收藏本站
《南京农业大学》 2007年
收藏 | 手机打开
二维码
手机客户端打开本文

互插式连栋温室优化设计与通风试验研究

王健  
【摘要】: 我国商品化温室的普及率很低,高、中档次的商品化温室主要被一些机关团体、军队、农场和科研等单位所采用,普通农户使用最多的是自建的简易拱棚,该类拱棚约占我国温室总量的60%以上。由于拱棚的覆盖材料薄膜透气与通风性能较差,夏天只能进行露地生产,从而降低了温室的周年利用率。为此科技工作者需要对温室的结构做较为深入的优化研究。随着工厂化高效农业示范工程及产业化的实施,连栋温室在我国设施农业中得到了迅猛发展和广泛应用。但是连栋温室一次性投资大、造价较高,运转费用和生产成本高,使得农户与一般小型企业都无法承受。综合考虑拱棚的低般入和连栋温室的高能效,若设计出一种面向广大农户和一般企业的介于拱棚和连栋温室之间的新型温室,该温室具有低造价、通风性能良好且能在沿江、沿海等多风地区普及应用等诸多优点,它必定能很好的为农业和农民服务,且能带来显著的社会效益和巨大的经济效益。 互插式连栋温室属于华东型简易温室,该温室是针对我国连栋温室投资成本过高而特别设计的经济实用型温室。互插式连栋温室的特点是以拱杆互插代替传统连栋温室的立柱,其用钢量比同结构尺寸的立柱式连栋温室显著减少,从而造价降低。但若在沿海等多风地带推广应用该新型温室,还需对其结构做进一步的优化设计,且需对该温室的抗风载特性和通风效果做更深入的模拟与试验研究。 本文以互插式连栋温室为研究对象,采用从局部到整体的设计思路对其结构进行优化,并对该温室的抗风载特性进行了风洞试验研究,且对其流场进行了模拟和PIV试验研究。主要研究内容及结论如下: ①对互插式连栋温室的主要构件——天沟和钢管进行试验研究,并对温室整体结构进行有限元优化设计。其目的一方面是为了提高温室的抗风、雪荷载的能力,另一方面是为了节省单位面积温室的用钢量,从而降低建造成本.试验表明:在相同荷栽作用下,同尺寸的天沟有沟槽比无沟槽抗弯性能好;在相同压力作用下,插入角度越大,杆件越稳定;在相同拉力作用下,插入角度越大,杆件稳定性越差;在多风地区建造温室大棚时,在钢管底部安装弯头,可以提高温室的抗拔和抗压性能。综合考虑杆件的抗拉和抗压性能,弯头应安装在距钢管底部100mm左右;以拱顶受均布静水压力荷载为例分析了拱顶的稳定性;ANSYS优化结果表明互插式连栋温室较传统的立柱式连栋温室单位面积用钢量少,造价低。 ②以单栋温室为研究对象,运用CFD软件模拟其周围气流运动,从而确定通风窗位置。模拟结果表明:温室利用风压进行自然通风时,采用顶窗与侧窗组合通风效果较好;运用单栋温室的研究方法对互插式连栋温室自然通风的效果进行了模拟分析。分析表明:当风速垂直于侧窗时,顶窗和侧窗组合通风效果优于肩窗和侧窗组合通风,但从结构设计和便于操作角度考虑一般采用肩窗和侧窗组合通风方式。运用ANSYS软件,既能优化设计温室结构,又能研究温室内部的流场和温度分布,为合理建造温室提供了参考依据。对温室结构的多方案比较设计和内环境控制设计而言,运用ANSYS模拟设计可显著缩短设计时间和进程。 ③在研究常用的流场显示技术基础上,采用先进的流场测试技术——PIV技术对互插式连栋温室利用风压通风时室内外的流场进行了试验研究。研究表明:在时均流场中,当互插式连栋温室采用肩窗加侧窗组合通风时,互插式连栋温室室外顶部风速最大,天沟处风速最小;温室内部流场风速较小,且顶部风速最小,因而温室室内通风效果不好,热量会聚集在屋顶。在瞬时流场中,分析涡的瞬态过程,得到了回流涡的运动情况;根据温室室外涡量分布图,计算出了温室的阻力系数C_D=0.565;从互插式连栋温室室内涡旋运动图中可以看出,涡旋在拱1中的变化较拱2,拱3慢,因而拱1的空气流通效果较差,可以考虑在拱1中安放风扇,以增强空气流通,同时也不至于增加太多成本;在时均流场状态下,比较了肩窗加侧窗通风方式与顶窗加侧窗通风方式,得出采用顶窗加侧窗通风效果优于肩窗加侧窗通风效果。但采用顶窗和侧窗通风时温室所受风荷载较大,同时采用肩窗加侧窗通风设计制造简单易行,因而实际中互插式连栋温室多采用肩窗加侧窗通风方式。 ④以风洞试验为基础,在不同风向角和是否安装遮阳幕情况下对互插式连栋温室的风压分布进行了详细的试验研究。研究发现:当雷诺数大于3×10~6时,雷诺数对风压分布的影响不大。尽管雷诺数不同,但温室屋面风压分布趋势大致相同;互插式连栋温室屋面风压以负压为主,最大负压一般出现在拱顶,风对温室的作用主要是向上的升力;通风窗关闭时的风压系数显著高于通风窗开启时的风压系数,且风压系数的变化范围较大,因而计算温室表面风压时,风压系数要选用通风窗关闭时的风压系数;当风向角为15°-90°,变化角度Δα-15°时,互插式连栋温室的通风窗都开启时整个温室屋面以负压为主,风压变化剧烈的区域出现在迎风面。针对温室某部位最不利风向角的风压,对其结构进行强化或改进;当气流流经温室屋面时,气流强弱、方向均发生变化,有遮阳幕时正负压交替出现,风压分布比无遮阳幕时复杂;在计算风压时,不能以某一种状态下的风载体型系数来计算,而应该取两种状态下较大值,以确保温室的安全性;由风洞试验数据计算出的整体风载体型系数比规范所给出的圆拱形温室风载体型系数数值更精确,计算互插式连栋温室的风压时,应将有遮阳幕和无遮阳幕两种状态下的风载体型系数结合在一起考虑,即选取两种工况的较大值作为结构设计依据。 ⑤以CFD理论为基础,建立了互插式连栋温室周围空气绕流的数学模型,设定了流体的边界条件。运用FLUENT软件对互插式连栋温室的风压分布进行模拟分析,模拟结果表明风对温室的作用力主要是向上的升力;风压系数沿温室跨度方向分布的数值模拟结果与风洞试验结果基本吻合;上风向和下风向风压系数沿温室高度方向呈二次曲线分布,相关系数分别为0.975和0.990;最后将模拟所得到的风压系数转换成相应的风载体型系数,为结构优化设计提供参考。
【学位授予单位】:南京农业大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2007
【分类号】:S625

【相似文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 陈凌颜;滕凯;;水田井灌区的优化设计[J];地下水;2011年04期
2 徐伟幸;袁寿其;;基于搅拌流场分析的潜水搅拌器优化设计及工程应用[J];中国农村水利水电;2011年06期
3 史洪涛;齐双丽;黄爱武;;对旋耕机排刀和定位的再认识[J];拖拉机与农用运输车;2011年04期
4 梁志宸;;集雨节灌系统优化设计[J];灌溉排水学报;2007年S1期
5 郭艳;牛国凯;;浅谈Matlab在给水管网平差中的应用[J];农家科技;2011年03期
6 周渝庆;常艳;;镁合金车轮疲劳寿命预测与优化设计[J];拖拉机与农用运输车;2011年03期
7 彭金华;王健;;塘下涌排涝工程优化设计[J];中国农村水利水电;2011年07期
8 李文;刘载文;付晓宁;许继平;;基于BOOST的柴油机整机性能优化设计[J];农机化研究;2011年10期
9 陈敏;唐小弟;;消能减震结构基于EP增益的优化设计[J];中南林业科技大学学报;2011年07期
10 夏绍泰;;农用拖拉机结构优化设计及其效果[J];现代农业科技;2011年11期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 陈小兵;;SAW双模滤波器的优化设计[A];2010’中国西部声学学术交流会论文集[C];2010年
2 王满;王德信;徐凡力;;土质心墙堆石坝断面区间优化设计[A];第四届全国结构工程学术会议论文集(下)[C];1995年
3 俞铭华;李庆贞;;钢筋混凝土偏心受压柱优化设计[A];第九届全国结构工程学术会议论文集第Ⅱ卷[C];2000年
4 谈春明;张颜民;刘以思;向新程;;用蒙特卡罗方法对车载式集装箱检测系统源室快门的优化设计[A];第十届全国核电子学与核探测技术学术年会论文集[C];2000年
5 方明霞;康治国;唐宜君;;逆流式冷却塔优化计算软件的开发与运用[A];第十四届玻璃钢/复合材料学术年会论文集[C];2001年
