【摘 要】
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温室作为我国北方地区冬季蔬菜生产的重要工具,近年来得以广泛的推广和使用,对温室的优化与改造也在同步进行,目前为止,温室已经历三代的优化,在第三代节能型日光温室的基础上,伴随着当今社会高度重视的能源与环保问题,高度自给自足型的生态型温室应运而生,然而针对生态温室的辅助加温问题仍然在探索中。基于农业生物质废弃物阴燃产热原理的燃池辅助加温系统,高度的契合生态温室理念,用其对生态温室进行辅助加温,不仅有益
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温室作为我国北方地区冬季蔬菜生产的重要工具,近年来得以广泛的推广和使用,对温室的优化与改造也在同步进行,目前为止,温室已经历三代的优化,在第三代节能型日光温室的基础上,伴随着当今社会高度重视的能源与环保问题,高度自给自足型的生态型温室应运而生,然而针对生态温室的辅助加温问题仍然在探索中。基于农业生物质废弃物阴燃产热原理的燃池辅助加温系统,高度的契合生态温室理念,用其对生态温室进行辅助加温,不仅有益地利用了农业生物质废弃料,提高了经济效益,而且减少了环境污染。但是,当今对燃池加温速率的控制方法,仍少有研究。本文根据上述两大问题,基于多年的温室环境和燃池加温试验数据,采用理论研究、数值模拟和试验验证的方法,对北方寒区生态温室辅助加温条件和加温方式,以及燃池辅助加温控制进行了研究。首先,考虑了室外温度和太阳总辐射值对温室内环境的影响,探明了北方寒区生态温室内种植耐寒或半耐寒作物时,生态温室需要燃池辅助加温时的3种室外气候条件:1)当温室外太阳总辐射值大于300 W/m2,且温室外气温低于-20℃;2)当温室外太阳总辐射值位于150 W/m2至300 W/m2之间,且温室外气温低于-10℃;3)当温室外太阳总辐射值小于150 W/m2,且温室外气温低于-5℃。以及具体的4种燃池辅助加温方式:1)需要在5天时间段内,将温室内地下200mm处平均地温提升2℃;2)需要在5天时间段内,将温室内地下200mm处平均地温提升4℃;3)需要在10天时间段内,将温室内地下200mm处平均地温提升2℃;4)需要在20天时间段内,将温室内地下200mm处平均地温提升1℃。其次,对现有的燃池辅助加温系统进行了改造,使用计算流体动力学(CFD)方法,在三种情况下分别对燃池内的空气流进行了数值模拟研究:1)在燃池入口底部设置挡风板;2)在燃池入口处不设置挡风板;3)在燃池入口顶部设置挡风板。数值模拟使用的湍流模型为Realizable k-ε方程和非平衡壁面函数。结果表明,由于挡板位置的不同,进入燃池的气流形式也不同,会导致燃池内发生不同形式的阴燃,进而可控制燃池内的阴燃速率。再次,同样采用计算流体动力学(CFD)方法,对燃池内正向阴燃和逆向阴燃过程进行了数值模拟。为简化模型,将燃池内的燃料视为均匀加热的多相多孔介质。采用基于CFD模型的逆运算方法计算了正向阴燃和逆向阴燃的发热功率。发热功率计算结果表明,在相同的进气风速度(0.1 m/s)条件下,燃池内正向阴燃的发热功率为850 W/m3,逆向阴燃的发热功率为500 W/m3。当进风速度增加到0.3 m/s时,燃池内正向阴燃的发热功率由850 W/m3增加到2000 W/m3,逆向阴燃的发热功率由500 W/m3增加到1000W/m3。由此可见,正向阴燃的加热速率较快,逆向阴燃的加热速率较缓慢。模拟结果仍显示,当燃池内发生正向阴燃时,燃池顶板上的温度分布不均匀,相反,当燃池内发生逆向阴燃时,燃池顶板上的温度分布比较均匀。最后,根据数值模拟的结果,分别对其进行了试验验证。试验结果表明,模型能较准确地预测燃池内的空气流动和温度分布,误差约为5%~20%。试验结果还表明,未做改进的燃池,其内的阴燃燃烧容易转换为明火燃烧,造成加温过剩等问题。对于北方寒区生态温室燃池辅助加温控制,在冬季大部分期间,燃池内应采用逆向阴燃对温室进行辅助加温,如果温室遭遇气温骤降、降雪和连阴等不利气候时,燃池内则应切换至正向阴燃对温室进行加温。
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