本文關(guān)鍵詞：遼沈日光溫室能量平衡方程中幾個(gè)主要分量模擬模型的構(gòu)建

  更多相關(guān)文章： 日光溫室 凈能量 焓 對(duì)流換熱量 通風(fēng)換熱量 太陽輻射

【摘要】：日光溫室圍護(hù)結(jié)構(gòu)由三面墻體和頂部前、后屋面組成,只有前屋面為可透光部分。日光溫室可在不加熱、少量加熱的情況下實(shí)現(xiàn)蔬菜的越冬生產(chǎn),不僅促進(jìn)農(nóng)民增收、解決蔬菜周年供應(yīng)問題,也提高了冬、春季節(jié)的光能資源的高效利用。據(jù)統(tǒng)計(jì),至2013年我國日光溫室面積達(dá)90萬hm2,已成為部分地區(qū)的支柱產(chǎn)業(yè),日光溫室不僅在我國北方地區(qū)得到廣泛應(yīng)用,一些發(fā)達(dá)國家如日本、加拿大等國也引進(jìn)了部分日光溫室,并開展相關(guān)研究。到目前為止,日光溫室(第3代節(jié)能型日光溫室)可在-28℃以上地區(qū)實(shí)現(xiàn)冬季不加溫正常生產(chǎn)果菜,而具有現(xiàn)代化的水循環(huán)蓄熱彩鋼板保溫裝配式節(jié)能日光溫室將來可在-30℃地區(qū)實(shí)現(xiàn)不加溫情況下正常生產(chǎn)喜溫蔬菜,日光溫室也必將受到眾多國家和地區(qū)的重視。目前大多數(shù)的日光溫室環(huán)境調(diào)控能力還較差,受圍護(hù)結(jié)構(gòu)的影響,日光溫室內(nèi)的氣象要素分布特征獨(dú)特,但有關(guān)日光溫室內(nèi)能量收支狀況及分配研究尚不夠深入。因此,本文把日光溫室圍護(hù)結(jié)構(gòu)內(nèi)表面、土壤表面和室內(nèi)空氣組成“面-氣”系統(tǒng),從“面-氣”系統(tǒng)能量平衡出發(fā),把“面-氣”系統(tǒng)凈能量定義為太陽凈輻射與圍護(hù)結(jié)構(gòu)和土壤熱通量之差,凈能量與“焓值變化量”、熱風(fēng)爐加溫筒壁與空氣自然對(duì)流換熱量、上通風(fēng)口通風(fēng)換熱量和冷凝釋放熱量組成“面-氣”系統(tǒng)能量平衡方程。本文構(gòu)建了“面-氣”系統(tǒng)能量平衡方程中幾個(gè)主要分量模型及其變化規(guī)律,文中還分析了日光溫室內(nèi)幾個(gè)氣象要素的分布特征,以期為提高日光溫室環(huán)境控制能力提供一定的理論參考。主要研究結(jié)果如下：1.構(gòu)建了日光溫室的“可蔽視角”模型,按照這一模型可計(jì)算出不同季節(jié)不同時(shí)刻日光溫室內(nèi)的直接輻射照射區(qū)域,并可計(jì)算出直接輻射量。并通過等分以該點(diǎn)為中心的水平面,對(duì)每一等分垂直面上的非“可蔽視角”進(jìn)行累積后求均值,從而求算出散射輻射量。經(jīng)過室內(nèi)散射輻射和總輻射模擬值和實(shí)測值的擬合驗(yàn)證,模擬值與實(shí)測值擬合度顯著,說明可以用該模型進(jìn)行日光溫室內(nèi)光輻射量模擬,但在本試驗(yàn)中模擬值略高于實(shí)測值,平均偏高6%-9%。2.構(gòu)建了采光屋面南北方向傾角同時(shí)疊加壓膜線造成的東西傾角后的“采光屋面太陽高度角”計(jì)算模型。結(jié)果表明日光溫室采光屋面由壓膜線造成的東、西傾角改變了采光屋面的坡度、坡向,進(jìn)而改變了“采光屋面太陽高度角”。上午棚面東傾的部分可增加“采光屋面太陽高度角”,并在10點(diǎn)前可增加采光屋面的透光率；“采光屋面太陽高度角”與實(shí)測采光屋面透光率呈對(duì)數(shù)曲線關(guān)系,當(dāng)采光屋面太陽高度角大于45°時(shí),透光率變化趨緩,約為75%+10%。