基于CFD冬季溫室大棚的模擬分析.pdf

基于 nullnullnull 冬季溫室大棚的模擬分析 李夏青 null 鄧書輝 null 汝 null 林 null 楊 null 龍 null 黑龍江八一農墾大學 nullnull土木水利學院 nullnull工程學院 黑龍江 大慶 nullnullnullnullnullnull 摘要 為了研究在冬季溫室大棚內溫度場和濕度場 對黑龍江省大慶市某大棚進行計算流體力學研究 對溫室 采用 nullnullnull nullnullnullnull 湍流模型以及 nullnull輻射模型建立相應的數值模擬 對溫室大棚中的溫度場進行 nullnullnull模擬 并對溫室 中的實測值進行分析比較 得到在冬季情況下溫濕大棚內溫度場和濕度場的分布規(guī)律 驗證各測點的實測值與模 擬值的相對誤差 結果表明在冬季情況下溫室大棚內進行 nullnullnull數值模擬時 由于溫室內沒有通風 室內的氣體流 動是由于室內外溫差引起的熱壓作用產生的 在溫室的垂直方向上 溫度存在著明顯的梯度分布 從地面到頂部 溫度逐漸上升 但是由于頂部覆蓋材料可以直接吸收太陽輻射 使得此處溫度梯度出現劇烈變化 在水平方向上 溫室內中部區(qū)域溫度較高 相對濕度變化趨勢與溫度變化趨勢相反 實測結果也與 nullnullnull模擬結果接近 表明 nullnullnull 模擬溫室內溫 濕度情況真實有效 關鍵詞 溫室大棚 nullnullnull模型 相對濕度 自然通風 nullnull 引言 近年來我國溫室大棚多以塑料大棚日光溫室等簡易溫室為主 隨著現代科技的發(fā)展 nullnullnull 技術被廣泛 的應用于農業(yè)大棚 null nullnull nullnullnull 可以通過對模型的建模和數學模擬分析 以質量 動量 能量三大守恒定律為數 據計算的理論分析 佟國紅 null null 等對日光溫窒內環(huán)境進行 nullnullnull 模擬 采用實際測量的風速和溫度值作為邊 界條件 研究發(fā)現模擬得到的空氣和土壤兩者的溫度與實測值的變化規(guī)律是一致的 同年 又對一個 nullnullnullnullnullnull 的等比例豬舍模型進行了三維穩(wěn)態(tài)模擬 對比模擬的氣流速度與舍內的實測速度值 研究發(fā)現氣流入口處的 端動能 null 及耗散率 null 會對舍內氣流速度的模擬結果產生影響 王成哲 null 用 nullnullnull 模擬拱形棚和單坡棚兩種 典型溫室大棚的通風情況 并進行對比和優(yōu)化 單天禹 null 采用 nullnullnull 模擬水幕大棚的溫度場 研究其特點及 相對于水幕對大棚溫度的影響 孫鑫 null 基于 nullnullnullnullnullnullnullnullnull 軟件建立三座新型塑料大棚的 nullnullnull 模型 研究塑 料大棚內部不同區(qū)域和不同塑料大棚相同區(qū)域的溫度場分布規(guī)律 為模擬不同邊界條件下棚內的溫度場 氣 流場提供理論基礎 鄧書輝 null 等在天津市某開放式牛舍氣流場實測的基礎上 采用 nullnullnull 軟件 建立了 nullnull 組 不同的幾何模型 分析風機安裝高度和傾角等風機安裝參數對擾流效果的影響 結果表明 風機安裝高度對 擾流效果影響不大 風機角度對擾流效果有影響 不同的風機角度對擾流效果的影響也不同 當在臥欄上方 設置的風機角度為 nullnullnull 頸枷上方設置的風機角度為 nullnullnull 時擾流效果最好 王校帥 nullnull 采用 nullnullnullnullnullnull 軟件 以浙 江省代表性的分娩母豬舍和蛋雞舍為研究對象 運用 nullnullnullnullnullnullnull 湍流模型對舍內的氣流場 溫度場和濕度場 進行三維穩(wěn)態(tài)模擬 并評估其熱環(huán)境質量 文章是國內首次運用 nullnullnull 對畜禽舍內濕度場進行模擬 發(fā)現對 于母豬舍而言 濕簾通風系統(tǒng)在高溫夏季不能很好滿足舍內母豬與仔豬對環(huán)境的要求 對蛋雞舍而言 模擬 結果發(fā)現現有通風系統(tǒng)在通風降溫和通風組織方面存在不足 無法滿足蛋雞對環(huán)境的要求 為此 運用 nullnullnull 技術研究溫室自然通風 借助 nullnullnull 技術模擬溫室內溫度場和氣流場的變化情況 研究溫室大棚自然通 風下的氣流特征及溫度流場特點 然后結合湍流模型和輻射模型對溫室大棚里的氣流模式及溫濕度進行模 擬和預測 并將實際測量值與模擬值對比計算出誤差 nullnull 材料與方法 nullnullnullnull 溫室模型 研究選取了黑龍江省大慶市黑龍江八一農墾大學試驗基地的溫室大棚 試驗依據實地測量對長 收稿日期 nullnullnullnull nullnullnullnullnullnull 基金項目 奶牛舍臥床旋耕平整裝置研究 nullnullnullnullnullnullnull nullnullnull 作者簡介 李夏青 nullnullnullnull null 女 陜西扶風人 碩士 主要從事空氣源熱泵在嚴寒地區(qū)育雛鵝舍中的應用研究 通訊作者 鄧書輝 nullnullnullnull null 