新疆农业科学 ›› 2022, Vol. 59 ›› Issue (2): 493-501.DOI: 10.6048/j.issn.1001-4330.2022.02.028
• 农业装备工程与机械化·设施农业·畜牧兽医 • 上一篇 下一篇
收稿日期:
2021-01-15
出版日期:
2022-02-20
发布日期:
2022-03-22
通信作者:
李保明
作者简介:
马月虹(1974-),女,新疆库尔勒人,研究员,博士,硕士生导师,研究方向设施农业工程,(E-mail) 923999218@qq.com
基金资助:
MA yuehong1(), Li bao ming2(), Li huishuang3
Received:
2021-01-15
Online:
2022-02-20
Published:
2022-03-22
Correspondence author:
Li bao ming
Supported by:
摘要:
【目的】 研究建立新的二维传热模型来模拟和优化日光温室,为日光温室墙体的设计、建设和维护提供科学合理的方法和依据。【方法】 采用ansys软件进行温度场和流场模拟,使用UG软件对日光温室造型,将顶部保温被等结构适当简化,计算域分为内部与外部空气两部分。运用DO辐射模型和湍流模型模拟,采用CFX-Post计算处理,得到温度云图 。【结果】 日光温室墙体为内外扰均为周期性非线性条件的二维非稳态热传导,白天14:00时2种墙体温室内超过12.0℃,各墙面间温差较小,对流传热不明显。夜间03:00时,砌块复合墙体日光温室地面上部有高度2.2 m、温度11.2℃的高温区。与北墙体表面距离相同的情况下,砌块复合墙体日光温室的温度值高于砖墙温度值,距离墙体表面越远,两日光温室温差逐渐降低,但砌块复合墙体日光温室温度始终高于砖墙日光温室。且随着时间的推移,两日光温室温差逐渐增加,到夜间06:00时,砖墙温度低于室内,没有散热;砌块复合墙体温度仍高于室内,继续散热。后屋面、脊高处是热量散失较多的部位。【结论】 砌块复合墙体日光温室的热性能明显好于砖墙日光温室,与实际栽培试验结果相同。
中图分类号:
马月虹, 李保明, 李慧霜. 新疆砌块复合墙体和砖墙日光温室的传热数值模拟分析[J]. 新疆农业科学, 2022, 59(2): 493-501.
MA yuehong, Li bao ming, Li huishuang. Numerical Simulation Analysis of Heat Transfer in Solar Greenhouse of Mortar Block Composite Wall and Brick Wall in Xinjiang[J]. Xinjiang Agricultural Sciences, 2022, 59(2): 493-501.
位置 Seat | 结点数 Number of nodes | 网格数 Mesh number |
---|---|---|
内部空气 Internal air | 58.4 58.4 | 61 61 |
外部空气 External air | 236.7 236.7 | 24.4 24.4 |
表1 计算域结点、网格数 (104)
Table 1 Calculate the number of domain node grids (ten thousand)
位置 Seat | 结点数 Number of nodes | 网格数 Mesh number |
---|---|---|
内部空气 Internal air | 58.4 58.4 | 61 61 |
外部空气 External air | 236.7 236.7 | 24.4 24.4 |
图2 网格示意 a.内部空气网格示意 b.外部网格示意 c.外部空气网格示意
Fig.2 Grid diagram a.Schematic diagram of internal air grid; b.Schematic diagram of external grid; c.Schematic diagram of external air grid
时间 Time | 位置 Seat | 温度值 Temperature value(℃) |
---|---|---|
白天(14:00) Day(14:00) | 墙体 | 12.7 |
后屋面 | 13.8 | |
外部空气 | -13.3 | |
内部地面 | 14.3 | |
外部地面 | -6.8 | |
夜间(03:00) Night(03:00) | 墙体 | 11.2 |
后屋面 | 10.2 | |
外部空气 | -15.9 | |
内部地面 | 12.0 | |
外部地面 | -13.1 | |
夜间(06:00) Night(06:00) | 墙体 | 10.3 |
后屋面 | 10.0 | |
外部空气 | -16.3 | |
内部地面 | 11.2 | |
外部地面 | -16.0 |
表2 普通砖墙日光温室初始温度
Table 2 Temperature of common brick- wall greenhouse
时间 Time | 位置 Seat | 温度值 Temperature value(℃) |
---|---|---|
白天(14:00) Day(14:00) | 墙体 | 12.7 |
后屋面 | 13.8 | |
外部空气 | -13.3 | |
内部地面 | 14.3 | |
外部地面 | -6.8 | |