6 汪玉凤;乔和;初宪武;;钢次级扁平型低速直线异步电机优化设计[A];直线电机与自动化——2002年全国直线电机学术年会论文集[C];2002年
7 邵朋礼;魏来生;;油气悬挂装置有限元强度分析与改进设计[A];制造业与未来中国——2002年中国机械工程学会年会论文集[C];2002年
8 张建功;刘士林;;装配式部分预应力混凝土连续箱梁通用图优化设计[A];新世纪预应力技术创新学术交流会论文集[C];2002年
9 吴华根;邢子文;姜韶明;;螺杆制冷压缩机特性研究与优化设计[A];第十二届全国冷(热)水机组与热泵技术研讨会论文集[C];2005年
10 袁宏韬;;光子嫩肤用滤的设计与优化[A];上海市激光学会2005年学术年会论文集[C];2005年
中国重要报纸全文数据库 前10条
1 记者 董旭霞 通讯员 张晓艳 施兆国;长城钻探优化设计精准化管理[N];中国石油报;2011年
2 记者 王瑶 张世敬;立足实际 优化设计 保护生态[N];大同日报;2010年
3 本刊记者 王太洪;二次优化设计创造二次财富[N];中国建设报;2004年
4 李俐娥 杨关;武仪公司通过优化设计丰富产品内涵[N];中国航空报;2007年
5 鲁晨 昊坤 宇闪;徜徉在真情铺就的回家路上[N];中国教育报;2007年
6 本报记者 李佳;把可持续发展落实到优化设计上[N];中华建筑报;2006年
7 张明通讯员 谢仕鸿;铁道部召开渝利铁路初设审查会[N];恩施日报;2008年
8 熊运福 邓国辉 龚理;通平高速公路优化设计节约林地[N];中国交通报;2010年
9 本报记者 吴林;“中国之家”技术特色[N];中国房地产报;2009年
10 姜华;国外住宅的优化设计细节[N];中国建设报;2003年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 滕海文;基于最大熵的结构两相优化设计[D];北京工业大学;2002年
2 郭祖华;并联数控刀具磨床的动力学优化设计[D];北京航空航天大学;2002年
3 栾振辉;平衡式复合齿轮泵的理论与试验研究[D];中国矿业大学(北京);2000年
4 刘桦;风电机组系统动力学模型及关键零部件优化研究[D];重庆大学;2009年
5 王俭;高垂直段风冷封闭母线三维场仿真分析及结构优化设计[D];沈阳工业大学;2009年
6 王新坤;微灌管网水力解析及优化设计研究[D];西北农林科技大学;2004年
7 郑银环;汽车钢板弹簧计算模型研究[D];武汉理工大学;2005年
8 徐志科;行波型超声波电机的模型仿真与试验研究[D];东南大学;2005年
9 黄茂杨;柴油机高压共轨燃油喷射系统[D];东南大学;2005年
10 焦安军;换热器入口物流分配特性研究与优化设计[D];西安交通大学;2002年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 王丽敏;偏曲轴少齿差行星减速器优化设计[D];河北工业大学;2005年
2 贾斌;全程变桨距风能转换装置的气动研究[D];内蒙古工业大学;2005年
3 李丹;WWB型脉动式无级变速器运动分析及优化[D];南昌大学;2006年
4 王承昱;遗传算法在杏花营组团污水管网设计中的应用[D];郑州大学;2006年
5 彭晖;螺杆泵节点系统分析及工作参数优化设计方法研究[D];大庆石油大学;2006年
6 李进军;劲性搅拌桩荷载传递规律的试验研究[D];天津大学;2006年
7 赵天印;白银王岘水泥有限责任公司员工绩效考评体系的优化设计[D];兰州大学;2007年
8 周欢;中国企业文化测评维度选择及模型优化设计[D];中南大学;2007年
9 范淑敏;遗传算法在PID控制中的应用[D];北方工业大学;2007年
10 赵鹏飞;基于GA的双圆弧齿轮啮合特性及应力的有限元分析[D];兰州理工大学;2008年
 快捷付款方式  订购知网充值卡  订购热线  帮助中心
  • 400-819-9993
  • 010-62791813
  • 010-62985026