男 黑龍江雞東人 博士 碩士生導師 教授 主要從事設施養(yǎng)殖過程控制與環(huán)境 建筑節(jié)能研究 nullnull null 現代化農業(yè) nullnullnullnullnullnull 年第 null期 總第 nullnullnull期 null nullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnull nullnullnullnullnullnull 寬 nullnullnullnullnullnull 高 nullnullnullnullnull 的溫室大棚進行建模 以笛卡爾坐標系為基礎 確定塑料溫室正西方向為 null 軸正向 正南方向為 null 軸正向 高度方向為 null 軸正 向 以溫室正門中點為零點 如圖 null 所示建立空間 直角坐標系 在 nullnullnullnull 軟件中采用由點到線 由線 到面 建立溫室大棚的三維模型 之后再對其進行網 格劃分 試驗選取 null 個測量點如圖 null 所示 平面坐 標以門的中心為坐標原點 距離地面的高度約為 nullnullnullnullnull 處 null 個測點 nullnullnullnullnull 處 null 個測點 nullnullnullnullnullnull 處 null 個測點 nullnullnullnullnullnull 處 null 個測點 nullnullnullnullnullnull 處 null 個 測點 nullnullnullnullnullnull 處 null 個測點 分別測量溫室大棚內的 風速 溫度與相對濕度 nullnullnullnull 數學模型 圖 null null 溫室大棚測點布置圖 nullnull 該模型滿足質量守恒定律和動量守恒定律 且假定溫室內空氣為不可壓縮湍流 在該模擬研究中 對于溫室所處環(huán)境作了簡化處理 模擬的是一個穩(wěn)態(tài)環(huán)境 即沒有機械通風處整個室內處于封閉狀態(tài) 針 對此設置具體邊界條件使溫室達到的一個環(huán)境因子穩(wěn)定平衡的狀態(tài) 但是實際的溫室內部環(huán)境十分復 雜且實時變化 并不能完全準確的模擬出溫室內的具體概況 只能模擬一個相對穩(wěn)定理想狀態(tài) 控制方 程通用形式 nullnull null null nullnull nullnullnullnull null null nullnullnullnull nullnullnullnullnullnull nullnull null 式中 表示通用變量 nullnull 為廣義擴散系數 null 為廣義源項 null null 為通過控制體表面的對流量 nullnullnullnull 網格劃分 試驗采用的是雙層拱架塑料大棚模型 運用 nullnullnullnull 軟件中的非結構化網格進行網格劃分 這有利于提 高模型的計算精度 nullnull 在溫度變化較大的地方進行網格加密 網格質量為 nullnullnull 最小網格體積 nullnullnullnullnull null 最 大網格體積 nullnullnullnullnull null 共生成網格 nullnullnullnullnullnullnull 個網格 用計算機進行數值模擬 nullnullnullnull 邊界條件設置 導入 nullnullnullnullnullnull 軟件進行數值求解 由于大棚內氣流近似于穩(wěn)態(tài)因此模擬選用 nullnullnullnullnullnullnull 湍流模型和 nullnull 輻 射模型 近壁區(qū)采用標準壁面函數進行模擬 控制方程采用基于有限體積的離散方法 壓力 null 速度耦合求解 器 選用 nullnullnullnullnullnull 算法 動量和湍流動能選用二階迎風離散格式 整個溫室內流體為空氣 并設置空氣屬性 為不可壓縮的理想氣體 在重力方向設置重力加速度 nullnullnullnullnull null null 圍護結構邊界類型設置為無滑移壁面 溫 度采用紅外測溫儀進行測量 nullnull 結果與分析 nullnullnullnullnullnullnull 模擬結果分析 圖 null null nullnullnullnull 溫度云圖 圖 null null nullnullnullnull 截面速度分布云圖 nullnull 根據溫度分布云圖分析 在 nullnullnullnullnull 截面處中部的溫度高于東西兩側 這是由于受的太陽輻射較大 造 成了東西側溫度分布不均勻的結果 見圖 null 在 nullnullnullnullnull 截面的速度云圖可以發(fā)現在門處空氣流速最大 見 nullnull null 現代化農業(yè) nullnullnullnullnullnull 年第 null期 總第 nullnullnull期 null nullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnull 圖 null 而在溫室內其他地方速度均勻分布 是因為溫室門開動以及冷風滲透所導致 這種邊界條件在采用 數值模擬時很難實現 并且本文在模擬過程中忽略了溫室內作物對溫度場和速度場的影響 