夜间(03:00) Night(03:00) | 墙体 | 11.2 |
后屋面 | 10.2 | |
外部空气 | -15.9 | |
内部地面 | 12.0 | |
外部地面 | -13.1 | |
夜间(06:00) Night(06:00) | 墙体 | 10.3 |
后屋面 | 10.0 | |
外部空气 | -16.3 | |
内部地面 | 11.2 | |
外部地面 | -16.0 |
时间 Time | 位置 Seat | 温度值 Temperature value(℃) |
---|---|---|
白天(14:00) Day(14:00) | 墙体 | 14.5 |
后屋面 | 13.8 | |
外部空气 | -13.3 | |
内部地面 | 14.3 | |
外部地面 | -6.8 | |
夜间(03:00) Night(03:00) | 墙体 | 12.9 |
后屋面 | 11.2 | |
外部空气 | -15.9 | |
内部地面 | 12.0 | |
外部地面 | -13.1 | |
夜间(06:00) Night(06:00) | 墙体 | 12.0 |
后屋面 | 11.0 | |
外部空气 | -16.3 | |
内部地面 | 11.2 | |
外部地面 | -16.0 |
表3 砌块复合墙日光温室初始温度
Table 3 Temperature of block and brick wall greenhouse
时间 Time | 位置 Seat | 温度值 Temperature value(℃) |
---|---|---|
白天(14:00) Day(14:00) | 墙体 | 14.5 |
后屋面 | 13.8 | |
外部空气 | -13.3 | |
内部地面 | 14.3 | |
外部地面 | -6.8 | |
夜间(03:00) Night(03:00) | 墙体 | 12.9 |
后屋面 | 11.2 | |
外部空气 | -15.9 | |
内部地面 | 12.0 | |
外部地面 | -13.1 | |
夜间(06:00) Night(06:00) | 墙体 | 12.0 |
后屋面 | 11.0 | |
外部空气 | -16.3 | |
内部地面 | 11.2 | |
外部地面 | -16.0 |
名称 Name | 密度 Density (kg/m3) | 比热容 Specific heat ( J/(kg·k)) | 导热系数 Thermal conductivity (w/(m·k)) | 吸收系数 Absorption coefficient | 散射系数 Scattering Coefficient | 扩散系数 Diffusion Coefficient |
---|---|---|---|---|---|---|
普通砖 Brick | 1 400 | 1 050 | 0.580 | 0.6 | 1 | 1 |
砂浆砌块砖 Mortar brick | 1 119 | 1 180 | 0.774 | 0.6 | 1 | 1 |
保温苯板 Benzene Board for thermal insulation | 20 | 1 500 | 0.046 | 0.2 | 1 | 1 |
前屋白天薄膜 Film | 900 | 2 550 | 0.029 | 0.1 | 0 | 1 |
夜间保温被 Thermal quilt | 134 | 1 230 | 1.182 | 0.7 | 1 | 1 |
地表土壤 Surface soil | 1 680 | 2 000 | 0.1 | 0.5 | 1 | 1 |
室内空气 Indoor air | 1.29 | 1 030 | 0.023 | 0 | 0 | 1 |
表4 日光温室各材料性质[19]
Table 4 Properties of greenhouse materials
名称 Name | 密度 Density (kg/m3) | 比热容 Specific heat ( J/(kg·k)) | 导热系数 Thermal conductivity (w/(m·k)) | 吸收系数 Absorption coefficient | 散射系数 Scattering Coefficient | 扩散系数 Diffusion Coefficient |
---|---|---|---|---|---|---|
普通砖 Brick | 1 400 | 1 050 | 0.580 | 0.6 | 1 | 1 |
砂浆砌块砖 Mortar brick | 1 119 | 1 180 | 0.774 | 0.6 | 1 | 1 |
保温苯板 Benzene Board for thermal insulation | 20 | 1 500 | 0.046 | 0.2 | 1 | 1 |
前屋白天薄膜 Film | 900 | 2 550 | 0.029 | 0.1 | 0 | 1 |
夜间保温被 Thermal quilt | 134 | 1 230 | 1.182 | 0.7 | 1 | 1 |
地表土壤 Surface soil | 1 680 | 2 000 | 0.1 | 0.5 | 1 | 1 |
室内空气 Indoor air | 1.29 | 1 030 | 0.023 | 0 | 0 | 1 |
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