气雾栽培是一种新型的无土栽培技术,相比较传统土培具有节水、节肥等优点。本文设计了一种立柱式气雾栽培系统,可有效改善农作物栽培过程根系的生长环境问题。文中以气雾栽培系统为试验平台,采用计算机流体力学(CFD,Computational Fluid Dynamics)方法,对气雾栽培箱内部农作物根系环境进行了温度场的数值模拟研究和试验验证。同时,对气雾栽培箱农作物叶部生长区域设计了3种气流循环方案。通过模拟优化设计,得到了最佳气流循环方案。对3种方案的通风死角区域进行了分析研究,并对叶部生长区域的流场和温度场进行了数值模拟研究和试验验证,验证了CFD模型的有效性和准确性。本文可为气雾栽培箱内的流场和温度场的变化规律、内部环境调节、装置优化设计等提供参考依据。本文主要研究内容如下:(1)分析了国内外气雾栽培的研究现状。查阅了无土栽培、气雾栽培等相关文献资料,针对现有气雾栽培装置的技术缺陷及存在的不足,设计了一种立柱式气雾栽培系统。该系统主要包含气雾栽培设施和环境参数采集系统两个部分,解决了气雾栽培过程喷雾时间间隔、营养液温度调控和环境参数采集监测等问题。(2)研究了气雾栽培箱内部营养液经雾化后的液滴温度变化对生菜根系生长的影响,探讨了不同温度营养液雾化后的气雾栽培箱内部和生菜根系周围温度变化及空间分布规律。采用CFD方法,对气雾栽培箱内部农作物根系温度环境进行数值模拟,建立了气雾栽培箱内部喷雾后的温度场CFD三维模型。(3)以生菜根系为例,通过试验对数值模型进行了对比验证。结果表明:气雾栽培箱内部及生菜根系周围的温度模拟值与实测值各测量点最大误差值范围小于11.05%,单个测量点误差值变化范围小于2.01℃,平均相对误差小于3.53%,均方根误差RMSB为0.71℃,所建立的CFD模型基本吻合了气雾栽培箱内部及生菜根系周围的温度变化规律。同时通过研究得出了气雾栽培箱外围环境温度处在19℃时,营养液最适宜温度范围为18℃-20.5℃。(4)研究了气雾栽培箱农作物叶部生长区域的流场和温度场的分布规律,探讨了空气流动和温度对气雾栽培箱内的环境调节及作物生长的重要作用,构建了气雾栽培箱不同气流循环模式下的CFD模型,并对气雾栽培箱内的气流循环模式进行了优化设计。比较了顶面进侧面出、侧面进顶面出、侧面进侧面出3种气流循环方案。用数值模拟方法得到最佳气流循环方案为:侧面进顶面出。通过试验对数值模型进行了对比验证,结果表明:气雾栽培箱内温度、风速模拟值和实测值的平均相对误差、均方根误差分别为3.9%、0.86℃;3.5%、0.26m/s。对文中3种方案的死角问题进行了探讨,方案1中,通风死角区域占比0.844%;方案2中,通风死角区域占比0.069%;方案3中,通风死角区域占比16.7%。