現(xiàn)代化溫室溫度場(chǎng)數(shù)字化模擬研究.pdf

1、現(xiàn)代化溫室因其高產(chǎn)高質(zhì)的特點(diǎn)已成為我國(guó)設(shè)施農(nóng)業(yè)發(fā)展的重要方向。發(fā)展迅速。但由于溫室環(huán)境控制技術(shù)的復(fù)雜性。造成我國(guó)溫室生產(chǎn)在產(chǎn)量及品質(zhì)與發(fā)達(dá)國(guó)家存在很大差距。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的提高。采用CFD方法研究溫室環(huán)境分布及環(huán)境控制效果評(píng)估已成為有效的手段,我國(guó)CFD研究仍處于起始階段,因此積極開展將CFD方法應(yīng)用于溫室內(nèi)部環(huán)境模擬的理論研究意義重大。
　　 本文以張家港WSBRZ自控型玻璃溫室為研究對(duì)象。利用數(shù)值模擬工具CFD對(duì)溫度場(chǎng)進(jìn)行了

2、模擬,并結(jié)合試驗(yàn)數(shù)據(jù)的綜合分析。探討溫室溫度場(chǎng)的分布規(guī)律和CFD方法的可行性。本文的主要研究?jī)?nèi)容及成果如下:
　　 (1)針對(duì)傳統(tǒng)溫室環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)成本大、布線復(fù)雜等缺點(diǎn)。應(yīng)用ZigBee技術(shù)設(shè)計(jì)一套無線傳感網(wǎng)絡(luò)溫室環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。系統(tǒng)由無線采集節(jié)點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)和監(jiān)測(cè)管理中心組成,無線采集節(jié)點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)由網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)、路由節(jié)點(diǎn)和終端節(jié)點(diǎn)采用串狀網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)組建,各網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)通過軟件自動(dòng)喚醒實(shí)現(xiàn)溫室溫濕度環(huán)境數(shù)據(jù)的自動(dòng)采集。經(jīng)多跳路由或直接發(fā)送到網(wǎng)關(guān),管

3、理中心通過串口通訊讀取網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)采集的數(shù)據(jù)。試驗(yàn)表明,該系統(tǒng)工作能耗低,工作時(shí)能耗22.4 mA,休眠時(shí)能耗0.9μA,性能穩(wěn)定,數(shù)據(jù)包接收成功率高達(dá)95.4％。滿足溫室溫濕度環(huán)境監(jiān)測(cè)需求。并應(yīng)用該系統(tǒng)對(duì)現(xiàn)代化溫室氣候環(huán)境參數(shù)進(jìn)行了測(cè)量試驗(yàn)。
　　 (2)理論研究了溫室環(huán)境傳熱傳質(zhì)機(jī)理模型以及溫室CFD模擬數(shù)學(xué)模型,詳細(xì)分析溫室覆蓋層、室內(nèi)空氣層及作物層以及地表層的熱量平衡。并建立了用于溫室CFD模擬中作物多孔介質(zhì)區(qū)作物層溫度求解

4、模型。為CFD模擬作物模型建立提供強(qiáng)有力的基礎(chǔ)。結(jié)果表明。作物層溫度模擬值與實(shí)測(cè)值比較吻合。其決定系數(shù)為R2為0.9301。
　　 (3)選取現(xiàn)代化溫室室內(nèi)區(qū)域和室外區(qū)域作為CFD模擬的計(jì)算域。建立溫室同等大小的三維模擬,利用計(jì)算機(jī)流體力學(xué)(CFD)軟件,采用標(biāo)準(zhǔn)κ-ε湍流模型。并對(duì)近壁區(qū)作了合理處理,選擇合適的輻射模型,番茄作物區(qū)采用多孔介質(zhì)模型,選取實(shí)際測(cè)量數(shù)據(jù)作為模擬邊界條件,對(duì)溫室內(nèi)部溫度場(chǎng)進(jìn)行了數(shù)值模擬。對(duì)模擬結(jié)果與試

5、驗(yàn)測(cè)試結(jié)果進(jìn)行對(duì)比驗(yàn)證。溫室內(nèi)部空氣溫度的模擬值與實(shí)測(cè)值的絕對(duì)誤差為0.2℃～2.2℃,平均誤差為0.91℃,平均相對(duì)誤差為3.1%,最大相對(duì)誤差為7.7%。溫室內(nèi)部空氣相對(duì)濕度的模擬值與實(shí)測(cè)值的絕對(duì)誤差為0.2%～11.1%,平均誤差為4.35%。平均相對(duì)誤差為6.4%。最大相對(duì)誤差為16.6%。數(shù)值模擬結(jié)果與實(shí)驗(yàn)測(cè)試結(jié)果吻合得很好,證明了CFD模型的可行性。
　　 用所建立的模型分析溫室內(nèi)部溫度場(chǎng)分布情況,結(jié)果表明:溫室內(nèi)部