随着风机技术的发展,风机在茶园防霜方面的应用逐渐趋于主流,相较于传统的烟熏、覆盖、灌水等防霜方法,风机防霜具有机械化、自动化、效率高及效果好等优势。然而国内外在风机防霜方面的研究大多基于试验开展,试验研究只能从宏观方面研究风机防霜的效果,并没有对风机防霜的本质进行深入研究。因此借助于新的研究方法,对风机作用下流场特性和温度变化进行研究具有重要意义。本文主要创新性工作及研究内容如下:1.介绍了风机在防霜领域的工作原理、应用及发展,特别介绍了风机作用下气流扰动特性的研究现状以及相应的国内外研究趋势。介绍了茶园倒春寒气象现象以及逆温层的形成原因,并将逆温层的温度变化分布特性数值化以将其用于后述的数值计算和分析。研究形成逆温层的因素在数值计算中的作用。较详细的研究了风机防霜启动时机及垂直空间上逆温分布特性。2.分析了风机防霜类型及防霜面积,结合研究目的选定圆弧板叶型进行风机结构设计。对比了不同的叶型曲面设计方法,采用等环量设计方法计算设计半径及叶片形状。计算设计点在笛卡尔坐标系下的坐标,并利用MATLAB进行曲面拟合。3.对风机模型进行三维建模,分别对网格划分、边界条件设置、控制方程及湍流模型、网格无关性进行了研究分析。利用数值计算方法研究了风机的性能,发现在转速相同时,三种风机的流量基本相同,但三叶片风机的效率最高,稳定性较好。4.对风机防霜物理模型进行三维建摸,选用SST k–ω湍流模型。对茶树冠层处气流流动特性及温度变化进行了研究,发现茶树冠层处气流速度与转速成正比,而某些区域的温度随着转速的增加先升高后降低,但整个冠层的平均温度随转速的增加而升高。5.研究了空间上流场特性与转速的关系,发现该模型的转速增加到某一临界值时,会形成一个近似三角行的螺旋流,螺旋流的单边宽度在1.5 m左右,半径约3~5m。但是旋涡中心向风机左侧偏移,旋涡中心与风机中心的连线与水平的夹角约为15.83°,但旋涡中心与风机中心的距离随着转速增加变化不明显。经过精确计算,本模型风机的俯角为50.9°时,螺旋流对茶树冠层的作用面积达到最大。6.研究了空间上螺旋流与温度变化的关系,发现螺旋流空间上的温度分布比较均匀,与初始时相比有较大提高,且平均温度随着转速的增加而增加。