基于CFD的Venlo温室夏季组合降温措施模拟研究
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2021-03-03
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基 于
CF
D
的
Venlo
温室夏季组合降温措施模拟研究
周 伟
1，2
，
汪小旵
1
（1 ．
南
京农
业大学 工学院
/
江苏省智能农业装备重点实验室
，
南京
210031 ； 2 ．
新疆农业大学
，
乌鲁木齐
830052 ）
摘 要
：
针对我国南方地区夏季高温高湿的气候条件
，
对采用天窗
、
外遮阳
、
内喷雾降温措施的试验
Venlo
温室
内温度状况进行了模拟研究
。
以室外气候参数为 边 界条件
，
考虑作物和环境的相互作用
，
内喷雾系统和室内环
境的质热交换以源项的形式加入到控制方程中
，
采用
CFD（ computational fluid dynamics ）
中的稳态方法求解控制方
程
，
模拟
Venlo
型温室不同调控措施及组合下的温室内温度分布特点
，
分析各种调控措施的调控效果
。
模拟结果
表明
：
采用加入源项的方法模拟内喷雾系统和室内空气的质热交换
，
其模拟值和实测值均方根误差
ＲMSB
为
0． 514 4 ℃ ，
最大绝对误差为
0 ． 75 ℃ ，
平均相对误差为
1 ． 3 % ，
说明所建立 的
CFD
模型有效
。3
种降温措施 下
，
以
外遮阳
+
自然通风的降温贡献率最大
（80 ． 6 % ）
，
能耗最高的喷雾系统降温贡献率仅为
34
． 8 % ，
较高的
环境湿度
影响了喷雾系统的降温效率
。CFD
夏季降温模型的建立为温室作物系统的环境控制策略的制定提供了科学依
据
。
关键词
： V e n l o
温室
；
降温
；
自然通风
；
外遮阳
；
喷雾
； C F D
中图分类号
： S161． 2；S625． 5
文献标识码
： A
文章编号
： 1003 － 188X（2015）03 － 0020 － 05
0
引言
在温室作物生产管
理系统中
，
环境控制的最佳策
略已经成为非常关键的主题
［1］
，
实行优化控制策略
的
前提是要充分了解室外气候条件和室内调控设施对
温室小气候环境的影响
。
我国南方地区夏季温度普
遍较高
，
尤其南京地区
6 ～ 7
月份
，
其较高的温湿度和
较低的光照
，
严重影响现代化温室的生产
，
模拟
、
分析
这段时间的温室小气候特征和各种降温措施的降温
效果
，
可以为制定最优的温室环境控制策略提供有力
的依据
［2］
。
国内外有关温室环境因子的调控文
献很
多
，
各国学者
［3 － 6］
对温室的各种降温措施如自然通
风
、
遮阳
、
风机结合湿垫
、
喷雾降温等进行了对比实验研
究
，
分析了各种降温措施对温室夏季降温的效果
。
目
前
，
大多数的研究结论都是建立在大量的试验数据之
上
，
在一个新的控制系统中建立相应的模型必须经过
一段时间测试运行获得数据后才能用于实际的生产
，
从而严重的阻碍了温室控制系统的智能化进程
。
!
温室
CFD
模拟模型作为室外环境与温室内环境
、
控制设备之间的定量描述
，
无论在
温室设计和环境控
收
稿日
期
： 2014 － 03 － 30
基金项目
：
国家自然科学基金项目
（61273227）；
江苏省科技支撑计划
项目
（BE2011336）；
江苏省前瞻性研究项目
（SBY201220290）
作者简介
：
周 伟
（1976 － ）
，
女
，
四川蓬 溪人
，
讲师
，
博士生
，（ E －
m
ail）zhouweixj@ 126． com。
通
讯作
者
：
汪小旵
（1969 － ） ，
男
，
安徽怀宁人
，
教授
，
博士生导师
，（ E －
m
ail）wangxiaochan@ njau． edu． cn。
制中都
起到了重要作用
。
温室环境
CFD
模拟模型的
最大优点是可通过模型的输入输出
，
全面认识与了解
温室的结构特征
、
外界的气象条件以及作物生长等参
数对温室内部小气候环境的影响
［7］
，
且数值
模拟不受
试验条件限制
，
可以快速得到任意组合下所需要的信
息
。
国内外学者
［8 － 10］
应用
CF
D
技术建立了自然通风
、
机械通风
、
湿帘
－
风机系统等降温措施作用下的温室
环境
CFD
模型
，
其研究结果重点是建立
CFD
模型并
说明其有效
，
或者用于温室结构设计和优化
。
作为蒸
发降温措施之一的内喷雾系统
CFD
模拟研究却较少
。
现有的研究
［11 － 12］
以离散相模型来分析由喷雾液滴和
温室内空气的质热交
换过程
，
采用离散相模型虽然能
有效地模拟液滴在下降过程中的蒸发和扩散
，
但计算
代价大且参数设置复杂
，
一些参数如喷嘴模型
、
液滴
表面积
、
液滴表面张力等都难以确定
。
通过分析喷雾
系统和温室内空气的能量和质量平衡方程
，
把喷雾系
统和室内空气的显热和潜热交换以源项的形式加入
到
CFD
的控制方程中
，
有效地减少了
CFD
模型的复
杂度和计算量
。
本研究以
2011
年
6
月
23
日南京地区梅雨季节气
候条件为背景
，
通过
CFD
方法模拟天窗
、
外遮阳和喷
雾作用下的温室内温度变化规律
，
对外界湿热和温室
调控设备对温室降温效果的影响进行了量化分析
，
旨
在为对
Venlo
型玻璃温室夏季降温调控策略的制定提
供科学依据
。
·02·
2015
年
3
月 农 机 化
研 究 第
3
期
DOI:10.13427/j.cnki.njyi.2015.03.005
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