摘要
双拱双膜温室大棚因其相对低廉的造价和冬季良好的保温性能被广泛的应用在我国蔬菜水果的种植上，可抵御冬季低温天气，实现作物的全年生长。但在盛夏时节，常常出现热量聚集现象，导致温室内的温度过高，降温需求显著。本文针对以上问题，应用了微喷头的喷雾降温方式，结合现场试验和计算流体力学（CFD）模拟的方法对喷雾降温过程及效果进行了探究，通过模拟不同喷头布局条件下的喷雾降温效果以实现确定温室温度分布相对均匀的喷头布局方式，最终确定夏季温室喷雾降温的最佳策略。主要结论如下： （1）喷雾降温试验所用喷头的流量与压力和喷嘴直径呈正相关，喷嘴直径不同时，流量随压力的变化率分别为14.9%、11.0%和15.4%，流量变化率相差不大，故喷头流量相对于喷嘴直径更多取决于压力；喷头流量系数与压力和喷嘴直径呈负相关且喷嘴直径改变对流量系数μ影响较为明显；雾化锥角与压力和喷嘴直径呈正相关。 （2）单喷头喷雾试验中，工况不同，降温（2.5~7.0℃）和增湿幅度（14.0~35.9%）存在差异。喷头雾化指标不同，喷雾5min，温室内降温幅度最高可达5.4℃，增湿幅度最高可达25.9%，压力越大（雾化指标越大）、喷嘴直径越大（雾化指标越小），即同一时间内喷出的水雾越多，降温增湿效果越明显；喷雾时长（5、10和15min）不同，温度降低3.7~6.7℃，相对湿度增加19.7~35.9%，喷雾时长越长（喷雾量越大），降温增湿效果越明显，为了防止增湿量过大，连续喷雾10min最为合适；在相同喷雾时长下，开启侧窗的降温情况（5~7℃）优于关闭侧窗且相对湿度上升幅度小（5~10%），喷雾时应开启侧窗。出于节省能源的考虑，压力0.25MPa、喷嘴直径0.75mm、喷雾时长10min并配合侧窗通风为该试验降温效果最优且能耗最低的工况，可为双拱双模温室夏季的快速降温提供参考。 （3）多喷头喷雾试验中（应用单喷头的最优使用工况），喷头布置形式和喷头布置间距不同，降温和增湿幅度差异明显，最大降温幅度为7~11℃，最大增湿幅度为21~24%；喷雾时长和喷雾量相同时，降温（增湿）幅度与喷洒重叠面积呈负（正）相关，喷洒重叠面积越小（大），水雾分布越分散（集中），降温（增湿）幅度越大，故三角形布置优于矩形布置；喷头间距小于无漏喷临界状态时（喷洒重叠面积大，水雾分布集中），降温幅度相对较小，但低温持续时间较长，大于无漏喷临界状态时结果相反，为了防止增湿量过大，间距应大于无漏喷临界状态。出于节约能源的目的，应优先考虑增多喷头个数即增大同一时间的喷雾量，并适当增大喷头间距（应大于无漏喷临界状态）。 （4）通过计算流体力学（CFD）技术对试验温室夏季喷雾降温时的温度变化和分布进行模拟，将实测值作为CFD模拟的初始边界条件，所得计算结果收敛，各个测点实测值与模拟值的绝对误差在0.3~1.8℃，平均相对误差仅为3.44%，误差在合理范围内，说明该喷雾模型有效。模拟的结果表明，温室顶部和地面处存在热量聚集现象，顶部空气温度较高，地面温度最高，由于水雾蒸发吸热的影响，温度在喷头的喷洒覆盖区域由上到下逐渐降低，在近地面10cm处温度最低。由于东风的存在，水雾漂移到西侧，西侧温度要比东侧低2.0℃左右；南侧的截面同一时间内接收到的太阳辐射值高于北侧截面，故南侧温度高于北侧温度。 （5）应用基于验证准确的CFD喷雾模型来模拟不同喷头布局条件下的喷雾降温效果。结果表明，方案3的喷头布局方式相对方案1和方案2截面整体平均温度和生菜生长区平均温度均较低，降温效果最为明显，且方案3的喷头布局结合考虑了试验温室面积和所在地环境等因素，使得方案3温度分布相对于方案1和方案2更加均匀。
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