3.構(gòu)建了傳熱筒外壁溫度與距爐體距離的關(guān)系模型,結(jié)果表明傳熱筒外壁溫度與距爐體的距離呈斜率不等的線性遞減規(guī)律,即爐體附近傳熱筒壁溫越高,遞減斜率越大。筒外壁與空氣間的自然對(duì)流換熱量與距爐體距離總體呈斜率不等的線性遞減規(guī)律。4.構(gòu)建了以日光溫室內(nèi)溫、濕度為已知條件的濕空氣濕焓計(jì)算模型。“焓值變化量”的變化規(guī)律表現(xiàn)為除春季夜間為負(fù)值外,冬季白天、夜間和春季白天焓值變化量都在零值附近波動(dòng)。冬季無論是夜間還是白天,潛熱量明顯大于顯熱量。春季夜間潛熱量明顯大于顯熱量,白天相反。5.構(gòu)建了基于能量平衡的日光溫室揭簾時(shí)間模型,該模型可確定不同季節(jié)的揭簾位置理論上最早揭簾時(shí)間,即以室內(nèi)收到的凈輻射量等于不揭簾時(shí)日光溫室棚面的損失能量作為最早揭簾時(shí)間。揭簾時(shí)間主要和揭簾時(shí)的太陽輻射及室內(nèi)外溫差有關(guān),當(dāng)溫差確定時(shí)主要和到達(dá)室內(nèi)的太陽輻射量有關(guān)。按照這一模型對(duì)比了兩種揭簾方式的揭簾時(shí)間,結(jié)果表明,沈陽地區(qū)日出后日光溫室內(nèi)收到的能量超過不揭簾時(shí),采用先揭到日光溫室的2.5m高處停留20min左右、再揭到日光溫室3.4m高處的方式,比直接揭到日光溫室3.4m高處可理論上提早揭簾20min。6.明確了冬季夜間日光溫室內(nèi)的凈能量值為負(fù)值,白天部分時(shí)間為正值；春季夜間和白天日光溫室內(nèi)的凈能量都為正值。冬、春夜間日光溫室北墻和后坡熱量流向室內(nèi)空氣的值較小,棚膜向外放出能量較大,因此日光溫室內(nèi)冬季夜間為降溫；冬、春白天流向北墻和后坡的熱通量均較小,冬季白天流向棚膜的熱通量最大,而春季白天流向土壤熱通量最大。7.明確冬、春采用上通風(fēng)口通風(fēng)時(shí),通風(fēng)換熱量中排風(fēng)能量大于進(jìn)風(fēng)能量；通過采用CFD方法對(duì)日光溫室內(nèi)空氣風(fēng)速和風(fēng)向狀況進(jìn)行仿真模擬,結(jié)果為上通風(fēng)口為進(jìn)風(fēng)口時(shí),氣流進(jìn)入日光溫室后向下俯沖,到達(dá)溫室底部后分為2股,并形成2個(gè)渦旋。實(shí)測日光溫室內(nèi)剖面上的風(fēng)速分布狀況為進(jìn)風(fēng)口附近相對(duì)風(fēng)速最大,越往下風(fēng)速越小冠層內(nèi)相對(duì)風(fēng)速最小。8.在冬季夜間熱風(fēng)爐加溫時(shí),冬季日光溫室內(nèi)不同剖面氣溫分布特征為熱風(fēng)爐所在一側(cè)的氣溫明顯高于遠(yuǎn)離熱風(fēng)爐一側(cè)的氣溫,東西不同剖面溫差最大可達(dá)3-4℃；在同一剖面內(nèi),夜間加溫時(shí)氣溫的分布規(guī)律呈現(xiàn)出上部氣溫高于下部氣溫,溫差在2-5℃；冬季不加溫條件下,溫室內(nèi)同一剖面下部空氣日平均溫度大于上部空氣日平均溫度,溫差在1～2℃。9.在冬季不加溫條件下,日光溫室內(nèi)日平均相對(duì)濕度剖面分布規(guī)律為上部大于中下部,南側(cè)區(qū)域大于北側(cè)區(qū)域,同一剖面內(nèi)相對(duì)濕度差在5～10%。
【關(guān)鍵詞】：日光溫室 凈能量 焓 對(duì)流換熱量 通風(fēng)換熱量 太陽輻射
【學(xué)位授予單位】：沈陽農(nóng)業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：S625.1
