文档介绍：第33 卷第9 期
Vol33 No9
西南大学学报(自然科学版)
JournalofSouthwestUniversty NaturalScenceEdiion)
2011年9月
Sep. 2011
文章编号:1673 9868(011)9 0136 06
现代化温室自然通风时
湿热环境 CFD 模拟研究
①
何国敏,
汪小旵,
孙国祥
南京农业大学工学院,南京 210031
摘要: 选取现代化温室室内区域和室外区域作为 CFD 模拟的计算域,建立温室同等大小的三维模拟,采用标准
k-ε湍流模型,选择合适的辐射模型,番茄作物区采用多孔介质模型,
模拟结果与试验测试结果进行对比,温室内部空气温度的模拟值与实测值的绝对误差为 ~ ℃,平均误差
为 ℃,平均相对误差为 % ,最大相对误差为 % .温室内部空气相对湿度的模拟值与实测值的平均相
对误差为 % ,最大相对误差为 % ,数值模拟结果与试验测试结果吻合较好.
关键
中图分类号:+1 文献标志码:A
较大,造成温室环境控制技术复杂,使得我国温室生产在产量及品质上与发达国家还存在很大差距[1-2].
随着计算机技术的提高,采用 CFD 方法研究温室环境分布及环境控制效果评估已成为有效的手段[3-4],我
国 CFD 研究仍处于起始阶段,因此积极开展温室内部环境 CFD 模拟的理论研究意义重大.
目前,国内学者陈忠购[5]、沈明卫[6-7]利用 CFD 技术对机械通风及遮阳网降温条件下华北型三连栋塑
料温室内部流场、温度场进行了分析,程秀花[8]、李永欣[9]对自然通风条件下一跨三屋脊玻璃温室热环境
进行了 CFD 模拟,但对于大型现代化多跨温室的 CFD WSBRZ 现
代化温室为研究对象,考虑太阳辐射和室内作物对室内环境的影响,采用 CFD 技术预测其室内的温度和湿
度分布.
1 温室 CFD 模拟数学方法
基本控制方程
温室自然通风过程具有明显的湍流特征,选取标准k-ε湍流模型对玻璃温室进行三维稳态数值模拟,
壁面对湍流有明显影响,、动量守
恒方程和能量守恒方程,方程的通式为:
ρ
①
收稿日期:2011 02 15
作者简介: 何国敏(986 ),女,重庆荣昌人,硕士生,主要从事检测技术与自动化装置研究.
通信作者:汪小旵,教授,博士生导师.
. .
( i t
2 0
词: 现代化温室;CFD 模拟;温度;多孔介质模型
∂( )+div(uφ)=div( φgrad )+Sφ( )
∂ρφ
1
第 9 期
何国敏,等:现代化温室自然通风时湿热环境 CFD 模拟研究
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式中:φ为通用变量μ,ν,ω,h,T(或 E)等;ρ为密度;u 为速度矢量;Γ为扩散通量;Sφ为源项.
在进行温室自然对流换热的数值计算时,为便于处理由温差引起的浮升力项,采用Boussneq假设[10]:
在动量守恒方程中,密度的变化对惯性力项、压力差项和粘性力项的影响可忽略不计,密度作为常数,仅
考虑密度对质量力项的影响,重力项中的密度可表示为:
T
式中ρ为密度;∂为体积膨胀系数.
作物模型
温室番茄作物层对室内空气流速有很大影响,作物层的蒸腾作用及与室内空气的湿热交换直接影响温
室温湿度分布、在 CFD 数值模拟中,采用多孔介质模型,根据 Darcy-Forchhemer定律建立作物层与室内
气流速度之间的数学模型,作为方程( )的源项添加到动量方程中.
2 ö
p
式中Sφ为动量源项;Kp 为多孔介质的渗透率,Kp = [11];CF 为非线性动量损失因子;μ为空气
动力度.
在模拟中,将温室一跨内种植的番茄作物简化为 3 个长 42 m,宽 m,高 m
物层与空气的湿热交换及作物蒸腾潜热以能量方程中的源项体现,计算方法见参考文献[2].
辐射模型
层时,一部分被其表面反射或折射,一部分被玻璃吸收升温,,一
部分被空气介质吸收,,温室还受到热辐射的影响,温室内四周壁、
空气、