基于CFD技术的大跨度温室喷雾降温热环境模拟

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大跨度温室作为一种新型南北走向的钢骨架覆膜温室,解决了传统日光温室土地利用率低、空间狭小的问题。本论文以没有栽种作物的新型大跨度温室为研究对象,研究温室的通风和喷雾降温情况,将室外及室内环境的实测值作为边界条件,利用计算流体力学(computational fluid dynamics,CFD)软件构建三维稳态大跨度温室模型,模拟自然通风条件下及喷雾降温条件下的大跨度温室内的环境分布,为大跨度温室的通风及喷雾降温方式的研究提供相应的依据。1.利用CFD技术模拟了典型晴天下的大跨度温室自然通风条件下的温室内的温度场和气流场,将实测数值作为CFD模拟的边界条件,将各测点的测量值与模拟值进行比较,平均相对误差为4.1%,表明模拟值与实测值吻合良好。模拟结果显示,大跨度温室上通风口及侧通风口全开时,温室内温度分布较均匀。温室通风口开度一定时,温室内通风率与室外风速呈显著线性正相关。考虑温室内温度及风速对作物的影响,以降温为主要目的时,建议通风口开度取75%100%,若室外风速大于3m·s-1且室内温度能满足作物生长,则建议通风口开度小于75%。2.我国北方地区夏季气温较高,温室内温度更是高于作物适宜的生长温度,难以使用,温室利用率低。对大跨度温室进行喷雾降温现场试验,在不同的天气情况下,夏季喷雾降温相对于自然通风能够降低空气平均温度3.5℃左右,说明了喷雾降温系统在大跨度温室可以达到降温的效果。分析了60s开300s关、90s开300s关和120s开300s关三种喷雾运行模式喷雾蒸发冷却效率,三者的蒸发冷却效率分别为26.3%、39.4%和47.2%,从降温效果及喷雾蒸发冷却效率结合来看,120s开300s关的降温效果最为理想。3.利用CFD技术模拟了典型晴天下的大跨度温室自然通风结合喷雾降温条件下温室内的温度场和湿度场分布,将实测数值作为CFD模拟的边界条件,将各测点的测量值与模拟值进行比较,温度和湿度平均相对误差分别为10.5%和9.9%,表明模拟值与实测值吻合良好。通过验证的模型模拟了不同风速和布局下的温室内部环境变化,当室外风速为1 m·s-1时,第三种喷雾布局温室内部的温度内平均温度最低,为31.2℃,室内的温度分布最均匀。
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