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灌溉排水学报 Journal of Irrigation and Drainage ISSN 1672 3317 CN 41 1337 S 灌溉排水学报 网络首发论文 题目 侧通风窗纵横比对连栋温室流场均匀性的影响 作者 高振军 司长青 丁小明 李苇 何芬 李文杨 张建波 DOI 10 13522 ki ggps 2022165 网络首发日期 2022 09 17 引用格式 高振军 司长青 丁小明 李苇 何芬 李文杨 张建波 侧通风窗纵横比 对连栋温室流场均匀性的影响 J OL 灌溉排水学报 https doi org 10 13522 ki ggps 2022165 网络首发 在编辑部工作流程中 稿件从录用到出版要经历录用定稿 排版定稿 整期汇编定稿等阶 段 录用定稿指内容已经确定 且通过同行评议 主编终审同意刊用的稿件 排版定稿指录用定稿按照期 刊特定版式 包括网络呈现版式 排版后的稿件 可暂不确定出版年 卷 期和页码 整期汇编定稿指出 版年 卷 期 页码均已确定的印刷或数字出版的整期汇编稿件 录用定稿网络首发稿件内容必须符合 出 版管理条例 和 期刊出版管理规定 的有关规定 学术研究成果具有创新性 科学性和先进性 符合编 辑部对刊文的录用要求 不存在学术不端行为及其他侵权行为 稿件内容应基本符合国家有关书刊编辑 出版的技术标准 正确使用和统一规范语言文字 符号 数字 外文字母 法定计量单位及地图标注等 为确保录用定稿网络首发的严肃性 录用定稿一经发布 不得修改论文题目 作者 机构名称和学术内容 只可基于编辑规范进行少量文字的修改 出版确认 纸质期刊编辑部通过与 中国学术期刊 光盘版 电子杂志社有限公司签约 在 中国 学术期刊 网络版 出版传播平台上创办与纸质期刊内容一致的网络版 以单篇或整期出版形式 在印刷 出版之前刊发论文的录用定稿 排版定稿 整期汇编定稿 因为 中国学术期刊 网络版 是国家新闻出 版广电总局批准的网络连续型出版物 ISSN 2096 4188 CN 11 6037 Z 所以签约期刊的网络版上网络首 发论文视为正式出版 文章编号 1672 3317 2022 0X xxxx 05 侧通风窗 纵横比对连栋温室 流场均匀性 的影响 高振军 1 司长青 1 丁小明 2 李 苇 3 何 芬 2 李文杨 1 张建波 1 1 三峡大学机械与动力学院 湖北 宜昌 443002 2 农业农村部农业设施结构设计与智能建造重 点实验室 北京 100125 3 广东省现代农业装备研究所 广州 510630 摘 要 目的 探究侧通风窗纵横比对连栋温室内流场均匀性的影响 为温室设计建造提供理论依据 方法 本 研究以广州地区连栋蝶形开窗温室为研究对象 采用数值模 拟和试验结合的方法 设计了 4 种不同开窗纵横比方案 并与试验温室 即开窗方案 C 进行对比 引入不均匀系数评价流场均匀性 研究不同开窗纵横比下连栋温室内流 场的分布规律 结果 通过实测值和模拟值对比 温度 风速的平均误差分别为 2 48 和 8 76 均方根误差分 别为 1 10 和 2 1 10 3 m s 验证了模型的有效性 不同开窗纵横比对连栋温室室内平均温度无显著影响 但温度 不均匀系数存在明显差异 其中开窗方案 A较开窗方案 C总体温度不均匀系数减少了 41 5种开窗方案中 开窗 方案 A 的总体平均风速和风速不均匀系数 均优于其他开窗方式 与开窗方案 C 相比 平均风速提高了 23 风速 不均匀系数降低了 41 结论 从温室内流场分布角度来看 适当降低侧通风窗纵横比 能够有效降低温度 风 速不均匀程度 关 键 词 连栋温室 纵横比 自然通风 数值模拟 中图分类号 S625 1 文献标志码 A doi 10 13522 ki ggps 2022165 高振军 司长青 丁小明 等 侧通风窗纵横比对连栋温室流场均匀性的影响 J 灌溉排水学报 2022 41 GAO Zhenjun SI Changqing DING Xiaoming et al Influence of Aspect Ratio of Side Ventilation Window on Uniformity of Flow Field in Multi span Greenhouse J Journal of Irrigation