互插式连栋温室优化设计与通风试验研究

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1、Y121G052分类号董鱼圣量：!；墅!!15学号尘鲤璺墨12咝南京应告戈莲博士学位论文互插式连栋温室优化设计与通风试验研究王健指导教师工发民熬援专业名称盛些扭越丝王猩研究方向让篡扭搓拯生控剑拉查．答辩日期三QQ土生盍旦一互插式连栋温室优化设计与通风试验研究摘要我国商品化温室的普及率很低，高．中档次的商品化温室主要被一些机关团体，军队、农场和科研等单位所采用，普通农户使用最多的是自建的简易拱棚，该类拱棚约占我国温室总量的60％以上．由于拱棚的覆盖材料薄膜透气与通风性能较差，夏天只能进行露地生产，从而降低了温室的周年利用率．为此科技工作者需要对温室的结构

2、做较为深入的优化研究．随着工厂化高效农业示范工程及产业化的实施，连栋温室在我国设施农业中得到了迅猛发展和广泛应用．但是连栋温室一次性投资大，造价较高，运转费用和生产成本高，使得农户与一般小型企业都无法承受．综合考虑拱棚的低般入和连栋温室的高能效，若设计出一种面向广大农户和一般企业的介于拱棚和连栋温室之间的新型温室，该温室具有低造价，通风性能良好且能在沿江，沿海等多风地区普及应用等诸多优点，它必定能很好的为农业和农民服务，且能带来显著的社会效益和巨大的经济效益．互插式连栋温室属于华东型简易温室，该温室是针对我国连栋温室投资成本过高而特别设计的经济实用型温

3、室．互插式连栋温室的特点是以拱杆互插代替传统连栋温室的立柱，其用钢量比同结构尺寸的立柱式连栋温室显著减少，从而造价降低．但若在沿海等多风地带推广应用该新型温室，还需对其结构做进一步的优化设计，且需对该温室的抗风载特性和通风效果做更深入的模拟与试验研究．本文以互插式连栋温室为研究对象，采用从局部到整体的设计思路对其结构进行优化，并对该温室的抗风载特性进,fS-了风洞试验研究，且对其流场进行了模拟和PIV试验研究．主要研究内容及结论如下：①对互插式连栋温室的主要构件一一天沟和钢管进行试验研究，并对温室整体结构进行有限元优化设计．其目的一方面是为了提高温室的

4、抗风，雪荷载的能力，另一方面是为了节省单位面积温室的用钢量，从而降低建造成本．试验表明：在相同荷载作用下，同尺寸的天沟有沟槽比无沟槽抗弯性能好；在相同压力作用下，插入角度越大，杆件越稳定；在相同拉力作用下，插入角度越大，杆件稳定性越差；在多风地区建造温室大棚时，在钢管底部安装弯头，可以提高温室的抗拔和抗压性能．综合考虑杆件的抗拉和抗压性能，弯头应安装在距钢管底部100mm左右；以拱顶受均布静水压力荷载为例分析了拱顶的稳定性；ANSYS优化结果表明互插式连栋温室较传统的立柱式连栋温室单位面积用钢量少，造价低．②以单栋温室为研究对象，运用CFD软件模拟其周

5、围气流运动，从而确定通风窗位置．模拟结果表明：温室利用风压进行自然通风时，采用顶窗与侧窗组合通风效果较好；运用单栋温室的研究方法对互插式连栋温室自然通风的效果进行了模拟分析．分析表明：当风速垂直于侧窗时，顶窗和侧窗组合通风效果优于肩窗和侧窗组合通风，但从结构设计和便于操作角度考虑一般采用肩窗和侧窗组合通风方式．运用ANSYS软件，既能优化设计温室结构，又能研究温室内部的流场和温度分布，为合理建造温室提供了参考依据．·对温室结构的多方案比较设计和内环境控制设计而言，运用ANSYS模拟设计可显著缩短设计时间和进程．⑦在研究常用的流场显示技术基础上，采用先进

6、的流场测试技术一一PⅣ技术对互插式连栋温室利用风压通风时室内外的流场进行了试验研究．研究表明：在时均流场中，当互插式连栋温室采用肩窗加侧窗组合通风时，互插式连栋温室室外顶部风违最大，天沟处风速最小；温室内部流场风速较小，且顶部风速最小，因而温室室内通风效果不好，热量会聚集在屋顶．在瞬时流场中，分析涡的瞬态过程，得到了回流涡的运动情况；根据温室室外涡量分布图，计算出了温室的阻力系数c：一0．565；从互插式连栋温室室内涡旋运动图中可以看出，涡旋在拱1中的变化较拱2、拱3慢，因而拱1的空气流通效果较差，可以考虑在拱1中安放风扇，以增强空气流通，同时也不至于

7、增加太多成本；在时均流场状态下，比较了肩窗加侧窗通风方式与顶窗加侧窗通风方式，得出采用顶窗加侧窗通风效果优于肩窗加侧窗通风效果．但采用顶窗和侧窗通风时温室所受风荷载较大，同时采用肩窗加侧窗通风设计制造简单易行，因而实际中互插式连栋温室多采用肩窗加侧窗通风方式．④以风洞试验为基础，在不同风向角和是否安装遮阳幕情况下对互插式连栋温室的风压分布进行了详细的试验研究．研究发现：当雷诺数大于3x106时，雷诺数对风压分布的影响不大．尽管雷诺数不同，但温室屋面风压分布趋势大致相同；互插式连栋温室屋面风压以负压为主，最大负压一般出现在拱顶，风对温室的作用主要是向上的

8、升力；通风窗关闭时的风压系数显著高于通风窗开启时的风压系数，且风压系数的变化范围较大，因而计算