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食用菌工厂菇房内环境的模拟验证与优化研究

沈敏  
【摘要】:食用菌工厂菇房内环境是影响食用菌生长发育的重要因素之一。目前,菇房内环境的监测技术不断改进,测量精度也不断提高,但都是通过局部的测量数值来判断整个菇房的内环境分布,不能全面的反映菇房内环境的分布状况。近年来,计算机流体力学(Computational Fluid Dynamics,简称CFD)技术被广泛应用于温室内环境的研究,通过温室内环境的优化,节约成本并提高了温室作物的产量。开展菇房内环境分布的研究与优化工作,给生产操作和菇房的优化提供指导意见,在增加食用菌产量、节约能源方面具有重要意义。本文选取上海市奉贤区某金针菇菇房为研究对象,建立无线温湿度监测系统,将CFD软件应用于金针菇菇房内环境的数值模拟计算与分析,并通过增加回风口、改变风机送风角度优化菇房内环境。主要研究内容如下:(1)通过分析菇房CFD模拟的基础理论,建立能够描述单相气体和多相气体两种不同情况下的数学模型。(2)利用CFD软件,建立了菇房的稳态三维模型。将标准k-ε湍流模型与SIMPLEC半隐式算法应用到菇房温度场、湿度场、CO2气体浓度场的数值模拟中,将获得的温湿度的仿真结果与实验结果进行对比分析,验证CFD模型的有效性与可行性。(3)建立基于Zig Bee无线传输的菇房温湿度监测系统,通过上位机LabVIEW软件实现对菇房内监测点处温湿度的实时监测,观察并记录风机和加湿器运行前后菇房内温湿度的变化,为仿真模型的验证提供实验数据。(4)通过增加回风口和改变送风角度,优化菇房结构,结果表明:优化后菇房内温湿度、CO2气体浓度分布均匀性和稳定性均得到改善。(5)在上述优化的前提下,考察加湿器运行对菇房内环境的影响。由模拟结果可得出:加湿器运行后,菇房内环境达到了较优的状态,有利于金针菇的生长。


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