M型大棚通风性能模型试验与仿真分析

摘要

随着现代设施农业的发展，大跨度拱棚因其高效的空间利用率而得到广泛应用。然而，普通大跨度拱棚通常存在较明显的湍流，影响了通风降温效果，对作物生长环境造成不利影响。因此，本研究设计了一种新型抗风降温农业大棚——M型大棚，对其通风性能进行试验研究与分析。研究采用自主研发的便携式直流风洞设备进行风洞模型试验，根据M型大棚的实际尺寸，制作了1∶100的刚性试验模型，模型材质为5 mm厚度的透明聚甲基丙烯酸甲酯，通过在棚内观测面上密植直径0.1 mm的柔软棉质丝线，直观观察了M型大棚在关闭和开启顶通风口条件下的棚内流场分布情况。在此基础上，建立了棚内通风的计算流体动力学（CFD）模型，并通过网格无关性分析确保了模型的合理性。结合风洞试验结果，验证了CFD模型的可靠性，并进行了湍流模型比选。结果表明：仅开启侧向通风口时，气流在M型大棚底部形成主要流出路径，并在上部形成低速涡流；而同时开启顶部和侧向通风口时，压力梯度驱使气流通过顶部通风口高效排出，在试验风速5 m/s的条件下，棚内距地面1.0 m高度处风速能提升18%；通过比选，确定RNG k-ε模型能够精确刻画棚内气流分布，为优选湍流模型。本研究不仅可以为M型大棚的流场观测和表征提供方法与依据，也为其他类似农业大棚的通风性能研究提供了参考。

关键词

通风性能 / M型大棚 / 风洞试验 / CFD / 湍流模型

基金资助

国家自然科学基金（32272008）; 国家重点研发计划（2023YFD1700904）; 宁夏回族自治区重点研发计划项目（2023BCF01042）