發(fā)布時間：2020-02-02 06:08

【摘要】：對于低溫敏感的某些經(jīng)濟作物,早春或初冬夜間偶發(fā)的霜凍,往往造成其生長受阻。進行作物霜凍逆境生理研究時,一般都是在露天自然條件下從田間獲取霜凍樣本,難于獲得各種條件下的霜凍處理。而采用常規(guī)的低溫培養(yǎng)處理的樣本,不符合霜凍的實際情況。因此,設(shè)計和開發(fā)一種人工輻射霜箱,對于此領(lǐng)域的技術(shù)基礎(chǔ)研究,具有重要的實踐意義。本論文在農(nóng)業(yè)部公益性行業(yè)專項“茶園綜合作業(yè)機械化技術(shù)與裝備研究”的資助下,觀測并分析自然界輻射成霜的氣象條件和過程;確定人工輻射霜箱的結(jié)構(gòu)-功能組成等技術(shù)要素及主要參數(shù),并進行葉-露溫差仿真;通過計算和選型完成人工霜箱的集成研制,并對其成霜效果進行試驗研究。主要研究內(nèi)容和結(jié)果如下:1)自然界輻射成霜過程觀測與分析基于輻射成霜機理和條件的分析,對輻射成霜氣象條件進行觀測試驗,其中2015年1月26日、2月4日和3月1日晚間天氣狀況分別為多云無風、晴朗無風和晴朗有風,分別測定茶冠層風速、太陽輻射強度和茶冠層(1.0 m處)溫濕度變化,并分析葉片表面的結(jié)霜情況。結(jié)果表明,16:00-18:00時,3次試驗的太陽輻射強度變化基本相似,均從約200W/m2降至0 W/m2,每次平均降幅約為100 W/m2;茶冠層快速降溫階段的降溫幅度為3-5℃/h,緩慢降溫階段的降溫幅度為0.4-1℃/h;茶冠層相對濕度的變化與其溫度變化趨勢相反,其快速上升階段的上升幅度為15%-30%?h-1,緩慢上升階段的上升幅度為6%-15%?h-1;1月24日葉-露溫差最低為-1℃,但受云層影響,溫差在0℃與-1℃之間頻繁波動,空氣中水汽的凝華速率小于霜的升華速率,表現(xiàn)為葉片表面不結(jié)霜;2月4日天氣晴朗無風,葉-露溫差最低為-2.3℃,最終穩(wěn)定在約-1.1℃,空氣中水汽的凝華速率遠大于霜的升華速率,表現(xiàn)為葉片表面完全被霜覆蓋;3月1日在無風階段葉-露溫差約為-1℃且較為穩(wěn)定,水汽的凝華速率與霜的升華速率處于動態(tài)平衡過程中,表現(xiàn)為結(jié)霜現(xiàn)象不明顯。2)人工輻射霜箱模型及參數(shù)確定依據(jù)自然界輻射成霜過程觀測結(jié)果,對人工輻射霜箱的基礎(chǔ)制冷裝置、輻射冷源裝置和隔離層等主要組件進行結(jié)構(gòu)與功能部件設(shè)計,并對裝置中輻射冷源溫度與隔離層加熱功率等主要技術(shù)參數(shù)進行估算,最后通過葉-露溫差的CFD仿真確定最終技術(shù)參數(shù)。參數(shù)估算結(jié)果表明,輻射冷源溫度和隔離層加熱功率理論值分別為-30℃和40W;CFD仿真結(jié)果表明,當冷源溫度為-30℃時,葉-露溫差小于-3.0℃,無法成霜。通過對輻射冷源溫度與隔離層加熱功率重新選擇,確定輻射冷源溫度和隔離層加熱功率分別為-40℃和50 W。3)人工輻射霜箱研制依據(jù)人工輻射霜箱的技術(shù)參數(shù),對基礎(chǔ)制冷裝置進行選型與改進;對輻射冷源裝置進行制冷系統(tǒng)設(shè)計與選型,包括裝置熱負荷的計算、制冷系統(tǒng)的熱力計算和制冷機組的選型;對人工輻射霜箱的電路部分進行設(shè)計。最終采用型號為PH60G0C的壓縮機(額定功率345 W,制冷量985 W,能效比2.86),采用翅片管式冷凝器(換熱面積2 m2,最大風速8 m/s)。4)人工成霜效果試驗及改進對人工成霜效果進行試驗分析,包括輻射冷源溫度、隔離層內(nèi)溫濕度和基礎(chǔ)制冷箱內(nèi)溫濕度的測量。試驗結(jié)果表明,霜箱內(nèi)茶樹葉片溫度的降溫速率呈現(xiàn)先快后慢的趨勢,與自然界輻射霜凍天氣降溫過程基本相符,且葉片結(jié)霜明顯;但開始降溫的前0.5 h內(nèi),霜箱內(nèi)葉片的降溫速率遠大于自然界中的情況。為使人工輻射霜箱中葉片初始2.0 h降溫過程與自然界情況一致,對其初始2 h內(nèi)的降溫速率進行改進,采用雙因素三水平組合試驗分析輻射冷源溫度和基礎(chǔ)制冷溫度綜合作用下葉溫隨時間的變化、輻射冷源溫度單獨作用下葉溫的變化。結(jié)果表明,不同基礎(chǔ)制冷溫度處理對于輻射冷源的輻射降溫能力影響不大;在人工輻射霜箱運行1.0 h內(nèi),輻射冷源作用下的葉溫降低速率與自然界下葉片的降溫速率類似,但1.0 h之后葉片溫度變化過于緩慢。根據(jù)試驗結(jié)果提出一種合適的溫度調(diào)節(jié)方案并對其進行試驗驗證,驗證結(jié)果表明此方案下的葉片降溫曲線與自然界葉片理想降溫過程基本一致。
【學位授予單位】：江蘇大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：S425

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本文編號：2575630