【目錄】：

• 摘要12-14
• ABSTRACT14-17
• 第一章 緒論17-26
• 1 問題的提出及研究的目的和意義17-18
• 2 國內(nèi)外研究進(jìn)展18-24
• 2.1 日光溫室能量平衡及揭簾時(shí)間研究進(jìn)展18-19
• 2.2 日光溫室溫、濕度研究進(jìn)展19-20
• 2.3 日光溫室通風(fēng)研究進(jìn)展20-21
• 2.4 日光溫室光環(huán)境研究進(jìn)展21-24
• 3 本研究的切入點(diǎn)及基本思路24-26
• 第二章 日光溫室系統(tǒng)內(nèi)凈能量及揭簾前后的能量收支估算26-42
• 第一節(jié) 日光溫室系統(tǒng)內(nèi)凈能量估算26-31
• 1 材料與方法26-28
• 1.1 試驗(yàn)方法26-27
• 1.2 日光溫室能量平衡估算模型27-28
• 2 結(jié)果與分析28-31
• 2.1 日光溫室系統(tǒng)內(nèi)凈輻射R變化規(guī)律28
• 2.2 日光溫室系統(tǒng)內(nèi)各表面熱通量變化規(guī)律28-30
• 2.3 日光溫室系統(tǒng)內(nèi)凈能量值B變化規(guī)律30-31
• 3 小結(jié)31
• 第二節(jié) 揭簾前后日光溫室內(nèi)能量收支估算31-40
• 1 材料與方法31-35
• 1.1 試驗(yàn)用日光溫室概況31-32
• 1.2 揭簾方式32
• 1.3 日光溫室揭簾時(shí)間模型構(gòu)建方法32-35
• 2 結(jié)果與分析35-40
• 2.1 不同揭簾方式揭簾前后室內(nèi)氣溫分析35-36
• 2.2 不同揭簾方式最早揭簾時(shí)間確定36-37
• 2.3 揭簾時(shí)間最小輻射值確定37-39
• 2.4 前排日光溫室遮擋時(shí)棚面能量收支狀況39-40
• 3 小結(jié)40
• 本章討論40-42
• 第三章 日光溫室內(nèi)溫、濕度分布及濕焓變化規(guī)律42-66
• 第一節(jié) 日光溫室內(nèi)剖面溫、濕度分布特征42-53
• 1 材料與方法42-44
• 1.1 2007和2010年試驗(yàn)測試方法42-43
• 1.2 2011～2012年試驗(yàn)測試方法43-44
• 2 結(jié)果與分析44-53
• 2.1 日光溫室內(nèi)不同剖面溫度分布特征44-46
• 2.2 不通風(fēng)日光溫室內(nèi)同一剖面溫、濕度分布特征46-49
• 2.3 通風(fēng)條件下日光溫室內(nèi)溫、濕度剖面特征分析49-53
• 3 小結(jié)53
• 第二節(jié) 日光溫室內(nèi)傳熱筒與空氣間的換熱量分析53-58
• 1 材料與方法53-55
• 1.1 材料與設(shè)計(jì)53-54
• 1.2 測定方法54
• 1.3 熱風(fēng)爐傳熱筒換熱量的計(jì)算方法54-55
• 2 結(jié)果與分析55-58
• 2.1 熱風(fēng)爐傳熱筒筒體溫度分布規(guī)律55-56
• 2.2 熱風(fēng)爐傳熱筒與空氣的換熱量56-58
• 3 小結(jié)58
• 第三節(jié) 日光溫室濕空氣焓值變化規(guī)律58-64
• 1 材料與方法58-60
• 1.1 試驗(yàn)方法58
• 1.2 日光溫室內(nèi)濕空氣比焓計(jì)算方法58-60
• 2 結(jié)果與分析60-63
• 2.1 日光溫室系統(tǒng)內(nèi)濕焓值變化規(guī)律60
• 2.2 日光溫室系統(tǒng)內(nèi)溫濕度變化規(guī)律60
