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《扬州大学》 2004年
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蔬菜大棚内部流场三维紊流数值模拟及大棚断面优化研究

曹阳  
【摘要】:随着我国市场经济体制的确立,以及农村种植业结构的调整,大棚蔬菜得到了飞速的发展。因此,研究大棚的断面型式对于大棚蔬菜生产的影响,具有十分现实的意义和经济价值。然而,对于蔬菜大棚形状的选取,以往一般是根据经验选择而缺乏科学的理论研究证明。 随着计算流体动力学理论和技术的迅速发展,应用三维紊流数值模拟方法来研究大棚内部流场的运动情况研究已成为可能,大棚内部流场具有典型的三维紊流特征,其计算建立在三维流动的理论基础上更加合理。 本文采用流体动力学三维紊流模型对大棚内部流场进行数值模拟。大棚内部三维流动模拟的控制方程为雷诺平均Navier-Stokes方程,并以紊流模型使方程封闭。近壁流动采用壁面函数法,方程离散采用控制体积法。对动量方程的求解,压力与速度的耦合关系采用压力修正法SIMPLE系列算法,变量的布置采用交错网格系统。 本文对拱型、屋脊型、抛物型、斜顶型大棚这四种断面型式的大棚采用上述紊流模型,对其内部流场的流动进行了数值模拟。并在流场计算结果的基础上提出了大棚一次换气时间这一新的概念,并给出了其计算模型及求解方法。大棚换气时间的基本计算思想为:在各个大棚进口内部随机放置若干示踪粒子,算出其到达大棚出口处的时间,求其平均值,即可认为大棚一次换气时间。计算结果表明:斜顶型大棚换气时间最短,抛物型大棚次之,拱形大棚再次之,屋脊型大棚换气时间最长。综合蔬菜大棚流场的三维数值模拟及换气计算结果以及大棚的实际利用效率,本文认为拱型大棚断面型式最优。 计算结果表明:本文所采用的蔬菜大棚内部流场流动的三维数值计算方法及大棚断面型式优化的研究方法是可信和可行的。
【学位授予单位】:扬州大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2004
【分类号】:O368

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