and Drainage 2022 41 0 引 言 研究意义 连栋温室作为设施农业的重要代 表 能够实现作物高效生产 已成为现代化农业发 展的重要 方向 1 2 自然通风作为温室环境调控常用 的方式 具有经济节约能耗的特点 因此在日常运 行管理中优先使用 已有研究表明通风窗的大小 位置及开窗配置是影响温室微气候的主要因素 3 5 但开窗纵横比对室内环境的影响尚未了解 研究进展 计算流体力学 CFD computational fluid dynamic 作为一种新兴 高效的计算手段 广 泛应用于温室通风等相关领域的研究 采用数值模 拟方法提高温室性能以及研究温室流场分布具有重 要作用 柏宗春等 6 研究了自然通风条件下大棚通 风窗的开设位置 借助 Fluent 软件研究不同侧窗和 天窗尺寸下大棚内部的流场规律 赵融盛等 7 以陕 西 地区塑料温室为研究对象 分析并比较 4 种侧通 基金项目 十三五 国家重点研发计划 2017YFD0701500 农业农村 部农业设施结构工程重点实验室开放课题 201903 作者简介 高振军 1986 男 副教授 主要从事 温室环境模拟 及流 体 机械 E mail 570186276 通 信 作者 丁小明 1976 男 研究员 主要从事 温室设施装备研究和 标准化 E mail dingxiaoming 风口高度下 40 60 80 100 cm 下室内流场 气温 相对湿度均匀性 何科奭 8 等人研究开窗配 置对温室微气候的影响 揭示极低风速下 小于 0 6 m s 单栋塑料温室内气流和温度场的分布特征 Rasheed等 9 利用 CFD技术 比较 7种不同屋顶和通 风口条件下塑料大棚内温度和通风率大小 以上研 究大多关注 CFD 方法在单栋塑料温室 单跨温室的 应用 多数只考虑温室流场分布特征 缺乏对流场 均匀性 的研究 切入点 目前 鲜有 研究 自然通风情况下侧 通风窗纵横比对温室内流场 的影响 拟解决关键问 题 本研究 以 广州地区连栋蝶形开窗温室 为研究对 象 建立连栋温室三维数值模型 设计了 4 种不同 开窗纵横比并与试验温室模型进行对比 引入温 度 风速不均匀性系数 对 温室流场分布特性 进行 评价 探索不同开窗纵横比对 室内温度及风速的 分 布规律 1 材料与方法 1 1试验温室 试验温室位于广州市天河区柯木塱农业技术推 网络首发时间 2022 09 17 08 01 51 网络首发地址 广总站示范基地 东经 113 40 北纬 23 18 屋 脊为东西朝向 温室长 36 m 宽 28 8 m 肩高 6 5 m 脊高 7 5 m 温室东西两侧设有湿帘风机降温装 置以及侧通风窗 顶窗采用电动扭矩分配开窗机 构 最大开启角度为 45 屋面覆盖材料为 4 mm厚 漫反射玻璃 四周覆盖 5 mm厚度单层钢化玻璃 1 2试验条件 选取广州地区夏季典型天气进行试验 试验时 间为 2020年 8月 9日 晴天高温天气 风向与屋脊 方向平行 即与温室迎风面垂直 室外风速为 0 3 m s 室内无作物 试验期间环境稳定 现场试验从 9 00 开始 18 00 结束 期间温室顶窗 侧窗均处于 完全打开状态 采用 Auto 100 环境数据采集器 北 京奥托 温度传 感器精度为 0 5 每隔 1小时自 动采集室内外温度 风速 室内共设置 27 个监测 点 在 0 6 2 5 3 0 m 高度 处 各布置 9 个采集器 图 1 室外数据采集器距地 2 5 m 进行安装 周 围无遮挡 a 连栋温室实际检测点平面图 b 连栋温室实际检测点立面图 图 1 连栋温室室内测温点示意图 Fig 1 Schematic diagram of indoor temperature measurement points in multi span greenhouse 1 3 评价方法 1 3 1 温室流场评价指标 以平均温度 平均风速 作为室内流场评价指 标 可以反映温室内流场的基本情况 对于连栋温 室而言 室内温度 风速分布不均是制约连栋温室 快速发展的主要原因 因此引入温度不均匀系数 和风速不均匀系数 作为连栋温室流场均匀性评价 指标 10 计算公式如下 1 2 3 4 式中 为温度平均值 为温度均方根差 为温度不均匀系数 为速度平均值 m s 为速度均方根差 m s 为速度不均 匀系数 为了使流场均匀性评价指标计算的更加准 确 11 本研究在温室长宽高 3 