基于CFD冬季温室大棚的模拟分析.pdf

基于 nullnullnull 冬季温室大棚的模拟分析 李夏青 null 邓书辉 null 汝 null 林 null 杨 null 龙 null 黑龙江八一农垦大学 nullnull土木水利学院 nullnull工程学院 黑龙江 大庆 nullnullnullnullnullnull 摘要 为了研究在冬季温室大棚内温度场和湿度场 对黑龙江省大庆市某大棚进行计算流体力学研究 对温室 采用 nullnullnull nullnullnullnull 湍流模型以及 nullnull辐射模型建立相应的数值模拟 对温室大棚中的温度场进行 nullnullnull模拟 并对温室 中的实测值进行分析比较 得到在冬季情况下温湿大棚内温度场和湿度场的分布规律 验证各测点的实测值与模 拟值的相对误差 结果表明在冬季情况下温室大棚内进行 nullnullnull数值模拟时 由于温室内没有通风 室内的气体流 动是由于室内外温差引起的热压作用产生的 在温室的垂直方向上 温度存在着明显的梯度分布 从地面到顶部 温度逐渐上升 但是由于顶部覆盖材料可以直接吸收太阳辐射 使得此处温度梯度出现剧烈变化 在水平方向上 温室内中部区域温度较高 相对湿度变化趋势与温度变化趋势相反 实测结果也与 nullnullnull模拟结果接近 表明 nullnullnull 模拟温室内温 湿度情况真实有效 关键词 温室大棚 nullnullnull模型 相对湿度 自然通风 nullnull 引言 近年来我国温室大棚多以塑料大棚日光温室等简易温室为主 随着现代科技的发展 nullnullnull 技术被广泛 的应用于农业大棚 null nullnull nullnullnull 可以通过对模型的建模和数学模拟分析 以质量 动量 能量三大守恒定律为数 据计算的理论分析 佟国红 null null 等对日光温窒内环境进行 nullnullnull 模拟 采用实际测量的风速和温度值作为边 界条件 研究发现模拟得到的空气和土壤两者的温度与实测值的变化规律是一致的 同年 又对一个 nullnullnullnullnullnull 的等比例猪舍模型进行了三维稳态模拟 对比模拟的气流速度与舍内的实测速度值 研究发现气流入口处的 端动能 null 及耗散率 null 会对舍内气流速度的模拟结果产生影响 王成哲 null 用 nullnullnull 模拟拱形棚和单坡棚两种 典型温室大棚的通风情况 并进行对比和优化 单天禹 null 采用 nullnullnull 模拟水幕大棚的温度场 研究其特点及 相对于水幕对大棚温度的影响 孙鑫 null 基于 nullnullnullnullnullnullnullnullnull 软件建立三座新型塑料大棚的 nullnullnull 模型 研究塑 料大棚内部不同区域和不同塑料大棚相同区域的温度场分布规律 为模拟不同边界条件下棚内的温度场 气 流场提供理论基础 邓书辉 null 等在天津市某开放式牛舍气流场实测的基础上 采用 nullnullnull 软件 建立了 nullnull 组 不同的几何模型 分析风机安装高度和倾角等风机安装参数对扰流效果的影响 结果表明 风机安装高度对 扰流效果影响不大 风机角度对扰流效果有影响 不同的风机角度对扰流效果的影响也不同 当在卧栏上方 设置的风机角度为 nullnullnull 颈枷上方设置的风机角度为 nullnullnull 时扰流效果最好 王校帅 nullnull 采用 nullnullnullnullnullnull 软件 以浙 江省代表性的分娩母猪舍和蛋鸡舍为研究对象 运用 nullnullnullnullnullnullnull 湍流模型对舍内的气流场 温度场和湿度场 进行三维稳态模拟 并评估其热环境质量 文章是国内首次运用 nullnullnull 对畜禽舍内湿度场进行模拟 发现对 于母猪舍而言 湿帘通风系统在高温夏季不能很好满足舍内母猪与仔猪对环境的要求 对蛋鸡舍而言 模拟 结果发现现有通风系统在通风降温和通风组织方面存在不足 无法满足蛋鸡对环境的要求 为此 运用 nullnullnull 技术研究温室自然通风 借助 nullnullnull 技术模拟温室内温度场和气流场的变化情况 研究温室大棚自然通 风下的气流特征及温度流场特点 然后结合湍流模型和辐射模型对温室大棚里的气流模式及温湿度进行模 拟和预测 并将实际测量值与模拟值对比计算出误差 nullnull 材料与方法 nullnullnullnull 温室模型 研究选取了黑龙江省大庆市黑龙江八一农垦大学试验基地的温室大棚 试验依据实地测量对长 收稿日期 nullnullnullnull nullnullnullnullnullnull 基金项目 奶牛舍卧床旋耕平整装置研究 nullnullnullnullnullnullnull nullnullnull 作者简介 李夏青 nullnullnullnull null 女 陕西扶风人 硕士 主要从事空气源热泵在严寒地区育雏鹅舍中的应用研究 