园艺植物降温风机系统设计与试验研究

发布时间：2020-09-22 13:50

　　高温热害作为一种农业气象灾害,对园艺草坪的危害很大,夏季长时间的高温胁迫会使草坪过度失水、代谢失调,从而导致生长缓慢,叶尖枯黄,甚至萎蔫死亡。国内现有草坪风机装备作用方式单一、消耗功率大且送风距离有限;传统的遮荫、灌溉等措施,不仅降温效果差,而且费时费力。因此,本研究以开发一种低功率、远距离、降温效果更好的园艺植物降温风机装备为目标,首先对园艺植物降温风机系统总体及关键部件进行设计;然后通过正交试验和CFD仿真,对风筒结构参数和降温效果分别进行了优化与数值模拟;最后对研制的园艺植物降温风机系统,试验研究了喷雾性能及降温的效果。主要研究内容与结果如下:(1)降温风机系统总体及关键部件设计根据现有圆弧板型风机叶片以及夏季高温环境下草坪的降温要求,对园艺植物降温风机系统总体及关键部件进行设计,包括摆头机构、风筒结构、电机、水泵、喷嘴、雾环等关键部件的设计与选型。对整机系统结构进行了总体布置,并进行了摆头机构、风筒结构、喷雾系统等设计,研制出一台园艺植物降温风机样机。(2)风筒结构优化及降温效果数值模拟在建立风筒力学模型的基础上,选择风筒出风口直径、进风段长度和出风段长度3个因素,以风机进口总压、出口总压和出口风速为评价指标,进行正交试验设计。利用CFD仿真分析得出,出风口直径是对各指标影响极为显著的参数,出风段长度的影响次之,而进风段长度的影响较小。如果要增大出口总压和出口风速,可以适当减小出风口直径和出风段长度,同时适当增加进风段长度。计算得到风筒最优结构参数:风筒出风口直径为1070 mm,风筒总长度为840 mm。基于优化的风筒结构,对喷雾两相流场的温、湿度场进行了数值模拟,研究了不同喷雾流量对温、湿度场的影响。结果表明:喷雾流量增加,降温幅度增加,相对湿度也增加;同时确定出在雾环上15个喷嘴的布置方案。(3)喷雾性能测试及降温效果试验对优化后的园艺植物降温风机进行喷嘴流量特性试验、通风性能试验和喷雾降温效果的试验。喷嘴流量特性试验结果表明:同一型号的喷嘴,随着压力的增大,喷嘴流量也增大,即喷嘴流量与压力呈正相关;在相同的压力条件下,随着孔径的增大,喷嘴流量也增大,即喷嘴流量与孔径呈正相关。风机通风性能试验结果表明:风机出风口的风量为701.30 m~3/min,风机出风口风速最大达到16.00 m/s,随着距离的增大风速逐渐减小,在50 m处风速趋于稳定。喷雾降温预试验结果表明:降温会在喷雾进行一段时间后达到平衡,本试验条件下确定的最佳喷雾时间为300 s。根据不同的喷嘴组合以及风机作用方式设置不同的试验处理,并进行对比分析。设置了4个试验处理分别为:15个WJ-7010喷嘴(A1)、15个WJ-8010喷嘴(A2)、5个WJ-7010喷嘴+10个WJ-8010喷嘴(A3)、5个WJ-7010喷嘴+10个WJ-8010喷嘴,风机仰角(A4)。每组试验均采用送风(T1)、送风+喷雾(T2)、再送风(T3)三个阶段进行。喷雾降温试验结果表明:各处理均具有良好的降温效果,在1.50 m高度处,各处理降温幅度大小为A1㧐A3㧐A2㧐A4,平均温度最高可降低1.15°C~10.66°C;在0.75 m高度处,各处理降温幅度大小为A2㧐A1㧐A3㧐A4,平均温度最高可降低1.98°C~10.61°C;在草坪表面(近地表),各处理降温幅度大小为A2㧐A1㧐A3㧐A4,平均温度最高可降低0.68°C~11.11°C。此外,园艺植物降温风机还具有通风除湿的作用,通风时平均相对湿度最大可降低14.59%~24.02%。
【学位单位】：江苏大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：S22
【部分图文】：

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江苏大学硕士学位论文湿帘-风机降温系统美国研究者于 20 世纪 50 年代研发了湿帘-风机降温系统。20 世纪 80 年代初开始引入美国的湿帘降温系统并在此基础上展开研究。历时多年，终于研中国国情的湿帘-风机装置，并在畜禽舍得到广泛运用。国内外温室生产领域通常采用湿帘-风机的复合降温措施，其应用研究也主温室。传统的湿帘-风机是利用水的蒸发冷却原理实现降温目的，当空气穿质时，湿帘介质表面的水气交换显热转化为汽化潜热，实现对空气的降温能。一般温室的北侧固定安装湿帘，温室的南侧固定风机。开启降温功能将温室内的空气强制抽出，形成负压；室外空气以一定的速度在负压的作帘的缝隙穿过进入室内，导致水分蒸发降温。当冷空气流经温室时吸收室然后经风机排出，从而实现降温功能。其降温原理如图 1.1 所示[72]。

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TurfBreeze牵引式果岭风扇Fig1.2TurfBreezetractiveGreenfan

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图 1.3 Breeze Master 固定式果岭风扇Fig 1.3 Breeze Master fixed Green Fan内仅有一家草坪装备企业—绿友机械集团股份有限岭专用降温风机。该产品有两种机型，送风距离均

【参考文献】