同時 分析可得 在溫室的垂直方向上 溫度存在著明顯的梯度分布 從地面到頂部溫度逐漸上升 但是由于頂部覆蓋材料可 以直接吸收太陽輻射 使得此處溫度梯度出現劇烈變化 在水平方向上 溫室內中部區(qū)域溫度較高 nullnullnullnull 模擬結果測試 通過采用美國 nullnullnullnullnull 公司生產的 nullnullnullnullnullnullnull 無線藍牙溫濕度記錄儀將采集各測量點實測值與所得的模 擬值繪制折線圖 null 判斷實測與模擬值的變化趨勢是否吻合 采用相對誤差的檢驗方式 對所得各測量點模 擬值與實際測量值的多點平均值進行比較 相對誤差小于 nullnullnull 時 則認為該模型可行 相對誤差法的計算見 公式如下 nullnull nullnullnullnullnullnullnull nullnull nullnullnullnullnull null 式中 nullnull 為模擬值 nullnull 為實測平均值 試驗實測值與模擬值的相對誤差小于 nullnullnull 模型可行 網格數量增加 收斂時間也隨之增加 但網格數量較少時 其計算值與模型實驗對比誤差較大 nullnull 網格 數量對模擬結果具有極大影響 網格數量過少時 計算值的誤差也較大 而當網格數過多時 模擬結果變化差 異不大 nullnull 為了驗證 nullnullnull 模擬結果的準確性 測量了溫室大棚各點的溫濕度變化情況 試驗從 nullnullnullnull 年 nullnull 月 nullnull 日 nullnull nullnull 到 nullnull 月 nullnull 日 nullnull nullnull 進行 測試時溫室的門全部封閉 測試天氣均為陰 測量室內外氣象參 數 測試儀器有溫卷尺 溫濕度傳感器 紅外線測距儀等 數據采集頻率每 nullnullnullnull 采集 null 次溫濕度 測試期間 氣象參數相對穩(wěn)定 測點溫濕度由溫濕度傳感器采集 采樣結束后 所有測試數據均取均值處理 如圖 null 所 示雖然實測結果與模擬結果存在一定差異 但是最大誤差在 nullnullnull 以內 從整體上看溫濕度的變化趨勢一致 說明對溫室的模擬結果成功 所建 nullnullnull 模型有效 nullnullnullnull nullnullnullnull 圖 null null 模擬值與實測值的比較 nullnull null 現代化農業(yè) nullnullnullnullnullnull 年第 null期 總第 nullnullnull期 null nullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnull nullnull 結論 根據研究建立的溫室大棚的三維模型以及實地測量得出 null 模擬結果表明在溫室垂直方向上 溫度存在 著明顯的梯度分布 從地面到頂部溫度逐漸上升 但是由于頂部覆蓋材料可以直接吸收太陽輻射 使得此處 溫度梯度出現劇烈變化 在水平方向上 溫室內中部區(qū)域溫度較高 null 測量結果表明室內溫度與相對濕度 的變化趨勢是相反的 溫度高時相對濕度小 溫度低時相對濕度大 測試期間 室內平均最高溫度 nullnullnull 最 低溫度 nullnullnullnull 室內最大相對濕度 nullnullnull 最小相對濕度 nullnullnullnullnull null 通過 nullnullnull 模擬各測點平均溫濕度與與實 測值進行對比 模擬值與實測值相對誤差在 nullnullnull 以內 模擬與實測溫室內的溫濕度變化趨勢基本吻合 nullnull 參考文獻 null null 尹奎超 null某溫室大棚自然通風的 nullnullnull模擬分析 null null建筑熱能通風空調 nullnullnullnull nullnull null nullnull nullnullnullnull null null 肖玉鋒 null基于積溫理論和 nullnullnull方法的北方草莓日光溫室環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)研究與開發(fā) null null沈陽 沈陽農業(yè)大學 nullnullnullnullnull null null 趙融盛 蔡澤林 楊志 等 null側通風口高度對塑料溫室氣流及溫濕度的影響 null null中國農業(yè)大學學報 nullnullnullnull nullnull null nullnullnull nullnullnullnullnull null null 佟國紅 李保明 nullnullnullnullnull nullnull 等 null用 nullnullnull方法模擬日光溫室溫度環(huán)境初探 null null農業(yè)工程學報 nullnullnullnull null nullnullnullnullnullnullnullnull null null 佟國紅 張國強 nullnullnullnullnullnullnull nullnull 等 null豬舍內氣流變化的模擬研究 null null沈陽農業(yè)大學學報 nullnullnullnull