个方向分别以 4 6 4 1 m均匀取点 共选取 350个取样点 1 3 2 模型精度评价指标 为了评价数值模型的准确性 引入 相对 误差 平均 绝对 误差和均方根误差 root mean square error RMSE 评价模型的精度 12 评价指标越小 意味着 模型精度越高 均方根误差计算公式如下 5 式中 为参数模拟值 即温度 或风速 m s x 为参数实际值 即温度 或风速 m s n为监测点数量 本研究为 27 1 4 模拟方案 通过文献调研 当室外风速小于 0 5 m s 时 由 室内外温差 所 引起的热压通风 对室内环境的 影响 不 可忽略 13 15 鉴于此 考虑连栋温室在风压和热压 共同作用下 采用数值计算的方法 探索不同开窗 纵横比对温室内流场均匀性的影响 在保证开窗面 积以及通风窗底边高度 一致的前提下 只改变侧通 风窗纵横尺寸之间的比例 设计了 4 种不同开窗方 案与试验温室进行比较 采用瞬态模拟 实际模拟 时间 10分钟 不同开窗方案见表 1 表 1 不同开窗纵横比侧通风窗结构参数 Table1 Structural parameters of side ventilation windows with different window aspect ratios 开窗方案 开窗尺寸 比例 纵横比 A 0 85 m 1 70 m 1 2 0 5 B 0 98 m 1 47 m 2 3 0 67 C 1 20 m 1 20 m 1 1 1 D 1 47 m 0 98 m 3 2 1 5 E 1 70 m 0 85 m 2 1 2 注 纵横比 即通风窗长度方向与高度方向的比值 2 CFD模型 2 1控制方程 假设连栋温室室内空气为定常不可压缩介质 传质传热过程满足质量 动量和能量守恒方程 并 可由通用方程 6 表示 16 6 式中 为 通用传输量 为 流体密度 kg m3 t 为 时间 s 为 流体风速矢量 m s 表示广义扩散系数 m2 s 表示广义 源相 W m2 2 2物理 模型 对连栋温室 物理模型 进行简化 忽略作物栽培 架对自然通风的影响 试验时湿帘风机装置 并 未运 行 模型对其进行删除 将温室高度 7 5 m作为距离 单位 H 计算域入口与温室迎风面的距离为 5 H 计 算域出口与温室背风面的距离为 15 H 计算域侧面 距离以及顶部距离均为 5 H 17 利用 Workbench 中 SpaceClaim 模块建立等比例大小三维模型 具体见 图 2 以 温室 宽度方向 为 X 方向 取值范围为 0 28 8 m 长度 方向为 Y 方向 取值范围为 36 m 0 高度 方向 为 Z方向 取值范围为 0 7 5 m 温 室东西两侧各设 9 个侧通风窗 尺寸大小 为 1 2 m 1 2 m 底边距地高度为 2 m a 连栋温室三维模型 5H 入口 Z Y X 北 东 出口 b 连栋温室计算域及三维模型 图 2 连栋温室 物理 模型 Fig 2 Physical model of multi span greenhouse 2 3 网格无关性检验 对于数值模拟 需要进行网格无关性检验 以 保证网格数量不影响最终计算结果 本研究设置 3 种不同网格划分方案 并将模拟温度值和实际测量 值比较得到平均误差 结果见表 2 可以看出 3 种 方案温度平均误差在 2 5 左右 均 满足计算要求 考虑到计算精度及耗费时间 选择细网格划分方 式 表 2 网格无关性检验 Table 2 Grid independence test 网格划分方案 网格数量 平均误差 粗网格 1 700 000 2 56 细网格 2 000 000 2 48 密网格 2 500 000 2 35 2 4边界条件及模型求解 广州 地区 夏季高温弱风 室内环境对作物生长 具有较大影响 因此 本研究选取中午 13 00作为模 型初始时刻 对模型进行初始化设置 室外初始温 度为 32 6 室内温度为 42 2 西面 进风口设为 速度进口 大小为 0 3 m s 弱风条件 方向与屋脊 方向平行 入口温度为 32 6 东面 出风口为压力 出口 压力为标准大气压 温室地面及围护结构设 置为壁面边界条件 通风窗设置为内部边界条件 模型考虑浮升力影响 添加 Boussinesq 模型模拟自 然对流 激活 DO 辐射模型 并通过太阳追踪法 Solar Ray Tracing 将太阳辐射加载到计算域中 