通讯作者 邓书辉 nullnullnullnull null 男 黑龙江鸡东人 博士 硕士生导师 教授 主要从事设施养殖过程控制与环境 建筑节能研究 nullnull null 现代化农业 nullnullnullnullnullnull 年第 null期 总第 nullnullnull期 null nullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnull nullnullnullnullnullnull 宽 nullnullnullnullnullnull 高 nullnullnullnullnull 的温室大棚进行建模 以笛卡尔坐标系为基础 确定塑料温室正西方向为 null 轴正向 正南方向为 null 轴正向 高度方向为 null 轴正 向 以温室正门中点为零点 如图 null 所示建立空间 直角坐标系 在 nullnullnullnull 软件中采用由点到线 由线 到面 建立温室大棚的三维模型 之后再对其进行网 格划分 试验选取 null 个测量点如图 null 所示 平面坐 标以门的中心为坐标原点 距离地面的高度约为 nullnullnullnullnull 处 null 个测点 nullnullnullnullnull 处 null 个测点 nullnullnullnullnullnull 处 null 个测点 nullnullnullnullnullnull 处 null 个测点 nullnullnullnullnullnull 处 null 个 测点 nullnullnullnullnullnull 处 null 个测点 分别测量温室大棚内的 风速 温度与相对湿度 nullnullnullnull 数学模型 图 null null 温室大棚测点布置图 nullnull 该模型满足质量守恒定律和动量守恒定律 且假定温室内空气为不可压缩湍流 在该模拟研究中 对于温室所处环境作了简化处理 模拟的是一个稳态环境 即没有机械通风处整个室内处于封闭状态 针 对此设置具体边界条件使温室达到的一个环境因子稳定平衡的状态 但是实际的温室内部环境十分复 杂且实时变化 并不能完全准确的模拟出温室内的具体概况 只能模拟一个相对稳定理想状态 控制方 程通用形式 nullnull null null nullnull nullnullnullnull null null nullnullnullnull nullnullnullnullnullnull nullnull null 式中 表示通用变量 nullnull 为广义扩散系数 null 为广义源项 null null 为通过控制体表面的对流量 nullnullnullnull 网格划分 试验采用的是双层拱架塑料大棚模型 运用 nullnullnullnull 软件中的非结构化网格进行网格划分 这有利于提 高模型的计算精度 nullnull 在温度变化较大的地方进行网格加密 网格质量为 nullnullnull 最小网格体积 nullnullnullnullnull null 最 大网格体积 nullnullnullnullnull null 共生成网格 nullnullnullnullnullnullnull 个网格 用计算机进行数值模拟 nullnullnullnull 边界条件设置 导入 nullnullnullnullnullnull 软件进行数值求解 由于大棚内气流近似于稳态因此模拟选用 nullnullnullnullnullnullnull 湍流模型和 nullnull 辐 射模型 近壁区采用标准壁面函数进行模拟 控制方程采用基于有限体积的离散方法 压力 null 速度耦合求解 器 选用 nullnullnullnullnullnull 算法 动量和湍流动能选用二阶迎风离散格式 整个温室内流体为空气 并设置空气属性 为不可压缩的理想气体 在重力方向设置重力加速度 nullnullnullnullnull null null 围护结构边界类型设置为无滑移壁面 温 度采用红外测温仪进行测量 nullnull 结果与分析 nullnullnullnullnullnullnull 模拟结果分析 图 null null nullnullnullnull 温度云图 图 null null nullnullnullnull 截面速度分布云图 nullnull 根据温度分布云图分析 在 nullnullnullnullnull 截面处中部的温度高于东西两侧 这是由于受的太阳辐射较大 造 成了东西侧温度分布不均匀的结果 见图 null 在 nullnullnullnullnull 截面的速度云图可以发现在门处空气流速最大 见 nullnull null 现代化农业 nullnullnullnullnullnull 年第 null期 总第 nullnullnull期 null nullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnull 图 null 而在温室内其他地方速度均匀分布 是因为温室门开动以及冷风渗透所导致 这种边界条件在采用 数值模拟时很难实现 并且本文在模拟过程中忽略了温室内作物对温度场和速度场的影响 同时 分析可得 在温室的垂直方向上 温度存在着明显的梯度分布 从地面到顶部温度逐渐上升 但是由于顶部覆盖材料可 以直接吸收太阳辐射 使得此处温度梯度出现剧烈变化 在水平方向上 温室内中部区域温度较高 nullnullnullnull 模拟结果测试 通过采用美国 nullnullnullnullnull 公司生产的 nullnullnullnullnullnullnull 无线蓝牙温湿度记录仪将采集各测量点实测值与所得的模 拟值绘制折线图 null 判断实测与模拟值的变化趋势是否吻合 采用相对误差的检验方式 对所得各测量点模 拟值与实际测量值的多点平均值进行比较 相对误差小于 nullnullnull 时 则认为该模型可行 相对误差法的计算见 公式如下 nullnull nullnullnullnullnullnullnull nullnull nullnullnullnullnull null 式中 nullnull 为模拟值 nullnull 为实测平均值 试验实测值与模拟值的相对误差小于 nullnullnull 模型可行 网格数量增加 收敛时间也随之增加 但网格数量较少时 其计算值与模型实验对比误差较大 nullnull 网格 数量对模拟结果具有极大影响 网格数量过少时 计算值的误差也较大 而当网格数过多时 模拟结果变化差 异不大 nullnull 为了验证 nullnullnull 模拟结果的准确性 测量了温室大棚各点的温湿度变化情况 试验从 nullnullnullnull 年 nullnull 月 nullnull 日 nullnull nullnull 到 nullnull 月 nullnull 日 nullnull nullnull 进行 测试时温室的门全部封闭 测试天气均为阴 测量室内外气象参 数 测试仪器有温卷尺 温湿度传感器 红外线测距仪等 数据采集频率每 nullnullnullnull 采集 null 次温湿度 测试期间 气象参数相对稳定 测点温湿度由温湿度传感器采集 采样结束后 所有测试数据均取均值处理 如图 null 所 示虽然实测结果与模拟结果存在一定差异 但是最大误差在 nullnullnull 以内 从整体上看温湿度的变化趋势一致 说明对温室的模拟结果成功 所建 nullnullnull 模型有效 nullnullnullnull nullnullnullnull 图 null null 模拟值与实测值的比较 nullnull null 现代化农业 nullnullnullnullnullnull 年第 null期 总第 nullnullnull期 null nullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnull nullnull 结论 根据研究建立的温室大棚的三维模型以及实地测量得出 null 模拟结果表明在温室垂直方向上 温度存在 着明显的梯度分布 从地面到顶部温度逐渐上升 但是由于顶部覆盖材料可以直接吸收太阳辐射 使得此处 温度梯度出现剧烈变化 在水平方向上 温室内中部区域温度较高 null 测量结果表明室内温度与相对湿度 的变化趋势是相反的 温度高时相对湿度小 温度低时相对湿度大 测试期间 室内平均最高温度 nullnullnull 最 低温度 nullnullnullnull 室内最大相对湿度 nullnullnull 最小相对湿度 nullnullnullnullnull null 通过 nullnullnull 模拟各测点平均温湿度与与实 测值进行对比 模拟值与实测值相对误差在 nullnullnull 以内 模拟与实测温室内的温湿度变化趋势基本吻合 nullnull 参考文献 null null 尹奎超 null某温室大棚自然通风的 nullnullnull模拟分析 null null建筑热能通风空调 nullnullnullnull nullnull null nullnull nullnullnullnull null null 肖玉锋 null基于积温理论和 nullnullnull方法的北方草莓日光温室环境监控系统研究与开发 null null沈阳 沈阳农业大学 nullnullnullnullnull null null 赵融盛 蔡泽林 杨志 等 null侧通风口高度对塑料温室气流及温湿度的影响 null null中国农业大学学报 nullnullnullnull nullnull null nullnullnull nullnullnullnullnull null null 佟国红 李保明 nullnullnullnullnull nullnull 等 null用 nullnullnull方法模拟日光温室温度环境初探 null null农业工程学报 nullnullnullnull