塑料大棚气流场模拟及作物蒸腾量计算

为了分析塑料大棚内气流场的特征和计算与作物蒸腾量有关的通风参数,该文通过计算流体动力学模拟了塑料大棚内自然通风量,建立了华东地区常见塑料大棚内平均风速和外部风速之间的线性关系,根据能量平衡和紊流扩散模型建立了一个计算作物蒸腾量的数学模型,并利用棚外的常规气象资料和棚内的实测温度计算了棚内作物蒸腾量。通过将作物蒸腾量的计算值和实测值进行比较,结果发现作物蒸腾量的计算值与实测值比较一致,逐日蒸腾量间的决定系数为0.7756,累积蒸腾量间的决定系数为0.9983,模拟累计值与实测累计值之间标准误差为1.16mm,最大绝对误差为4.82mm;结果表明,所建立的计算方程参数较少,推求的风速参数比较适用于普通塑料大棚。该研究可满足大棚内作物水分管理、温室大棚设计规划和区域水资源管理等方面的需要。

自然通风下栽培番茄的单栋温室内气流场稳态模拟

从N av ier-S tokes方程出发,运用CFX软件对外界风向与屋脊平行和相夹45°两种情形下温室内气流场进行了稳态模拟研究。结果显示,对于前者,气流从山墙门和侧窗的上部进入,从侧窗的下部流出,气流在温室内沿中心纵截面分布的对称性较好,在温室的后半部气流逐渐扩散,紊流加强;对于后者,气流从山墙门和迎风侧窗处进入,两股气流相遇后受棚面形状及作物的影响而形成各种涡流,最后从背风侧窗处流出。气流在接触到栽培作物时流速迅速减小,作物冠层边界受到周围空间气流的影响,但在作物冠层内受周围空间气流影响不大。

两种风向下单栋塑料大棚内自然通风流场模拟

为分析塑料大棚的侧窗和山墙门对单栋塑料大棚内自然通风的影响,该文运用CFX流体动力学分析软件对简易单栋塑料大棚内的自然通风情况进行了三维稳态模拟。外界风向分别取平行于大棚屋脊和与屋脊夹角15°两种情况。模拟结果显示:当风向与屋脊平行时,室内流场在稳定状态时基本上沿屋脊的中心纵截面对称,室外气流从山墙门和两边侧窗的前半部分进入大棚内,从后半部分的侧窗处流出,气流在大棚中心地带的流速较高,而在侧窗附近流速较低。大棚顶部和后部气流变化比较复杂;在风向与屋脊成15°夹角情况下,室外气流从侧窗的迎风处、背风侧窗的前部和山墙门进入,从背风侧窗处流出,室内气流场有一个明显的偏转过程。从侧窗流入的气流和山墙门流入的气流相遇后在大棚内形成了各种程度的涡流,使得大棚内气流分布较为复杂。室外风向对单栋塑料大棚内气流场的形态有明显影响。

大棚结构型式比较分析

运用三维不可压缩流体的紊流模型,分别对拱型、屋脊型和斜顶型大棚内部气流场进行了精细的数值模拟,并在此基础上进一步计算了大棚的1次换气时间。从模拟结果可以看出,不同型式的大棚,其内部回流区的范围和流速分布形态明显不同,大棚的型式对其内部气流流态有显著的影响。在大棚尺寸和进出口条件相同的情况下,斜顶型大棚换气时间最短,拱型大棚次之,屋脊型大棚换气时间最长。从大棚内部气流流态好坏和1次换气时间长短角度看,斜顶型大棚结构型式较佳。

不同形式大棚内部气流流态的比较

运用三维不可压缩流体的RNGk-ε紊流模型,分别对拱型、屋脊型和斜顶型大棚内部气流场进行精细的数值模拟。结果表明:3种大棚在进气口附近都存在着多个回流区,流动呈现高度的三维特性,流态较为复杂,而在远离进口的大部分区域,流动趋于均匀。大棚进口两侧的回流区范围较大,其具体范围因大棚形式的不同而有明显的变化,大棚形式对其内部气流流态有显著的影响。