选 择 RNG 湍流 模型进行模拟 求解器采用瞬态 基于压力求解 选择 SIMPLEC算法 动量和湍流动 能选用二阶迎风格式 18 20 表 3 为连栋 温室材料物 性参数 表 3 连栋温室材料物性参数 Table 3 Physical parameters of greenhouse materials 参数 玻璃 土壤 空气 密度 kg m 3 2 500 2 000 1 18 比热容 J kg 1 K 1 700 2 000 1 006 43 导热系数 W m 1 k 1 0 71 2 0 024 2 吸收率 0 1 0 5 0 散射系数 0 1 0 折射率 1 7 1 1 3 结果分析 3 1模型验证 为了验证连栋温室模型 的准确性 以 13 00实际 测得环境参数作为模拟的初始条件 模拟连栋温室 自然通风 1 小时 后室内流场的变化 将温室各监测 点参数实测值和模拟结果相对比 得到各监测点温 度相对误差范围为 0 09 5 31 平均 相对 误差为 2 48 均方根误差为 1 10 风速相对误差范围 为 0 18 92 平均 相对 误差为 8 76 均方根误差 3 2不同开窗纵横比对连栋温室 为 2 1 10 3 m s 表明 该模型能够准确模拟室内流场分布 可用于后续温 室流场模拟 温度的影响 3 2 1不同开窗纵横比连栋温室纵截面温度分布 取温室宽度 方向 的 中心截面作为典型截面 不 同开窗纵横比下温度分布见图 3 可以看出 高度方 向上温室中层及下层的温度较低 高温区域集中在 温室顶层附近 温度分布呈现自下到上的梯度变 化 这是由于热压作用 热空气向上冷空气向下运 动 形成上层高温下层低温的分布规律 长度方向 上室内温度分布呈现出 迎风侧温度低 背风侧温度 高 的 现象 一方面是由于室外冷空气首先和迎风窗 附近热空气进行交换 带走了大部分热量 使得迎 风侧温度低 另一方面 背风侧窗口附近空气因受 太阳辐射和地面辐射加热的影响 温度升高 由于 室内压力小于室外压力 热空气进入温室导致背风 侧温度高 此外 随着开窗纵横比的增加 低温区 域不断减小 高温区域不断增加 表明开窗纵横比 影响气流的纵向进深能力 即 气流 沿温室长度方向 的深入能力 这 是由于随着纵横比不断增加 通风 窗高度方向尺寸逐渐减小 气流在发展过程中上下 层气流流通能力减弱 a 开窗方案 A b 开窗方案 B c 开窗方案 C d 开窗方案 D e 开窗方案 E 图 3 X 14 4 m时不同开窗纵横比连栋温室温度分布 Fig 3 Temperature distribution of muti span greenhouses with different window aspect ratios at X 14 4 m 3 2 2不同开窗纵横比连栋温室横截面温度变化 由图 4 a 可见 开窗方案 B 开窗方案 C 开窗 方案 E 沿温室长度方向截面平均温度呈现出上升的 趋势 这是由 于纵向进深距离增加气流换热能力减 弱 以及 背风侧风压热压共同作用 导致的 详细分 析可见 3 2 1 开窗方案 A 沿温室长度方向 截面平均 温度呈现出先下降后上升的趋势 原因是该纵横比 下迎风侧冷气流 和背风侧热气流在温室中部气流上 下流通能力较强 导 致该区域的平均温度较低 开 窗方案 D 与开窗方案 A 的变化趋势相同 只是 平均 温度最低区域位置靠近背风侧 此外 通过对比开 窗方案 C 与其余开窗方案平均温度 发现降温幅度 最大为 0 9 并无显著差异 表明在相同开窗条件 下 只改变开窗纵横比对室内平均温度影响较小 由图 4 b 可见 开窗方案 A 开窗方案 B 开 窗方案 D 开窗方案 E 沿温室长度方向上的不均匀 系数 呈现出 先上升后下降 的趋势 这是 由于迎风侧 气流发展时受到相向而来的背风侧气流 导致 室内 出现气流停滞区温度不均系数上升 随着纵向进深 距离增加 迎风侧气流逐渐减弱 背风侧气流 增 强 温度分布逐渐稳定 温度不均匀系数随之下 降 开窗方案 C 沿温室长度方向上不均 匀 系数 呈现 出 缓慢 上升的趋势 没有出现明显 上下 波动 的情 况 a 平均温度变化曲线 b 温度不均匀系数变化曲线 图 4 连栋温室长度方向平均温度及不均匀系数变化 Fig 4 Variation of average temperature and uneven coefficient along the length of multi span greenhouse 3 2 3 不同开窗纵横比对连栋温室竖直截面温度变化 由图 5 a 可见 开窗方案 B 开窗方案 C 开窗 方案 E 沿温室竖直方向截面平均温度呈现出先下降 后上升的趋势 这是由于空气在垂直高度方向存在 密度差 迎风侧冷空气由上到下运动 通风窗底部 以下区域温度较低 通风窗底部以上区域温度较 高 开窗方案 A 和 D 沿温室竖直方向截面 平均温度 呈现出持续上升的趋势 此外 垂直高度在 2 6 m 之间温度梯度由大到小排序依次为开窗方案 C 开 窗方案 E 开窗方案 D 开窗方案 B 开窗方案 A 即开窗纵横比为 1 竖直方向温度变化率最大 为 8 25 10 2 m 开窗纵横比为 0 5 竖直方向温度变 化率最小 为 1 75 10 2 m 由图 5 b 可见 开窗方案 B 开窗方案 E 沿温 室竖直方向截面不均匀系数 呈现出 先下降后上升 的 趋势 这是由于迎风侧温度较低 背风侧温度较 高 而通风窗所在高度范围空气流通能力强 温度 分布较为均匀 因此随着高度的增加迎风侧和背风 侧温度差异先减小后增加 而 开窗方案 A 沿温室竖 直方向截面不均匀系数呈现出 逐渐 上升的趋势 此 外 垂直高度在 2 6 m 之间温度不均匀系数梯度 由大到小排序依次为开窗方案 E 开窗方案 D 开 窗方案 A 开窗方案 B 开窗方案 C 即开窗纵横 比为 2 竖直方向温度不均匀系数变化率最大 为 1 97 10 3 m 开窗纵横比为 1竖直方向温度不均 匀系数变化率最小 为 0 96 10 3 m a 平均温度变化曲线 b 温度不均匀系数变化曲线 图 5 连栋温室竖直方向平均温度及不均匀系数变化 Fig 5 Variation of average temperature and uneven coefficient in vertical direction of multi span greenhouse 3 3 不同开窗纵横比对连栋温室风速的影响 3 3 1 不同开窗纵横比连栋温 室纵截面风速分布 取温室宽度方向的中心截面作为典型截面 不 同开窗纵横比下风速分布见图 6 室外空气从温室 两侧通风窗进入从顶窗排出 两侧通风窗口处风速 较高 并且背风侧风速高于迎风侧 随着开窗纵横 比的增加 迎风侧气流纵深能力不断减弱 背风侧 气流纵深能力不断增强 同时迎风侧 背风侧区域 均出现低速区域 这是背风侧以热压为主的上升气 流和迎风侧风压为主的上升气流相遇 形成气流漩 涡 导致该区域流通能力较差 造成风速分布不 均 因此在弱风条件下 室内气流组织均匀性须同 时考虑风压和热压的综合影响 a 开窗方案 A b 开窗方案 B c 开窗方案 C d 开窗方案 D e 开窗方案 E 图 6 X 14 4 m时不同开窗纵横比连栋温室风速分布与流线 Fig 6 Wind speed distribution and streamlines of muti span greenhouses with different window aspect ratios at X 14 4 m 3 3 2不同开窗纵横比下横截面风速变化 由图 7 a 可见 不同开窗纵横比下 沿温室长度 方向截面平均风速 均 呈现出先下降后上升的趋势 这是由于温室迎风侧和背风侧均为高速区域 在气 流发展过程中 两侧气流 相遇 容易形成气流涡 旋 导致平均风速下降 并且 开窗方案 A 平均风 速 的均值 优于其他开窗方案 较开窗方案 C 提高了 50 由图 7 b 可见 沿温室长度方向截面风速不均 匀系数没有明显规律变化 所以仅分析不同开窗方 案最小不均匀系数位置 开窗方案 A 和 开窗方案 E 在 Y 24 m 时 风速不均匀系数取得最小值分别为 0 32和 0 33 开窗方案 B在 Y 16 m时 风速不均匀 系数取得最小值为 0 34 开窗方案 C在 Y 28 m时 风速不均匀系数取得最小值为 0 43 开窗方案 D 在 Y 12m 时 风速不均匀系数取得最小值 0 42 由此 可 知 风速均匀的区域大多分布在靠近温室背风侧 区域 这是由于背风侧区域以热压通风为主 气流 受到干扰因素较少 风速分布较为均匀 a 平均风速变化曲线 b 风速不均匀系数变化曲线 图 7 连栋温室长度方向平均风速及不均匀系数变化 Fig 7 Variation of average