金丝雀温室的夜间气候模拟外文翻译资料

 2022-12-12 04:12

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金丝雀温室的夜间气候模拟

Hassan Majdoubi，Thierry Boulard，Hicham Fatnassi，Allal Senhaji，

Salma Elbahi，Hassan Demrati，Mhamed Mouqallid，Lahcen Bouirden

1. 法国科学院院士，澳大利亚哥伦比亚大学，CRMEFMeknegrave;s-Tafilalet，摩洛哥。

2. Energeacute;tique研究和2Equipe流体力学、ENSAM梅克内斯、摩洛哥。

3. 国家耕地改革协会，尼斯索菲亚综合理工学院，法国科学研究中心，单总线存储寄存器1355-7254，索菲亚agrobiotech研究所，索菲亚-安提波利斯市，法国。

4. 热力学与能源学院，科学学院，阿加迪尔，摩洛哥。

邮箱：majdoubi76@yahoo.fr

2016年3月10日收到；2016年5月3日接纳；2016年5月6日出版。

版权所有copy;2016 by科学研究出版社。

本作品根据知识共享署名国际许可协议（CC BY）授权。

http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/

摘要：

本文的目的是详细预测一公顷内分布的夜间气候摩洛哥金丝雀式番茄温室配有连续屋顶和侧壁通风通过3D CFD（计算流体动力学）模拟，具有精细昆虫屏幕的开口通过使用商业软件包CFD2000基于有限体积法解决质量，动量和能量守恒方程。描述了湍流转移通过k-ε模型。同样，昆虫屏幕和番茄作物对气流的动态影响运动通过多孔介质与布西涅斯克的概念进行建模假设。通过定制，将大气辐射贡献纳入模型塑料屋顶盖的温度从其能量平衡中扣除。此外，CFD代码是定制的为了模拟作物的每个元素覆盖显热和潜热交换温室空气和番茄作物之间。用风进行模拟主要方向垂直于屋顶开口（东西方向）。模拟是后来验证了其中的温度和比湿度场测量实验温室。此外，该模型被验证了对全球敏感和潜热传输。结果表明，一般来说，温室夜间气候分布是均匀的沿着研究温室面积。防风罩内部气流明显减少速度。但对内部空气温度和比湿度影响不大到外面。

关键词：

温室，CFD，气流，微气候，昆虫屏风

1.介绍：

加那利塑料温室的使用一直在摩洛哥的大西洋沿岸蔓延，特别是在苏谷[1]。在这个地区盛行的气候条件下，有效的气候控制是主要的挑战那些种植者不得不面对。此外，由此产生的微气候也远不能令人满意这种作物在一年的大部分时间里收成。

为了减少对农药应用的需求，温室屋顶和侧壁通风开口处配备有精美的昆虫屏风作为对昆虫进入温室的机械屏障。然而，昆虫屏风的使用减少了温室气体的更新，并增加了室内空气温度还有湿度，因此几乎排除了生产。

因此，空气交换率的表现和控制是作物生长的关键因素一年的冷热季节，提高产量和质量。

通风过程是温室气流和气候分布的驱动力。但到目前为止,在加那利温室进行了很少的研究，配备了非常精细的筛网，通风。

Demrati[2]利用能量平衡方法来预测香蕉作物的温室通风速率金丝雀温室。一些作者利用计算机程序来调查昆虫的屏幕和昆虫的影响预测内部微气候分布，Fatnassi[3][4]的特点和发展了一个三维空间CFD模型模拟了0.5公顷金丝雀温室的内部气候分布，配备了昆虫屏幕(6times;6),屋顶通风开口。