null nullnullnullnullnullnullnullnull null null 佟国红 张国强 nullnullnullnullnullnullnull nullnull 等 null猪舍内气流变化的模拟研究 null null沈阳农业大学学报 nullnullnullnull null nullnullnullnullnullnullnullnull null null 王成哲 null两类典型温室大棚机械通风气流组织及优化研究 null null西安 西安建筑科技大学 nullnullnullnullnull null null 单天禹 null水幕大棚 nullnullnull数值模拟及热效能分析 null null大庆 黑龙江八一农垦大学 nullnullnullnullnull null null 孙鑫 null大跨度塑料大棚热环境及有限元模拟分析 null null泰安 山东农业大学 nullnullnullnullnull null null 邓书辉 施正香 范淋佳 等 null基于 nullnullnull的开放式牛舍扰流风机安装参数优化 null null农业机械学报 nullnullnullnull nullnull nullnull nullnullnull nullnullnullnullnull nullnull null 王校帅 null基于 nullnullnull的畜禽舍热环境模拟及优化研究 null null杭州 浙江大学 nullnullnullnullnull nullnull null 唐家鹏 nullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnull超级学习手册 null null北京 人民邮电出版社 nullnullnullnullnull nullnull null 何国敏 汪小旵 孙国祥 null现代化温室自然通风时湿热环境 nullnullnull模拟研究 null null西南大学学报 自然科学版 nullnullnullnull nullnull null nullnullnullnullnullnullnullnull nullnull null 路文渊 贾蕾 null日光温室稳态温度场的数值模拟 null null山西建筑 nullnullnullnull nullnull null nullnullnull nullnullnullnullnull nullnull null 冯静安 唐小琦 王卫兵 等 null基于网格无关性与时间独立性的数值模拟可靠性的验证方法 null null石河子大学学报 自然科 学版 nullnullnullnull nullnull null nullnull nullnullnullnull nullnullnull 基于乡村振兴视角的我国农业数字化发展刍议 马行智 菲律宾巴利瓦格大学 研究生院 布拉干 巴利瓦格 nullnullnullnull 摘要 农业数字化是当前世界各国现代农业主要的转型方式 也是我国乡村产业振兴发展的新型手段 近年 来 我国现代农业向农业数字化转型的步伐越来越快且效果明显 逐步成为我国农业农村发展的中流砥柱 通过 阐述数字农业的概念及农业数字化发展的趋势益处 分析我国农业数字化发展的现状和面临的挑战 从而指出我 国农业数字化转型过程中出现的问题和疏漏 并对其存在的难点和问题提出具有完善意义的建议 旨为促进我国 农业农村数字化发展 推动乡村产业振兴具有一定的启示价值 关键词 挑战 展望 乡村振兴 农业数字化 发展 随着数字技术的迅猛发展 全球正在步入数字化时代 如今大数据 nullnull 人工智能 云计算 nullnull 等数字技 术新业态层出不穷 各行各业都积极地响应 并与之深度融合 这为数字农业的发展和创新提供了有利的契 机 尤其是近些年我国农村电商数字化 乡村治理数字化等技术的成功运用 为我国乡村振兴发展提供了便 利和基础 因此 数字农业是推动乡村振兴的重要举措 也是实现农业农村振兴发展的必由之路 nullnullnullnull 年 null 月发布的 中华人民共和国国民经济和社会发展第十四个五年规划和 nullnullnullnull 年远景目标纲要 中提出加快发 展智慧农业 推进农业生产经营和管理服务的数字化改造 nullnullnullnull 年 null 月农业农村部印发 关于加快农业全 收稿日期 nullnullnullnull nullnullnullnullnullnull 作者简介 马行智 nullnullnullnull null 男 安徽马鞍山人 在读博士 主要从事农业经济管理 企业管理研究 nullnull null 现代化农业 nullnullnullnullnullnull 年第 null期 总第 nullnullnull期 null nullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnull