耐冬茎部传热传质特性研究.docx

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1、耐冬茎部传热传质特性研究植物传热传质学已经开展基于植物叶片、根系的植物及其与周围环境间的传热传质特性研究。本文以耐冬茎部作为研究对象,定向分析了耐冬茎部轴向茎流速率变化规律以及径向方向上的热量传输特性,在整体上采用“理论建模—仿真模拟—实验验证”的常规研究方法。实验测定茎部的物性参数和温度场,应用串联热阻分析理论计算茎部各部分的导热热阻。研究得出以下结果和结论:(1)耐冬茎部比热分布总体表现为:边材>树皮>心材,树皮部位比热值在温度为-1℃处达到最大值;(2)茎部组织呈现较低有效导热系数;茎部有效导热系数在大气温度为4℃时出现骤降情况;(3)白天时段,茎部

2、平均温度高于大气温度;夜晚时段,茎内部温度与大气温度相接近;茎内部温度与大气温度变化趋势相同,但表现出明显的滞后性;(4)耐冬茎部轴向方向上热流传递具有方向可逆和良好的均温性的特点;(5)在白天时段,耐冬茎部在径向上最高温度出现在边材部位,在晚间时段,径向上最高温度位于髓心处;(6)夏季不同大气温度对应下耐冬茎部各部位的导热热阻存在明显差异,总体表现为边材导热热阻最小,心材次之而树皮部的导热热阻最大。利用热平衡法测定茎部热量分布情况并推导茎流速率,同时对影响植物茎流速率的环境因子的变化进程进行监测,分析光照强度、大气温度和土壤温度对茎流速率的影响。研究结果表明:(1)

3、植物茎部液流速率在单日内的变化曲线呈“多峰曲线”形式,液流速率随光照强度变化趋势与随着环境温度的变化趋势相同,但具有明显的时滞效应;(2)植物茎流速率随土壤温度的变化关系呈“单峰曲线”形式,土壤温度过高和过低都会对液流速率升高起到抑制作用;(3)光照强度、环境温度和土壤温度的增大均能提高耐冬茎流速率,其中,环境温度对耐冬茎流速率影响程度最大,其次是光照强度的影响。从微观传热传质角度出发,在建立茎部物理模型的基础上,推导出耐冬茎部多孔介质传热传质数学模型。对夏季和冬季特定环境条件下,茎部温度分布和液流输运情况进行仿真模拟,验证热动力学实验方法获得的液流输运关系式,得到以

4、下结论:(1)冬季环境条件下,对茎部温度场起到主要影响作用的是液流流动,树皮组织热阻较大对于耐寒植物具有良好的蓄热保温作用;(2)在轴向方向上,茎部温度由下至上逐渐降低(T1>T2>T3);在径向方向上,表现为边材部位温度最高;(3)茎部边材区液流流动缓慢,速度分布表现出对称性;在近壁面处,液流速度接近于0;液流入口和出口处,流动方向出现波动;在流动达到稳定状态的茎部中间区域,液流流动方向整体与外壁面平行。