wind speed and uneven coefficient in the length direction of multi span greenhouse 3 3 3不同开窗纵横比下竖直截面风速变化 由图 8 a 可见 不同开窗纵横比下 沿温室竖直 方向截面平均风速 均 呈现出先下降再上升的趋势 这是由于通风窗底部以下区域空气向上运动时 受 到来自迎风侧水平方向上的气流干扰 容易形成气 流涡旋 平均风速下降 随着高度的增加 气流发 展充分 平均风速 增大 并且 开窗方案 A 平均风 速 的均值 优于其他开窗方案 较开窗方案 C 提高了 36 由图 8 b 可见 开窗方案 A 开窗方案 B 开 窗方案 C 开窗方案 E 沿温室竖直方向截面风速不 均匀系数变化呈现出先上升后下降的趋势 主要是 由于温室两侧气流相遇 造成风速在同一截面上分 布不均 导致风速不均匀系数上 升 随着气流的不 断发展 气流涡旋区域逐渐减小不均匀系数随之下 降 开窗方案 D 风速不均匀系数曲线在竖直高度 1 3 m呈现出下降趋势 由图 6 d 可知 这是由于背 风侧与迎风侧温室底部风速具有较大差异 导致同 一截面风速不均匀系数较大 但随着高度的增加 流通能力增强使得同一截面风速差异减小 a 平均风速变化曲线 b 风速不均匀系数变化曲线 图 8 连栋温室竖直方向平均风速及不均匀系数变化 Fig 8 Variation of average wind speed and uneven coefficient in vertical direction of multi span greenhouse 3 4流场均匀性评价 为了全面评价不同开窗方案对温室通风效果的 影响 依据公式 1 公式 4 计算 5种开窗方案总体 平均温度 总体温度不均匀系数 总体平均风速 总体风速不均匀系数 计算结果如表 4所示 表 4 不同开窗纵横比下温室流场均匀性评价指标 Table 4 Evaluation indicators of the uniformity of the greenhouse flow field under different windowing aspect ratios 开窗 方案 总体平均 温度 总体温度不 均匀系数 总体平均风速 m s 1 总体风速不 均匀系数 A 35 17 2 46 10 3 0 32 0 13 B 35 54 3 82 10 3 0 23 0 23 C 35 35 4 19 10 3 0 26 0 22 D 35 40 4 80 10 3 0 24 0 27 E 35 35 8 23 10 3 0 24 0 22 从表 4 可见 开窗方案 C 与 其余开窗方案室内 平均温度 相比 最大温差为 1 表明改变开窗纵横比 对温室内平均温度影响不显著 不同开窗纵横比下 室内温度 风速不均匀性系数存在明显差异 具体 表现为 开窗方案 A 的平均风速和风速不均匀系数 明显要优于其余开窗方案 与开窗方案 C 相比 开 窗方案 A 的平均风速提高了 23 风速不均匀系数 降低了 41 表明开窗纵横比为 0 5 时 能够增加 空气上下流通能力 降低风速不均匀系数 随着开 窗纵横比的增大 温度不均匀系数逐渐增加 表明 开窗纵横比对连栋温室温度分布均匀性具有重要影 响 其中开窗方案 A 较开窗方案 C 的温度不均匀系 数降低了 41 4 讨 论 自然通风作为连栋温室常用的通风方式之一 通常采用通风窗的合理配置以提高室内温度 风速 分布 均匀性 王新忠 等人 21 认为 侧窗和顶窗 联合通 风作用下 室内降温效果最好 Akrami 等 22 在 研究 侧通风与顶通风对室内微气候的影响 发现侧通风 口对通风的贡献最大 现有研究表明侧窗对室内气 流流动以及合理分布发挥着重要的作用 因此 为 了 保证 室内流场均匀 分布 为 作物 生长提供适宜的 生长环境 有 必要 开展 侧通风窗对室内 流场分布均 匀性 的 研究 本研究 设计 了 5 种不同开窗纵横比方案 发现 在不同侧通风窗纵横比下 室内温度 风速不均匀 系数 具有较大差异 主要是由于自然通风条件下室 内环境受到风压和热压的共同作用 表明开窗纵横 比对室内流场分布均匀性具有较大影响 随着开窗 纵横比的不断减小 气流的纵向进深能力不断增 强 主要是 由于 在开窗面积一定的情况下 侧 通风 窗竖向尺寸越大 气流上下流通能力越强 使得室 