日光温室热环境数值模拟与通风特性研究

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日光温室作为设施农业最重要的部分之一,是我国北方的冬季主要的农业生产设施,其具有较高的保温性能,保证了北方实现生产跨季节作物具有重要意义;而合适的温湿度环境能够有效促进作物的健康生长、减少作物病害和变质。为进一步明确冬季日光温室温湿的分布,分别对处于冬季的日光温室进行温度、湿度的测试,并进行温度场的CFD建模进行模拟;通过建立温湿度测量系统,对CFD模型验证和完善,通过模拟数据进一步分析温室温度场的分布,为进一步研究改善温室的温湿度分布提供依据。夏季在无风或低风速条件下的提升温室通风效率,保证作物的二氧化碳的供给,则显得尤为必要。以郑州地区气候环境为背景,通过建立CFD温室三维热压通风模型进行模拟,以加高天窗高度、改变天窗的面积来研究温室内部温度分布、压力分布、流场及天窗出口流量的变化情况,为进一步研究温室热压通风提供理论依据。本文主要研究结论如下:(1)得到了冬季日光温室1/2,1/4南北向截面的温度分布;温室两截面前面该点温度分别为27.5℃、26.8℃,靠近后墙两点温度取平均值分别为29.7℃、29.5℃,中间两点取平均值分别为32.2℃、30.4℃,温室前面温度最低,靠近后墙出温度次之,中间两点温度最高;通过CFD进行模拟可知,模拟的温度分布。温室前面三角区域的温度处最低,温室前面三角区域低温空气向后运动至温室中央,导致温室中央存在低温气团,运动至后墙的低温空气由于有太阳辐射通过对流及辐射被加热后上升,且温室中央低温气团由于位置处于中间不易扩散持续形成低温区域。(2)冬季日光温室湿度与温度的关系及白天与夜间湿度的变化关系。在温室内温度与湿度呈负相关;白天中午前后温度最高湿度最低处于50%-65%,夜晚温度较低湿度处于最高时刻在85%-95%且持续处于饱和状态。(3)天窗面积及高度对夏季温室热压通风效率影响。加高部分的天窗内部处于负压区,加高后的天窗提升了天窗出口流速有效提升了空气流量;增加天窗面积有效的提升了天窗出风口流量,在天窗面积与温室占地面积之比2%-4%流量增速较高,4%-6%流量增速明显下降,当增加至4%后,天窗出口流量的增速会有明显下降;由于热压通风依靠来自太阳的热源,产生的内部风速较为稳定,加高天窗后不仅提升天窗出口空气流量,而且提升了温室内风速,对植物补充二氧化碳,调节室内微气候等方面有明显益处。综上所述,冬季日光温室南北向截面的温度分布并不均匀,温度与湿度在一天当中的变化呈负相关,需要注意局部低温环境以及湿度变化对于作物的影响,提高天窗高度能够有效提升温室空气流量。
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