• 2.3 日光溫室系統(tǒng)內(nèi)濕焓變化值變化規(guī)律60-63
• 3 小結(jié)63-64
• 本章討論64-66
• 第四章 日光溫室內(nèi)自然通風(fēng)量變化規(guī)律及剖面風(fēng)速分布特征66-82
• 第一節(jié) 日光溫室內(nèi)自然通風(fēng)量變化規(guī)律66-73
• 1 材料與方法66-68
• 1.1 日光溫室自然通風(fēng)壓力模型66-68
• 1.2 通風(fēng)量計(jì)算方法68
• 1.3 通風(fēng)能量計(jì)算方法68
• 2 結(jié)果與分析68-73
• 2.1 日光溫室通風(fēng)口垂直風(fēng)速分析68-70
• 2.2 日光溫室進(jìn)風(fēng)量與排風(fēng)量70-71
• 2.3 日光溫室通風(fēng)口處進(jìn)入或排出空氣總能量狀況71-72
• 2.4 凈能量與能量凈值、焓值和通風(fēng)量變化規(guī)律72-73
• 3 小結(jié)73
• 第二節(jié) 日光溫室內(nèi)剖面風(fēng)速分布特征73-80
• 1 材料與方法73-75
• 1.1 風(fēng)速測定方法73-74
• 1.2 CFD計(jì)算域的選擇與網(wǎng)格劃分74-75
• 2 結(jié)果與分析75-79
• 2.1 通風(fēng)口下方相對(duì)風(fēng)速垂直分布特征75-77
• 2.2 剖面風(fēng)速分布特征77-78
• 2.3 CFD風(fēng)場模擬結(jié)果78-79
• 2.4 溫室內(nèi)溫度變化與風(fēng)速關(guān)系79
• 3 小結(jié)79-80
• 本章討論80-82
• 第五章 日光溫室內(nèi)透光及太陽輻射估算82-103
• 第一節(jié) 日光溫室內(nèi)透光率的估算82-91
• 1 采光屋面太陽高度角計(jì)算方法82-84
• 2 東西傾角對(duì)采光屋面太陽高度角的影響實(shí)例分析84-91
• 2.1 東西傾角對(duì)采光屋面坡度的影響84-85
• 2.2 東西傾角對(duì)采光屋面坡向的影響85
• 2.3 東西傾角對(duì)采光屋面太陽高度角影響的實(shí)例分析85-88
• 2.4 采光屋面太陽高度角與透光率的關(guān)系88-91
• 3 小結(jié)91
• 第二節(jié) 日光溫室內(nèi)太陽輻射的估算91-100
• 1 估算模型91-97
• 1.1 日光溫室主要參數(shù)91-92
• 1.2 日光溫室內(nèi)任一點(diǎn)可蔽視角計(jì)算方法92-95
• 1.3 日光溫室內(nèi)任一點(diǎn)直接輻射估算方法95-96
• 1.4 日光溫室內(nèi)任一點(diǎn)散射輻射估算方法96
• 1.5 日光溫室內(nèi)任一點(diǎn)總輻射估算方法96-97
• 2 結(jié)果與分析97-100
• 2.1 透光率及直接福射轉(zhuǎn)換率的估算97
• 2.2 日光溫室后坡及采光屋面方程模擬97
• 2.3 大氣透明系數(shù)τ的估算97
• 2.4 模型驗(yàn)證97-99
• 2.5 溫室內(nèi)總輻射在2m高度分布圖99-100
• 3 小結(jié)100
• 本章討論100-103
• 全文總結(jié)103-106
• 參考文獻(xiàn)106-111
• 致謝111-112
• 攻讀學(xué)位期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文112

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：657524