同时，风速和方向的影响，以及通风开口设计对自然通风的影响西班牙的“帕拉尔”温室配有昆虫证据，由Campen[5]和molina - aiz[6]分析。

Demrati[7]开发并测试了一些模型，以确定香蕉作物的蒸腾通量通过对香蕉作物的蒸腾模型进行了验证关于室内和室外气候测量的热量和质量转移的估计速率。

结果显示，加那利温室的“坏”通风性能相对较差这不是温室风相关的通风效率系数()的低价值的结果吗流量系数()的低值，是由空气循环产生的高压下降引起的这两种方法都是由于作物排向的小开口和阻塞而造成的它垂直于主风向。

在之前的CFD研究中，Majdoubi[8]分析了白天的空气循环和分布的气候在摩洛哥南部沿海地区的1 - ha金丝雀型番茄温室里。分析表明，即使有在风速较低的情况下，外面的风控制内部气流方向，从而导致强风在树冠上方的气流和在作物的树冠中非常缓慢的反向流动。疲软的空气交换在树冠内部控制着气候，气温上升，气温上升增加特定的湿度。

在夜间金丝雀温室气候分布的研究很少。因此,目前研究的主要目标是调查并预测夜间分布的气候，作为一种大型摩洛哥金丝雀温室(1.125公顷)的气流、温度和湿度配备有昆虫屏风(20 / 10)的屋顶和侧壁通风入口。进行仿真利用商业CFD软件包(CFD2000reg;/风暴),一个现实的模型基于能量,质量和动量交流被认为是。随着温室里的政权动荡，动荡的转移被描述由k-ε模型。同样，昆虫屏风和番茄作物对气流运动的动态影响也是如此以多孔介质的概念为模型，采用Boussinesq假设。大气辐射该模型的贡献包括从其能量中扣除了屋顶的温度用观点因子法来平衡。此外，CFD代码是定制的，以模拟每个元素作物覆盖了番茄作物和温室之间的敏感和潜在的热交换。

测量了温室温度和湿度分布的实验数据验证此模型，外部气候条件被视为模拟的边界条件。

2.计算流体动力学理论

速度场U，以及相关的温度场T或水汽量w可以在任何时候推导分辨率的质量,动量和能量平衡方程,CFD2000reg;手册[9]:

Phi;是研究变量,i,e,即速度向量的三个组成部分,T温度或给定的质量组件,如空气湿度w,是Phi;数量的扩散系数,是源项和是速度分量。在程序之后，对控制方程进行离散化提出了由Patankar[10]。这包括在控制卷上集成控制方程。论文用一个有限体积的代码CFD2000来计算方程，使用的是PISO算法Issa[11]。这段代码还允许通过湍流建模的约束的标准k-ε动荡模型[12]。

2.1. 通过多孔介质流动

在我们的CFD模型中，昆虫的屏幕和作物的覆盖被模拟为多孔介质和气流受darcy - forchheimer等式(2)的支配:

U是空气速度,mu;是动态粘度的液体,K是多孔介质的渗透率和是非线性动量损失系数。空气动力学本体的值(K和)利用文献的关系来计算多孔介质(屏幕)，这些与文献相关

孔隙度[13]。

alpha;是屏幕孔隙度,它可以推断从线程[13]的尺寸:

d,L和l是网格的线径,长度和宽度。

对于作物来说，动量的汇聚与叶密度成正比，可以用单位体积来表示常用公式[14]的封面:

LAI是叶面面积指数和是植被覆盖的阻力系数。成熟的温室番茄农作物，Haxaire[15]发现=0.32，使用风洞设施。

对于作物和所观察到的空气速度的范围而言，方程U(2)中的术语可以被忽略在二次项和非线性动量损失系数和渗透率K的前面可以从方程(2)和(6)的组合推导出介质。

对于我们的模拟，番茄作物的覆盖被同化到一个独特的2.6米高的平行六面体具有相同长度和宽度的多孔介质，有叶片面积指数，LAI,等于3，阻力系数等于0.32[15]。

