基于CFD的Venlo温室夏季组合降温措施模拟研究

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1、2015年3月农机化研究第3期基于CFD的Venlo温室夏季组合降温措施模拟研究1，21周伟，汪小旵(1．南京农业大学工学院/江苏省智能农业装备重点实验室，南京210031;2．新疆农业大学，乌鲁木齐830052)摘要:针对我国南方地区夏季高温高湿的气候条件，对采用天窗、外遮阳、内喷雾降温措施的试验Venlo温室内温度状况进行了模拟研究。以室外气候参数为边界条件，考虑作物和环境的相互作用，内喷雾系统和室内环境的质热交换以源项的形式加入到控制方程中，采用CFD(computationalfluiddynamics)中的稳态方法求解控制方程，模拟Venlo

2、型温室不同调控措施及组合下的温室内温度分布特点，分析各种调控措施的调控效果。模拟结果表明:采用加入源项的方法模拟内喷雾系统和室内空气的质热交换，其模拟值和实测值均方根误差ＲMSB为0．5144℃，最大绝对误差为0．75℃，平均相对误差为1．3%，说明所建立的CFD模型有效。3种降温措施下，以外遮阳+自然通风的降温贡献率最大(80．6%)，能耗最高的喷雾系统降温贡献率仅为34．8%，较高的环境湿度影响了喷雾系统的降温效率。CFD夏季降温模型的建立为温室作物系统的环境控制策略的制定提供了科学依据。关键词:Venlo温室;降温;自然通风;外遮阳;喷雾;CFD

3、中图分类号:S161．2;S625．5文献标识码:A文章编号:1003－188X(2015)03－0020－05DOI:10.13427/j.cnki.njyi.2015.03.005制中都起到了重要作用。温室环境CFD模拟模型的0引言最大优点是可通过模型的输入输出，全面认识与了解在温室作物生产管理系统中，环境控制的最佳策温室的结构特征、外界的气象条件以及作物生长等参［1］，实行优化控制策略的［7］略已经成为非常关键的主题数对温室内部小气候环境的影响，且数值模拟不受前提是要充分了解室外气候条件和室内调控设施对试验条件限制，可以快速得到任意组合下所需要的

4、信温室小气候环境的影响。我国南方地区夏季温度普［8－10］息。国内外学者应用CFD技术建立了自然通风、遍较高，尤其南京地区6～7月份，其较高的温湿度和机械通风、湿帘－风机系统等降温措施作用下的温室较低的光照，严重影响现代化温室的生产，模拟、分析环境CFD模型，其研究结果重点是建立CFD模型并这段时间的温室小气候特征和各种降温措施的降温说明其有效，或者用于温室结构设计和优化。作为蒸效果，可以为制定最优的温室环境控制策略提供有力发降温措施之一的内喷雾系统CFD模拟研究却较少。［2］的依据。国内外有关温室环境因子的调控文献很［11－12］现有的研究以离散相模

5、型来分析由喷雾液滴和［3－6］多，各国学者对温室的各种降温措施如自然通风、温室内空气的质热交换过程，采用离散相模型虽然能遮阳、风机结合湿垫、喷雾降温等进行了对比实验研有效地模拟液滴在下降过程中的蒸发和扩散，但计算究，分析了各种降温措施对温室夏季降温的效果。目代价大且参数设置复杂，一些参数如喷嘴模型、液滴前，大多数的研究结论都是建立在大量的试验数据之表面积、液滴表面张力等都难以确定。通过分析喷雾上，在一个新的控制系统中建立相应的模型必须经过系统和温室内空气的能量和质量平衡方程，把喷雾系一段时间测试运行获得数据后才能用于实际的生产，统和室内空气的显热和潜热

6、交换以源项的形式加入从而严重的阻碍了温室控制系统的智能化进程。!到CFD的控制方程中，有效地减少了CFD模型的复温室CFD模拟模型作为室外环境与温室内环境、杂度和计算量。控制设备之间的定量描述，无论在温室设计和环境控本研究以2011年6月23日南京地区梅雨季节气收稿日期:2014－03－30候条件为背景，通过CFD方法模拟天窗、外遮阳和喷基金项目:国家自然科学基金项目(61273227);江苏省科技支撑计划雾作用下的温室内温度变化规律，对外界湿热和温室项目(BE2011336);江苏省前瞻性研究项目(SBY201220290)作者简介:周伟(1976－

7、)，女，四川蓬溪人，讲师，博士生，(E－调控设备对温室降温效果的影响进行了量化分析，旨mail)zhouweixj@126．com。在为对Venlo型玻璃温室夏季降温调控策略的制定提通讯作者:汪小旵(1969－)，男，安徽怀宁人，教授，博士生导师，(E－mail)wangxiaochan@njau．edu．cn。供科学依据。·20·2015年3月农机化研究第3期侧窗通风口，通风比仅8．25%，室内的空气流动很缓1材料与方法慢，通风性能极差。因此，在自然通风降温过程中，西1．1试验基本情况侧大门始终保持全开的状态，以增大通风量，提高温本文的试验温室位于南

8、京农业大学工学院，为双室自然通风降温性能。脊Venlo型铝合金玻璃温室，屋脊东西走向;宽度2跨