• 3.3 试验温室内空气温度的拟合分析31-32
• 3.4 小结32-34
• 4 CFD模拟研究34-46
• 4.1 计算流体力学基本原理34
• 4.2 日光温室物理模型34-36
• 4.3 数值模型参数设置36-38
• 4.3.1 基本解算器及流场模型36
• 4.3.2 材料热学性能参数36
• 4.3.3 边界条件的设置36-38
• 4.4 模拟结果与模型验证38-44
• 4.4.1 室内温度模拟值与实测值t检验38-39
• 4.4.2 试验及对照温室室内温度分布39-42
• 4.4.3 试验及对照温室流场速度分布42-43
• 4.4.4 试验及对照温室内作物冠层处气温分布43-44
• 4.5 小结44-46
• 5 冷风挡帘结构优化46-50
• 5.1 冷风挡帘迎风长度对近地表气温的影响46
• 5.2 冷风挡帘倾斜角度对近地表气温的影响46-48
• 5.3 迎风长度和倾斜角度的综合影响48
• 5.4 优化方案及方案验证48-49
• 5.5 小结49-50
• 6 结论与展望50-52
• 6.1 结论50
• 6.2 展望50-52
• 致谢52-53
• 参考文献53-57
• 作者简介57

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