日光温室地埋管道温度场影响因素研究_基于Flu

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1、2015年10月农机化研究第10期日光温室地埋管道温度场影响因素研究—基于Fluentaababa董蓬，吕全贵，陈青云，张振国，许红军，姚亮(新疆农业大学a．机械交通学院;b．林学与园艺学院，乌鲁木齐830052)摘要:目前，越来越多的日光温室作业者通过在温室土壤中铺设热水循环地埋管道的方式来为温室夜间生产供热。为了了解温室地埋管道温度场的影响因素，运用GAMBIT建立土壤中不同直径的地埋管道二维网格模型，并采用Fluent软件模拟地埋管在冬季夜间环境下周围土壤温度场的变化。在网格模型中选取监测点，通过观测监测点温度了解埋管结构参数与土壤温度场的关系，为今后温室地埋管的埋设

2、提供参考。关键词:日光温室;地埋管道;Fluent模拟;土壤温度场中图分类号:S625．5文献标识码:A文章编号:1003－188X(2015)10－0239－06DOI:10.13427/j.cnki.njyi.2015.10.054Fluent软件，通过有限元法对日光温室地埋管周围土0引言壤温度场进行了数值模拟，得到其变化趋势，并比较日光温室地埋管是一种新型节能、环保、高效的了同一供热条件下不同管径的单一管周围和不同间温室加热技术。近年来，随着设施农业技术在我国的距相邻两管之间的土壤温度场变化，得到了一些有价迅速发展，国内已有部分科研单位对其进行了实验研值的结果。究，并

3、取得了具有价值的研究成果。日光温室地埋管1温室土壤地埋管温度场模型建立加热技术是通过水泵将热水在埋于土壤中的散热管中不断循环，水中热量直接传递给周围土壤，从而达1．1模型假设条件到直接加热土壤、提高土壤温度、确保农作物在低温1)土壤、地埋管为各向同性的固体，物性参数为条件下正常生长的目的。循环水可采用太阳能集热常数。器加热、电加热等方式加热，与以往传统的煤炉、热风2)忽略地埋管与土壤的接触热阻。由于地埋管炉等温室加热方式相比，地埋管加热具有环保、节能、壁很薄，认为管壁与周围土壤导热系数一样。供热稳定、效果持续时间长等优势。由于是对土壤直3)埋管处区域不同深度管外壁温度一致，

4、管壁与接加热，其可充分利用土壤具有热容量大的特点，避土壤各处换热量均匀。免了空气加热时造成的气温变化快、温度分布不均及4)忽略沿管长方向的传热，将地埋管周围土壤温气温高地温低等问题。度场作为二维不稳定固体导热问题处理。在实际铺设过程中，常常会遇到多种多样的结构5)忽略由于土壤中水分迁移而引起的热迁移。参数问题，如地埋管的管径、埋管深度及埋管间距等。6)土壤温度基本保持某一定值。对地埋管周围非稳态温度场进行数值模拟，分析不同1．2土壤加热温度场控制方程及边界条件处理情况下地埋管对周围土壤温度场影响，有利于合理设1．2．1土壤加热温度场控制方程计日光温室地埋管的管径、埋管深度及

5、埋管间距，对计算平面区域的热传递是二维非稳态导热问题，［1］提高地埋管温室加热系统的性能和经济性有着十分其微分方程为22重要的意义。Fluent作为ANSYS下一款专业有限元TTTρC=λ(+)22分析软件，在热分析方面具有强大的功能。本文采用τxy其中，λ为加热区域土壤的导热系数;T为加热区收稿日期:2014－10－24域土壤温度;ρ为加热区域土壤密度;C为加热区域土基金项目:新疆维吾尔自治区科技支撑计划项目(201431118)作者简介:董蓬(1989－)，男，湖北宜昌人，硕士研究生，(E－mail)壤比热容;τ为时间变量。dpbaker@qq．com。1．

6、2．2边界条件处理通讯作者:吕全贵(1960－)，男，河北张家口人，副教授，(E－mail)549584082@qq．com。地埋管土壤模型示意图如图1所示。·239·2015年10月农机化研究第10期2．2初始条件和边界条件本文模拟的地埋管管径分别为15、20、25mm，埋深为25cm;土壤为砂质粘土，导热系数为1．042W/(m3·k)，密度为1855．6kg/m，比热容为2010J/(kg·［2］k);冬季土壤区域初始温度为13℃，温室地表环境2［3］温度为8℃，地表与空气对流换热系数为7W/m;循环供热系统运行时，管内水温平均45℃。3温室土壤地埋管温度场模拟结果与

7、分析土壤地埋管温度场模拟时间步长为60s，每步迭代15次，可以得出每15min的模拟结果。地埋管初始图1地埋管土壤模型示意图温度为45℃，软件将分别模拟系统运行240min、12h、Fig．1Soilmodelofburiedpipesketchmap7h后的情形。1)土壤边界AB、CD因为无热量传递，将其取为绝3．1不同管径地埋管周围土壤温度变化分析热边界条件。图3、图4、图5分别为系统运行初期240min内，2)土壤底部边界BC因为温度波动小，一般为常管径为15、20、25mm的地埋管不同监测点的土壤温温状态，