2.2. 网格和边界条件

计算领域的极限包括温室和自由空间，高(38米)，风(30米),背风不久的温室(周边温室90米)和横向(2times;30米)温室。计算网格使用笛卡尔坐标和不同的几个试验后的坐标密度，计算是基于一个192 * 44 * 112的网格和更精细的分辨率在土壤附近，墙壁和屋顶，由于更强烈的热梯度[8]。边界条件规定了零压力梯度在空气中，在计算域的极限。外面的空气速度与西方垂直东侧壁通风开口测量值等于1.05。自然对流的驱动力风的力和浮力是由气流中的小温差引起的吗布西涅斯克假设。平均需要10天的时间，然后再用a将每个试验的解决方案收敛2.5 GHz频率计算机与512 MB随机存取存储器(RAM)(图1)。

表1总结了气候边界条件的平均值和标准偏差。

2.3. 模拟了作物覆盖的动态、热和水的影响

辐射通量网，达到了作物覆盖的各个网格，被同化为“volumic热源边界”条件“并根据热量的不同，对对流敏感和潜热通量(水汽)进行分区空气与虚拟固体基质之间的水交换，代表作物的覆盖和特征表面温度:

图1. CFD模拟的整个域的计算网格，建模温室尺寸：125米长，90米宽和5.5米高）; 整个网格的总数：946176; 温室内的网格尺寸在（0.26,0.44,0.032）附近土壤和墙壁以及2.5米高的（0.75,1.25,0.1）。

表1.实验测量（平均值和S.D）在2和5小时（夜间）之间进行在3天（9月29日，9月30日和10月01日）期间，作为边界条件仿真中。

参数

平均值

S.D

外部温度（˚C）

18.67

1.05

外部相对湿度（％）

91.49

3.6

天气温度（˚C）

6.23

0.75

作物覆盖温度（˚C）

18.11

1.23

土壤表面温度（˚C）

20.34

0.98

风向（degreacute;）

120.11

10.45

风速U（m / s）

1.05

0.023

太阳辐射（W / m2）

0

0

净辐射Rnet（W / m2）

-9.15

0.53

土壤表面通量Fs（W / m2）

-15

1.21

可以根据内部空气中的温度差来表示显热通量和冠层：

并且从类似的关系推导出潜热通量：

其中和rho;分别是恒定压力（）的空气的比热和空气密度（），是温室气温（K），是植被温度（K），是空气动力学每个网格内的叶和空气之间的电阻（），是水的蒸发潜热（），是植被温度（）下空气的饱和含水量，是空气水蒸气含量（），为叶片气孔阻力（），为路易斯数。

为了考虑这些新的交易所，CFD代码是通过“源模型”定制的[15]：

源=系数sdot;(价值minus;因变量)

这个等式的不同条件是用合理的和潜在的热量传递来确定的作物覆盖和每个网内空气之间的方程式，i,e,即温度:

源 ，价值=

和空气湿度:

源 ，价值=

从每个网格内的空气速度推断出气动阻力a r：

其中是叶的特征长度（m），是内部空气速度（），lambda;是空气热电导率（），nu;是空气粘度。

辐射通量被认为是非限制性的，并且从空气中推导出番茄叶片气孔阻力温度和饱和度不足[16]：

然而：1和。

番茄作物的温湿度可以根据模拟模型定制和计算以下等式[8]：

或

LAI是作物支架叶面积指数，R（z）是温室内全球辐射。

2.4. 模拟太阳和大气热辐射的贡献

大气辐射的贡献包括在模型中对屋顶的温度扣除从能量平衡的角度来看，它是一个视图因子定律[8]。

与

和

知道温室系统的温度和他们的光学和热性能，我们可以表达内外空气的塑料盖温度平均温度。 温度被引入通过使用菜单“墙”中可用的选项“用户定义”模型。

3. 材料和方法

3.1. 温室

实验温室是用200mu;m覆盖的大型商业金丝雀塑料温室厚度单层聚乙烯塑料。其表面占地1.125公顷（长90米，宽125米）天沟高5米，山脊5.5米，被类似的温室包围。方向

其跨度和番茄作物行为南北，即垂直于普遍的方向海

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