一种食用菌菇房内的温度系统模型的分析方法技术方案

技术编号:15724964 阅读:168 留言:0更新日期:2017-06-29 11:46
一种食用菌菇房内的温度系统模型的分析方法,包括如下步骤:(1)网格划分;(2)设置边界条件;(3)数值模拟分析。本发明专利技术的有益效果为:采用的CFD软件的数值模拟技术成本低,可以较准确的分析菇房内的温度场和流场分布情况,实现菇房人工环境设备的优化设计,节能降耗。

【技术实现步骤摘要】
一种食用菌菇房内的温度系统模型的分析方法
本专利技术涉及食用菌栽培
,尤其是一种食用菌菇房内的温度系统模型的分析方法。
技术介绍
工厂化能够实现食用菌的规模化、集约化、标准化和周期化生产,已经成为食用菌栽培的发展方向。食用菌工厂化生产,通过工业化技术手段,为食用菌生长发育提供合适的条件,这些条件主要包括营养条件和环境条件。食用菌菇房内的温度场和流场分布直接影响到食用菌的产量,目前一般采用人工智能化控制和模糊控制法对出菇房里的温度和流场情况进行监测和控制。但这些方法成本很高、局限性大,且不能全面的分析菇房的温度分布。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题在于,提供一种食用菌菇房内的温度系统模型的分析方法,可以较准确的分析菇房内的温度场分布情况,实现菇房人工环境设备的优化设计和节能降耗。为解决上述技术问题,本专利技术提供一种食用菌菇房内的温度系统模型的分析方法,包括如下步骤:(1)网格划分;对菇房计算域整体进行网格划分,不锈钢架表面进行网格加密;(2)设置边界条件;网格划分完成后,对整个计算域进行边界条件设置,将整个计算域定义为流体域区域;送风口采用质量流量进口边界条件,出风口采用自由出口边界条件,此条件对介质流入或流出无限制的一种边界条件,在有限元分析求解微分方程时作为特定求解条件,要求只限定出口压力而非限定出口流向及流量,求解问题时需符合实际情况,相对压力为标准大气压;(3)数值模拟分析;在菇房室内与菇架垂直竖直平面、与菇架平行竖直平面和水平面三个方向分别截取若干个平面显示和分析室内的温度场和速度场的分布情况,对菇房的气流组织进行模拟,获取分析结果。优选的,步骤(1)中不锈钢架板贴于后墙布置,空调送风孔位于前墙中间位置并与不锈钢架保持垂直。优选的,整个房间的气流组织采用上送上回式,回风采用自然排风的方式,回风口布置在与送风孔同侧的墙角。优选的,步骤(2)中,质量流量大小通过下式计算:其中G——菇房送风量,kg/s;Q——总冷负荷,kW;hN——设计室内空气状态焓值,kJ/kg干;h0——送风状态空气焓值,kJ/kg。本专利技术的有益效果为:采用的CFD软件的数值模拟技术成本低,可以较准确的分析菇房内的温度场和流场分布情况,实现菇房人工环境设备的优化设计,节能降耗。附图说明图1(a)是本专利技术的与菇架平行竖直截面的温度云图。图1(b)是本专利技术的与菇架平行竖直截面的速度云图。图2(a)是本专利技术的与菇架垂直竖直截面的温度云图。图2(b)是本专利技术的与菇架垂直竖直截面的速度云图。图3(a)是本专利技术的水平方向截面的温度云图。图3(b)是本专利技术的水平方向截面的速度云图。图4是本专利技术的菇房气流流场示意图。图5是本专利技术的气流流线图示意图。图6是本专利技术的菇房内平均温度变化曲线图。图7是本专利技术的出口温度变化曲线图。图8是本专利技术的菇架监测点的温度变化曲线图。具体实施方式下面结合附图和实施例对本专利技术作进一步的说明。本专利技术中,在影响食用菌生长的环境参数中,空气温度和湿度是最重要的两个因子。这两个因子存在耦合关系,但一般情况下出菇房中的湿度都比较高,接近饱和状态,对温度影响较小,所以在菇房环境控制研究中可以只考虑温度因子。一种食用菌菇房内的温度系统模型建立方法,它包括以下步骤:S1、建立能量平衡方程:将菇房温度内部空气看做一个整体,建立能量平衡方程:式中:ρair为出菇房空气密度,标况下,空气密度为kg/m3;V为出菇房体积m3;Cair为空气中的热容量J/(kg·℃),25℃时为1.012J/(kg·℃);Ti为室内空气温度℃;t为时间s;Qc为降温损失的显热W,令冷凝机组蒸发器外表面温度为Te,传热系数为则QV为通风热交换量W;Qlg为室内缝隙所损失的显热W,Qrf为室内空气通过菇房覆盖层和围护结构与室外空气之间的显热交换量W;Qrs为食用菌呼吸作用释放的显热W,令食用菌质量为M(g),Qrs与室内温度呈线性关系;S2、菇房冷负荷获取的步骤,包括保温外墙的冷负荷和食用菌呼吸作用冷负荷:S2.1、采用下述公式计算保温外墙的冷负荷:其中,A--围护结构外墙包含屋顶的总换热面积;λ1,λ2,λ--分别为内外层钢化板和聚合泡沫的导热系数,(W/m·K);δ1,δ2,δ--分别为内外层钢化板、聚合泡沫的厚度,m;tf1--室外计算温度;tf2--室内设计温度;K--总换热系数(W/m2·K);α1--室外空气与外墙的对流换热系数(W/m2·K);α2--室内空气与内墙的对流换热系数(W/m2·K)。由于钢化板的导热系数较大,不具有明显的保温作用,其热阻δ/λ可忽略不计,则有:S2.2、获取食用菌呼吸作用冷负荷;呼吸作用产热指食用菌呼吸作用与室内环境的热量交换。食用菌通过呼吸作用获得能量,并释放二氧化碳和水,同时释放出大量热量,其反应方程式如下:C6H12O6+6O2→6CO2+6H2O+2803(kJ/h)按食用菌内每千克糖分呼吸作用产热2803(kJ/h)计算;S3、送风量计算的步骤;通过下式计算空调送风量:其中:G——菇房送风量,kg/s;Q——总冷负荷,kW;hN——设计室内空气状态焓值,kJ/kg干;h0——送风状态空气焓值,kJ/kg干。本专利技术中,食用菌栽培所采用的结构排布方式为:采用不锈钢架,每个菇房设置5个不锈钢架,架高2.5m,长5m,宽度为30cm,食用菌培养基分四层摆放,每6件一组,单架16组共96件。本专利技术中,菇房计算域长6m,宽5m,高4m,5个不锈钢架板贴于后墙布置,空调送风孔位于前墙中间位置并与不锈钢架保持垂直,使空调气流平行于不锈钢架进行吹送。本专利技术中,整个房间的气流组织采用上送上回式,回风采用自然排风的方式,回风口布置在与送风孔同侧的墙角。一种基于食用菌菇房内的温度系统模型的分析方法,它包括以下步骤:S1、网格划分的步骤:菇房计算域整体采用非结构网格的划分形式,不锈钢架表面进行网格加密处理,总节点数为2870045,总网格数为14820998;S2、设置边界条件的步骤:网格划分完成后,对整个计算域进行边界条件设置,将整个计算域定义为流体域区域。对于送风口采用质量流量进口边界条件,质量流量大小通过式送风量计算公式求得,出风口采用自由出口边界条件,此条件对介质流入或流出无限制的一种边界条件,在有限元分析求解微分方程时作为特定求解条件,要求只限定出口压力而非限定出口流向及流量,求解问题时需符合实际情况,相对压力为标准大气压;S3、数值模拟分析的步骤:在菇房室内与菇架垂直竖直平面,与菇架平行竖直平面和水平面三个方向分别截取若干个平面来显示和分析室内的温度场和速度场的分布情况,沿与菇架垂直的竖直平面方向上-2.2m、0m、2.2m处设置一截面;沿与菇架平行竖直平面方向取-1.2m,0.1m,1.4m处各取一截面;沿水平方向在1.1m、2.2m、3.3m处各取一截面,对菇房的气流组织进行模拟,获取分析结果。以上步骤都属于CFD流体动力学仿真的内容。由菇房的气流组织模拟结果可以看出,这种送风方案基本合理,温度和速度分布较均匀。当空调送风口以16℃进行空气吹送时,菇房的模拟得到的3个截面速度与温度云图分布如图1-3所示。从3个方向的截面速度分布云图看出,送风口附近的空气流速达到0.7~1.06m/s,且速度梯度变化较本文档来自技高网...
一种食用菌菇房内的温度系统模型的分析方法