内温度 风速分布更加均匀 这与程征 23 得出的结 论一致 开窗纵横比对室内平均温度影响不显著 表明开窗纵横比主要影响气流分布 均匀性 对室内 温度 大小 影响有限 此外 本研究并未考虑作物对连栋温室通风的 影响 实际生产中作物会阻碍气流流通 造成温 度 速度分布不 均 另外 湿度作为农业生产必须 考虑的环境因子 了解室内湿度分布均匀性具有重 要的意义 因此 日后考虑将作物以及湿度等因素 纳入到 CFD 仿真模型 以期能够更好指导温室设计 建造 5 结 论 1 将 27 个监测点参数实测值和模拟值进行对 比 温度平均误差为 2 48 均方根误差为 1 10 风速平均误差为 8 76 均方根误差为 2 1 10 3 m s 误差在可接受范围内 验证了模型的 有效性 2 不同开窗纵横比对连栋温室室内平均温度无 显著变化 但对室内温度分布均匀性具有显著影 响 开窗纵横比越大 迎风侧冷空气 在温室长度方 向纵深能力越弱 室内温度分布越不均匀 温度不 均匀系数越高 其中开窗方案 A 较开窗方案 C 总体 温度不均匀系数减少了 41 3 不同开窗纵横比下连栋温室室内温度 风速 不均匀性系数存在明显差异 5种开窗方案中 开窗 方案 A 的总体平均风速和风速不均匀系数均优于其 他开窗方式 与开窗方案 C 相比 平均风速提高了 23 风速不均匀系数降低了 41 参考文献 1 李永欣 王朝元 李保明 等 荷兰 Venlo型连栋温室夏季自然通风降温 系统的试验研究 J 中国农业大学学报 2002 7 6 44 48 LI Yongxin WANG Chaoyuan LI Baoming et al Experimental research on cooling effect of natural ventilation in a venlo type multi span greenhouse J Journal of China Agricultural University 2002 7 6 44 48 2 赵宝山 闫浩芳 张川 等 Venlo型温室内参考作物蒸散量计算方法比 较研究 J 灌溉排水学报 2018 37 7 61 66 ZHAO Baoshan YAN Haofang ZHANG Chuan et al Comparison of different methods for calculating the evapotranspiration in Venlo type greenhouse Journal of Irrigation and Drainage 2018 37 7 61 66 3 TOMINAGA Y BLOCKEN B Wind tunnel analysis of flow and dispersion in cross ventilated isolated buildings Impact of opening positions J Journal of Wind Engineering and Industrial Aerodynamics 2016 155 74 88 4 LEE J ALSHAYEB M CHANG J D A study of shading device configuration on the natural ventilation efficiency and energy performance of a double skin fa ade J Procedia Engineering 2015 118 310 317 5 SHETABIVASH H Investigation of opening position and shape on the natural cross ventilation J Energy and Buildings 2015 93 1 15 6 赵融盛 蔡泽林 杨志 等 侧通风口高度对塑料温室气流及温湿度的 影响 J 中国农业大学学报 2021 26 3 105 114 ZHAO Rongsheng CAI Zelin YANG Zhi et al Effect of side vent height on airflow temperature and humidity in 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