發(fā)布時(shí)間：2021-06-11 15:46

　　為研究微型植物工廠內(nèi)溫度場(chǎng)和濕度場(chǎng)的分布情況并對(duì)其進(jìn)行優(yōu)化,通過(guò)Gambit將建于東北林業(yè)大學(xué)內(nèi)的微型植物工廠進(jìn)行3D建模,采用計(jì)算流體力學(xué)軟件,引入混合了空氣和水蒸氣的組分運(yùn)輸模型和替代植物的多孔介質(zhì)模型對(duì)工廠內(nèi)溫濕度的分布情況進(jìn)行數(shù)值模擬計(jì)算,同時(shí)設(shè)計(jì)2種擁有不同回風(fēng)口和通風(fēng)機(jī)的位置或數(shù)量的優(yōu)化方案。模擬計(jì)算的結(jié)果與實(shí)際監(jiān)測(cè)值進(jìn)行對(duì)比發(fā)現(xiàn),相對(duì)濕度的平均相對(duì)誤差為0.385%,溫度的平均相對(duì)誤差為1.10%,溫濕度的最大誤差分別不超過(guò)0.9℃和1.5%,模擬情況與實(shí)際情況吻合度較好,使得模型的可行性和準(zhǔn)確性得以驗(yàn)證。在對(duì)2種優(yōu)化方案進(jìn)行模擬并與初始方案比較后,得出如下結(jié)論:工廠內(nèi)部氣流流動(dòng)對(duì)溫濕度的分布有較為明顯的影響,2種優(yōu)化方案的溫度分布均勻性均優(yōu)于初始方案,其中,方案2的溫濕度分布均勻性最好,相對(duì)濕度和溫度的標(biāo)準(zhǔn)偏差分別為0.60%和0.08℃,相對(duì)濕度范圍為76.4%～79.4%,最高溫度和最低溫度分別為25.4和25.0℃,平均溫濕度分別為25.2℃和77.9%,溫濕度的分布均勻性較好,沒(méi)有抑制植物生長(zhǎng)的因素存在,因此方案2,即將通風(fēng)機(jī)分別置于工廠西墻離地0.3和1.0 ... 

【文章來(lái)源】：林業(yè)工程學(xué)報(bào). 2019,4(06)北大核心CSCD

【文章頁(yè)數(shù)】：7 頁(yè)

【部分圖文】：

微型植物工廠Fig．1Microplantfactory表1網(wǎng)格質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)及實(shí)際值

的浮升力項(xiàng)［9－10］;4)通風(fēng)機(jī)送出濕度一定的氣流;5)將工廠四壁及頂部簡(jiǎn)化為僅有浮法玻璃構(gòu)成，并忽略工廠門的影響;6)通風(fēng)機(jī)和回風(fēng)口簡(jiǎn)化為長(zhǎng)方體，送風(fēng)口和出風(fēng)口視為一個(gè)平面;7)忽略栽培架支撐物的存在，僅在工廠中建出植物部分的模型;8)種植栽培架中的土壤采用保濕措施，忽略土壤中水分的蒸發(fā)量。2．2植物部分的數(shù)學(xué)模型依據(jù)Darcy-Forchheimer定律［11］，視工廠中的植物為各向同性的多孔介質(zhì)［12］，其形式為:Sφ=－μKu－Cf槡Ku2(1)圖2部分截面溫濕度分布云圖Fig．2Temperatureandhumiditydistributionnephogramofpartialcrosssection式中:μ為空氣的動(dòng)力黏度;K為多孔介質(zhì)的滲透率;Cf為非線性動(dòng)量損失因子;u為流體速度矢量。將植物區(qū)域的產(chǎn)熱和通過(guò)蒸騰作用產(chǎn)生的水蒸氣分別作為能量源項(xiàng)和組分源項(xiàng)添加到植物的模型中，能量源項(xiàng)為125W/m3，組分源項(xiàng)為0．0003kg/(m3·s)。2．3邊界條件設(shè)置考慮到微型工廠置于室內(nèi)，忽略太陽(yáng)的輻射作用，工廠中的栽培架與植物接觸的面和地面均設(shè)定為絕熱壁面。植物工廠內(nèi)部初始溫度為25℃，相對(duì)濕度為50%。該工廠使用的材料如表2所示，邊界條件和參數(shù)設(shè)置見(jiàn)表3。表2工廠中使用的材料物理屬性Table2Physicalpropertiesofmaterialsusedinfactory材料密度/(kg·m－3)比熱容/(J·kg－1·K－1)導(dǎo)熱系數(shù)/(W·m－1·K－1)浮法玻璃22008301．15土壤190022002．00植物79036000．52表3邊界條件和參數(shù)設(shè)置Table3Boundaryconditionsandparameterssetting邊界定義邊界條件參數(shù)設(shè)置回風(fēng)口P

0，最大相對(duì)濕度降低至適宜植物生長(zhǎng)的范圍。工廠中平均相對(duì)濕度為78．2%，低于方案0的平均相對(duì)濕度，標(biāo)準(zhǔn)偏差為0．82%，相對(duì)濕度的均勻性更高，如表8所示。方案2中模擬計(jì)算6個(gè)平面的相對(duì)濕度分布云圖見(jiàn)圖3b。在工廠中，上下層植物區(qū)域濕度分布相同，相對(duì)濕度最大值為79．4%，出現(xiàn)在植物區(qū)域，靠近回風(fēng)口的附近，植物以外的區(qū)域相對(duì)濕度分布與植物部分相比更加接近相對(duì)濕度的平均值77．9%。在方案2中標(biāo)準(zhǔn)偏差為0．60%，分布情況比方案0更好，如表8所示。圖3截面相對(duì)濕度分布云圖Fig．3Ｒelativehumiditydistributionnephogramofcrosssection表8所有方案截面處相對(duì)濕度Table8Ｒelativehumidityatsectionsofallschemes%方案最大值最小值平均值標(biāo)準(zhǔn)偏差089．576．482．43．30181．176．478．20．82279．476．477．90．60對(duì)初始工廠模型進(jìn)行優(yōu)化的方案溫度分布云圖如圖4所示。分析工廠中溫度的模擬情況，數(shù)值見(jiàn)表9。2種優(yōu)化方案的溫度標(biāo)準(zhǔn)偏差均小于方案0，擁有最小標(biāo)準(zhǔn)偏差0．08℃的方案2溫度分布均勻性最好。2種方案的最小值均為25．0℃;方案1和2的平均溫度均為25．2℃;方案0的溫度可達(dá)圖4部分截面的溫度分布云圖Fig．4Temperaturedistributionnephogramofpartialcrosssection041

【參考文獻(xiàn)】：
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