【技术保护点】
一种食用菌菇房内的温度系统模型的分析方法,其特征在于,包括如下步骤:(1)网格划分;对菇房计算域整体进行网格划分,不锈钢架表面进行网格加密;(2)设置边界条件;网格划分完成后,对整个计算域进行边界条件设置,将整个计算域定义为流体域区域;送风口采用质量流量进口边界条件,出风口采用自由出口边界条件,相对压力为标准大气压;(3)数值模拟分析;在菇房室内与菇架垂直竖直平面、与菇架平行竖直平面和水平面三个方向分别截取若干个平面显示和分析室内的温度场和速度场的分布情况,对菇房的气流组织进行模拟,获取分析结果。

【技术特征摘要】
1.一种食用菌菇房内的温度系统模型的分析方法,其特征在于,包括如下步骤:(1)网格划分;对菇房计算域整体进行网格划分,不锈钢架表面进行网格加密;(2)设置边界条件;网格划分完成后,对整个计算域进行边界条件设置,将整个计算域定义为流体域区域;送风口采用质量流量进口边界条件,出风口采用自由出口边界条件,相对压力为标准大气压;(3)数值模拟分析;在菇房室内与菇架垂直竖直平面、与菇架平行竖直平面和水平面三个方向分别截取若干个平面显示和分析室内的温度场和速度场的分布情况,对菇房的气流组织进行模拟,获取分析结果。2.如权利要求1所述的食用菌菇...

【专利技术属性】
技术研发人员:高菊玲刘永华孔德志孙昌权徐荣丽
申请(专利权)人:江苏农林职业技术学院
类型:发明
国别省市:江苏,32

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