null nullnullnullnullnullnullnullnull null null 王成哲 null兩類典型溫室大棚機械通風氣流組織及優(yōu)化研究 null null西安 西安建筑科技大學 nullnullnullnullnull null null 單天禹 null水幕大棚 nullnullnull數值模擬及熱效能分析 null null大慶 黑龍江八一農墾大學 nullnullnullnullnull null null 孫鑫 null大跨度塑料大棚熱環(huán)境及有限元模擬分析 null null泰安 山東農業(yè)大學 nullnullnullnullnull null null 鄧書輝 施正香 范淋佳 等 null基于 nullnullnull的開放式牛舍擾流風機安裝參數優(yōu)化 null null農業(yè)機械學報 nullnullnullnull nullnull nullnull nullnullnull nullnullnullnullnull nullnull null 王校帥 null基于 nullnullnull的畜禽舍熱環(huán)境模擬及優(yōu)化研究 null null杭州 浙江大學 nullnullnullnullnull nullnull null 唐家鵬 nullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnull超級學習手冊 null null北京 人民郵電出版社 nullnullnullnullnull nullnull null 何國敏 汪小旵 孫國祥 null現代化溫室自然通風時濕熱環(huán)境 nullnullnull模擬研究 null null西南大學學報 自然科學版 nullnullnullnull nullnull null nullnullnullnullnullnullnullnull nullnull null 路文淵 賈蕾 null日光溫室穩(wěn)態(tài)溫度場的數值模擬 null null山西建筑 nullnullnullnull nullnull null nullnullnull nullnullnullnullnull nullnull null 馮靜安 唐小琦 王衛(wèi)兵 等 null基于網格無關性與時間獨立性的數值模擬可靠性的驗證方法 null null石河子大學學報 自然科 學版 nullnullnullnull nullnull null nullnull nullnullnullnull nullnullnull 基于鄉(xiāng)村振興視角的我國農業(yè)數字化發(fā)展芻議 馬行智 菲律賓巴利瓦格大學 研究生院 布拉干 巴利瓦格 nullnullnullnull 摘要 農業(yè)數字化是當前世界各國現代農業(yè)主要的轉型方式 也是我國鄉(xiāng)村產業(yè)振興發(fā)展的新型手段 近年 來 我國現代農業(yè)向農業(yè)數字化轉型的步伐越來越快且效果明顯 逐步成為我國農業(yè)農村發(fā)展的中流砥柱 通過 闡述數字農業(yè)的概念及農業(yè)數字化發(fā)展的趨勢益處 分析我國農業(yè)數字化發(fā)展的現狀和面臨的挑戰(zhàn) 從而指出我 國農業(yè)數字化轉型過程中出現的問題和疏漏 并對其存在的難點和問題提出具有完善意義的建議 旨為促進我國 農業(yè)農村數字化發(fā)展 推動鄉(xiāng)村產業(yè)振興具有一定的啟示價值 關鍵詞 挑戰(zhàn) 展望 鄉(xiāng)村振興 農業(yè)數字化 發(fā)展 隨著數字技術的迅猛發(fā)展 全球正在步入數字化時代 如今大數據 nullnull 人工智能 云計算 nullnull 等數字技 術新業(yè)態(tài)層出不窮 各行各業(yè)都積極地響應 并與之深度融合 這為數字農業(yè)的發(fā)展和創(chuàng)新提供了有利的契 機 尤其是近些年我國農村電商數字化 鄉(xiāng)村治理數字化等技術的成功運用 為我國鄉(xiāng)村振興發(fā)展提供了便 利和基礎 因此 數字農業(yè)是推動鄉(xiāng)村振興的重要舉措 也是實現農業(yè)農村振興發(fā)展的必由之路 nullnullnullnull 年 null 月發(fā)布的 中華人民共和國國民經濟和社會發(fā)展第十四個五年規(guī)劃和 nullnullnullnull 年遠景目標綱要 中提出加快發(fā) 展智慧農業(yè) 推進農業(yè)生產經營和管理服務的數字化改造 nullnullnullnull 年 null 月農業(yè)農村部印發(fā) 關于加快農業(yè)全 收稿日期 nullnullnullnull nullnullnullnullnullnull 作者簡介 馬行智 nullnullnullnull null 男 安徽馬鞍山人 在讀博士 主要從事農業(yè)經濟管理 企業(yè)管理研究 nullnull null 現代化農業(yè) nullnullnullnullnullnull 年第 null期 總第 nullnullnull期 null nullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnull