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温室窗帘和窗户通风设备的物理模型我们采用实践与理论相结合的方法研究了温室的通风设备，主要是研究温室卷帘与开窗设备在低气压下的使用寿命及其在不同风速和气压下的波动情况。这些波动与平均风速有关，而平均风速是通过能量谱分析得来。由此推知，气压与平均风速有关，而气体紊流对平均风速的估算有很大影响。温室通风设备与启动电位之间的关系是基于对流体机械的突破性研究。关于气流与风压和气温的变化相对应这个预测符合实验得出的数据，大体上看，他们之间差异小于20符号标志A面积Z高度，MCC对流影响系数Z0表面粗糙度，MCKLKOLMOGOROV常量（05）CWF摩擦系数希腊字母符号CU紊乱动能常量开窗下垂面与框架间的角度，度FN能量谱密度，M2/S热能膨胀系数，K1G重力加速度，M/SS孔积率H高度，M冯卡曼常量（04）H溶度参量，M动力黏度，NSKP渗透率，M2密度，千克/立方米L长度参量，M气压系数N频率，HZP大气压，PAP0绝对气压，PAPST相对气压，PA下标符PW风压，PAFR循环运动Q流速，立方米、秒I内侧面RU动能消耗比率，平方米、秒L超长度T绝对温度，KRMSW平均风速的平方根U流体速度，立方米/平方毫秒S次长度U摩擦速度，M/SST静态V容积，立方米W风Y惯性系数1绪论温室的自然通风设备是一个极其复杂的过程，这一过程取决于温室的所有参数（额定值，位置和窗户的几何形状以及漏孔面积等等）和外部环境条件。这种现象持续不断的利害关系会导致自然通风设备在质量和能量上的不平衡，并进一步严重影响室内环境。自从1954年MORRIS和NEALE1第一次对温室开窗设备中的自然通风设备进行实验性研究以来，人们越来越多地考虑到潜在的物理现象对通风设备影响。几十年后，BAIELY2和COTTON3以及MIGUEL以及其他4的实验论证了在植物和温室顶棚之间使用遮阳网的潜在好处。近期以来，在开窗设备5处采用幕帘下是为了防止昆虫进入，这样即可减少用化学杀虫剂。所以，幕帘表面的气流研究同样是一门重要的课题。现有的对这个课题的分析方法大致可以分为以下两种（1）经验主义和半经验主义的研究方法研究穿过613和幕帘2514的气流。（2）以流体机械公式为指导数字化的解决问题。1517属于第一种类型的所有模式基于的理论思想是在气流与驱动气流循环运动的潜在物之间有一种简单的非线性关系。这种分析认为温室室内的空气是不可压缩的，这一分析纯碎根据经验或贝努利方程所得。尽管简单的假设是与具体实验下得到的改正系数结合在一起的，还是大大限制了这项研究成果的有效范围。第二种模式中，采用一种数字化模拟程序来解决惯性方程，动能和能量方程，决定速度，温度及压力和温室内最终气流循环模式。本文介绍的这项研究有以下两个方面（1）加深了解气流通过带孔卷帘（保温，遮光，防虫）和天窗的交换过程中的物理特性。更重要的是论述带孔卷帘和天窗使用寿命的影响因素以及启动差位的各项参数。（2）推出一种简单而精算的计算风与温室框架对卷帘和天窗的影响的公式。2理论无约束的和约束的流体运动经过有孔设备和天窗的物理现象表明这种现象与天窗或带孔设备的特征参数和驱动循环运动势差的特征参数有关。公式精确描述这个现象必须考虑到这些因素。附录A中附有该公式。根据附录所示，穿过任何一天窗或带孔卷帘的气流与驱动势差有关，如下（/）Q/TKP1QYA1KP1/2QQ05AHCC21QQAPW/HPST/H1和QA其中，Q是流量，是气体密度，A是工作面积，是气体动力黏度，是材料的孔积率（单位体积容纳流体的体积），KP是材料的渗透度（流体通过媒介体的能力），CC表示对流影响系数，H是渗透参数，PW是风压差，PST是与温度相关的压力差，Y在附录A中有定义。为了便于计算气流通过多层次密封箱或天窗的空间时的运动，必须建立计算机联网服务。薄膜温室是一个分为两层的密封区域（如图1），图2说明了气流的联网计算原理。自然通风设备物理模型在只有一个天窗和卷帘的温室内，网络对循环运动的控制由三个接点组成，这三个接点由两个电阻连接在一起（图2A）。当卷帘有空隙时，网络控制也是由三个接点组成，但这三个接点由三个电阻串接在一起。21天窗与带孔卷帘设备的气流特征参数可渗透材料的气流特征参分为孔积率和渗透度。1819孔积率表示单位材料容纳气体的体积与总材料容纳气体体积之比，大小在0至1之间（01）。对一个孔隙来说，孔积率规定为1（1），因为整个孔隙都充满气体。任何一种可渗透材料都能透过气体，这种能力的度量衡称之为渗透度且符合气体运动原理渗透度不仅与流体运动黏度有关还与粒子扩散时与阻碍物的碰撞频率有关。1820就孔隙材料而言，气体分子的碰撞频率大于103HZ，因为气体运动黏度的数值为105，渗透度的数值即小于107而对于开口设备（窗，门）来说，碰撞频率接近于零所以渗透度KP。与以上一致，连接两个接端（毛细孔与大开口）的数量即为渗透度KP。对于空隙材料来说气体可认为是不可压缩的（1/CC20）。由公式（1）推出（/）Q/TKP1QYA1KP1/2QQAPW/HPST/H（2）对于开口（1）材料的渗透度KP,公式（1）的左边第二和第三项可忽略，导出Q/T05AHCC21QQAPW/HPST/H（3）公式（2）即为著名的FORCHHEIMER公式，适用于多孔隙材料。对于微弱气体可舍去二次项，得出DARCY定律。当气流静止时公示3简化为贝努利方程。22驱动势差引起气流的驱动势差是因为温差（静因素）或风速（导致风压变化）或两者同时作用时产生的。任何一种原因都可以产生一种梯度势差引起稳定循环。风速的波动会产生一种额外的循环运动。通过温室天窗的气流波动可以分为震动循环运动和旋窝型穿透运动。震动循环运动是由于风的波动和室内气体的可压缩性。旋窝型穿透运动是由于热气流的涡流对密封室内的气流造成转动的影响。221温室对气流运动的影响当多孔薄膜或天窗的内外有温差时，就会产生一种静态压力，这种压力可以导致气流运动。设想两边温度不同，根据以下公式，两边压力也不同STGH（4）和T其中，T表示多次测量的绝对温度差，G表示重力加速度，H表示垂直高度差，表示热膨胀系数。222风速对气流运动的影响（风压）测量时风速是一个不定量。在T时刻的瞬时值可以人为是组成部分的平均值和波动值的总和，那就是W和UW。一段时间间隔内的平均风压与风速有关（附录B）PW052WUWUW5其中，W表示平均风速，UW表示风速的波动值。有一些风速计可以直接读出平均风速和平均风速的平方根。假设UW有一个GAUSSIAN概率分布，可以简便用下面的公式代替公式（5）PW052W1URMSW16其中URMSW表示平均风速的平方根。普通情况下的风速计仅仅提供平均风速的读数，因此，不仅能显示平均风速，而且不忽略风的波动产生的影响的风速测量计是非常有用的。因此要将动态风速的平均值与静态风速的平均值联系在一起。动能消耗比率根据KOLMOGOROV定律21R2/3075CKL1FNW/22/3N5/37其中，F（N）为能量谱密度，N表示频率，CKL为KOLMOGOROV常量（05）。再利用离表面Z距离的动能湍流与动能消耗比率21之间的关系05UWUWC05RKZZ02/38风速波动的平方根值和平均值的关系如下UWUW3FNW/22/3N5/3C05RKZZ02/3（9）其中，K是冯卡曼常量（04），C是常量（099），Z为测量风速的高度，而Z0为表面粗糙度（Z0的值在参考文献22处可寻）。为了获得，弄清楚FN和N是必要的，而且需要实施一种能量谱分析的方法。这种能量谱分析法23是用来测量频率连续不断变化的摆动过程中变量方差的。这种分析不仅可以确定值，而且可以获得一些阐明和刻划湍流波动结构的额外信息，并且可以确定风域内主要涡流的频率。风速通常在一个参考高度测量。应该导出一个面积系数，该系数与相对基本风域的参考高度的风域有关。这个系数是由大气风界层的纵断面上的风速决定的并遵循风向定位封闭室（温室）。这些数值都由风道分界层的多次测量所得。3实验研究为了证实波动存在的潜能，同时也检验模型的可适用性，我们进行了如下实验。实验是在两个向东（EW）方位建造的温室中进行的。两个温室尺寸相同（如图3）屋檐高45米，屋顶坡角22。，宽41米，长66米。每个温室内在离地面29米处的水平面装有一个LS11型号的隔热板（MIGUEL以及其他等等18验证渗透度71010M2，孔积率099）。在实验的第一部分，每个温室内的薄膜都是合格的。实验的第二部分，在卷帘薄膜的中间打开了020米380米细小的口子，看上去像一条水平裂缝。图3两个尺寸相同的玻璃温室图解每个温室内部都被牢牢密封住，墙上装有绝热板条，地面盖有聚苯乙烯泡沫绝热层，除了屋顶的窗户，每两个窗户间装有205米090米大小的活动板条。开窗斜度可升高30度。装有铝制表面的水平圆柱形电加热器（8个380米，直径为005米的柱面，成对排列，每两个间隔035米，每队间隔115米），如图4所示。在实验中，隔热板上下方的温度会不同，加热器被用来抑制这种温度的不断变化。图4加热系统排列的俯视图在每个温室中安装25个铜制镍铜合金温差电偶，用来测量隔热板上下及户外的温度。它们被均匀分布10温差电偶被分布在隔热板下方，10个分布在上方，还有5个曝露在室外。为了保证获得一个快速响应8（响应频率大约为12HZ），温差电偶都是用非常细的电线（直径约为25105米）做成。用带有薄膜层的压力转换器来测量压力，室内测量板的上部和下部（每个部分测量三次）。室外瞬时风压的测量位置在天窗上020米处。风速的测量用一个快速响应的风速计（响应频率为95HZ）,把它安置在距天窗020米处，同时也可测方向。气流的测定用到一种自动扫描气体的仪器。在实验中，用到了恒定流速和衰减率925穿过隔板狭缝的气流量用总波动量减去通过隔板的波动量。每个温室中，在地面上用两个小鼓风机和打满孔的桶把扫描气体（N2O）分离出来。在实验中，每个温室内部空气取样检验都要在18个不同的位置获得（9个在隔板上层，9个在隔板下层），并在红外线下进行分析。两个取样检验在1996年2月至3月之间的32天进行（1）气流会穿过温室天窗和卷帘是由风速产生的。实验必须在室内室外温差少于2005OC，风速高于15米每秒下进行。（2）气流会穿过多孔卷帘和卷帘上的矩形狭缝（002米380米）仅仅是由于卷帘上部和下部的温差产生的（稳定条件下）。为了减小风压的影响，测定时要关闭所有窗户（背风面的窗户可开2O）。实验的第一部分（气流的产生是风的作用），在风速和室内外温差存在下收集的数据频率10分钟内都为8HZ。实验的第二部分（气流的产生是缓慢聚集起来的），在卷帘上部和下部温差稳定（T1OC）下采集的数据频率为166102HZ（每60秒内），稳定情况下获得。4结果和论述41风速和风压谱分析是在风速的采集在10分钟内的频率都为8HZ的条件下进行的。取样频率是通过对可获得的最高频率分析测定的，即取样频率的一半（NYQUIST频率）在本实验中为4HZ。由于风力的特征在背风面和迎风面会有不同，9所以谱分析要分别在两处进行。关闭温室内窗户所得的结果绘制成图，如图5和6所示。图5三种不同风速下的风速能量谱密度127M/S，349M/SO，550M/S，在迎风面距屋顶020米处测得（为5/3的斜度）图5所示为三种不同风速下的风速能量谱密度127M/S，349M/S，550M/S，在迎风面距屋顶020米处测得。图6风速为052M/S，224M/SO，337M/S时，在背风面距屋顶020米处测得能量谱密度（倾斜度为5/3）图6所示为背风处测得的相应风速能量谱密度（风速为052M/S，224M/S，337M/S，在背风面距屋顶020米处测得）。如图5和图6中所描绘的，能量谱均衡的分布，频率/能量为5/3的范围，符合KOLMOGOROV定律。类似的可获得迎风面和背风面的风速能量谱。两处能量谱的主要波动最高点在频率低于01，02HZ处，频率高于1HZ就没什么特别作用了，即低频在风域中占主要地位。事实上，风速中主要的能量大的涡流就发生在这个低频范围内。这证实了KAIMAL等26和BOT8的研究学说。参数可以从图5图6中能量谱密度和频率值计算出。计算中的表面粗糙度为004米22，结果如表142穿过卷帘和天窗的气流对于气流仅仅因为温差所引起（即对于稳定温度条件下Q/T0）的如图7和图8所描绘的（PW0）。图7气流穿过卷帘对应于用公式（2）和（4）预算的卷帘温度差值（测量数据（）图8气流穿过卷帘中心的矩形狭缝对应于用公式（3）和（4）预算的卷帘温度差（测量数据（）图7所示为实验中气流穿过卷帘对应于用公式（2）和（4）预算的卷帘温度差值。图8所示为实验中气流穿过卷帘中心的矩形狭缝对应于用公式（3）和（4）预算的卷帘温度差。对于气流仅仅因为风速引起的（0）,如图911所示。在这些图中，气流穿过天窗或卷帘与多孔隔板由公式（2）得出的值，天窗由公式（3）得出的值相对应。图9预测气流穿过迎风面（）和背风面（O）时与迎风面的相对压力（开窗度为4O）图10预测气流穿过迎风面（）和背风面（O）时与背风面的相对压力（开窗度为4O）图11预测气流穿过隔板与迎风面的相对压力（任意面有一扇窗打开，开窗度为20O）迎风面（）,背风面（O）图12预测气流穿过隔板中心狭缝与迎风面的相对压力（任意面有一扇窗打开，开窗度为20O）迎风面（）,背风面（O）图9所示为实验中预测气流穿过迎风面（）和背风面（O）时与迎风面的相对压力（开窗度为4O）图10所示为实验中预测气流穿过迎风面（）和背风面（O）时与背风面的相对压力（开窗度为4O）图11所示为实验中预测气流穿过隔板与迎风面的相对压力。其中，温室中迎风或背风面的一扇窗户要打开（开窗度为20O）。图12所示为实验中预测气流穿过隔板中心狭缝与迎风面的相对压力。其中，温室中迎风或背风面的一扇窗户要打开（开窗度为20O）。图7和图11描绘了由于存在温差，各自的风域推动气流穿过有孔的隔板，它们显示出了两种不同的波动规律DARCY波动规律（如图7）和FORCHHEIMER波动规律（如图11）。这些发现归功于BEAR,BACHMAT19和BAILEY2。对于REYNOLDS数据（REUKP1/2/）小于整体值时，气流与推动势成比例，即温室与周围空气间正常温差范围（T25K）内产生的情形。对于REYNOLDS数据大于整体值时，必须加上气流的二次项（FORCHHEIMER波动规律），即波动是由风速高于025M/S时产生的。实验气流值与模型预测等效的气流值相比较，所得的误差总是小于20，出了图12之外。图中显示的大部分分散值是由于气流穿过裂缝所致，这些气流是从总的波动量中减去穿过隔板的波动量获得。由于差别很小，所以误差相应就很大。5结论1对于换气设备起重要作用的、能量大的涡流是由频率低于0102HZ范围内湍急的风速下引起的。2据估计，这种湍急的风速在平均风速中占13至52，也就是说在总风压中占了重要地位。3FORCHHEIMER方程式方程（2）描述了气流穿过有孔的隔板（孔集中在隔板中间）。可是，对于温室与周围空气间温差在正常范围内所引起的气流波动，气流的二次项可忽略，所以方程就缩写成了DARCY法则（KP1QAP/HP）。4通过理论预测的穿过隔板和通风口的气流与实验值很接近，大体上它们之间的差别小于20。参考文献1MORRISLGNEALFETHEINFRAREDCARBONDIOXIDEGASANALYZERANDITSUSEINGREENHOUSERESEARCHNATIONALINSTITUTEOFAGRICULTURALENGINEERINGREPORT，SILSOE，UNITEDKINGDOM，19542BAILEYBJGLASSHOUSETHERMALSCREENSAIRFLOWTHROUGHPERMEABLEMATERIALSDEPARTMENTALNOTENODN/G/859/04013NATIONALINSTITUTEOFAGRICULTURALENGINEERING,SILSOE,UNITEDKINGDOM,19783BAILEYBJCOTTONRFGREENHOUSETHERMALSCREENSINFLUENCEOFSINGLEANDDOUBLESCREENSONHEATLOSSANDCROPENVIRONMENTDEPARTMENTALNOTENODN/G/982/04013NATIONALINSTITUTEOFAGRICULTURALENGINEERING,SILSOE,UNITEDKINGDOM,19804MIGUELAFSILVAAMROSARSOLARIRRADIATIONINSIDEASINGLESPANGREENHOUSEWITHSHADINGSCREENSJOURNALOFAGRICULTURALENGINEERINGRESEARCH,1994,59,61725KOSMASSRRISKOWSKIGLCHRISTIANSONLFORCEANDSTATICPRESSURERESULTINGFROMAIRFLOWTHROUGHSCREENSTRANSACTIONSOFASAE,1993,36,146714726OKADAMTAKAKURATGUIDEANDDATAFORGREENHOUSEAIRCONDITIONING3HEATLOSSDUETOAIRINFILTRATIONOFHEATEDGREENHOUSESJOURNALOFAGRICULTURALMETEOROLOGYTOKYO,1973,28,2232307KOZAITSASSSASIMULATIONNATURALVENTILATIONFORAMULTISPANGREENHOUSEACTAHORTICULTURAE,1978,87,39498BOTGPAGREENHOUSECLIMATEFROMPHYSICALPROCESSESTOADYNAMICMODELPHDDISSERTATION,AGRICULTURALUNIVERSITYOFWAGENINGEN,THENETHERLANDS,19839DEJONGTNATURALVENTILATIONOFLARGEMULTISPANGREENHOUSESPHDDISSERTATION,AGRICULTURALUNIVERSITYOFWAGENINGEN,THENETHERLANDS,199010MONTEROJIANTONABIELCNATURALVENTILATIONINPOLYETHYLENEGREENHOUSESWITHANDWITHOUTSHADINGSCREENSPROCEEDINGSOFTHEINTERNATIONALSEMINARANDBRITISHISRAELWORKSHOPONGREENHOUSETECHNOLOGY,BETDAGON,ISRAEL,1990,657111FERNANDEZJEBAILEYBJMEASUREMENTSANDPREDICTIONOFGREENHOUSEVENTILATIONRATESAGRICULTURALANDFORESTMETEOROLOGY,1992,58,22924512VANSOOSTERAUSINGNATURALVENTILATIONTHEORYANDDYNAMICHEATBALANCEMODELINGFORREALTIMEPREDICTIONOFVENTILATIONRATESINNATURALLYVENTILATEDLIVESTOCKHOUSESAGENG94MILANO,REPORTN94C012,199413BULLARDTMENSESJFMERRIERMPAPADAKOSGTHEMECHANISMSINVOLVEDINTHENATURALVENTILATIONOFGREENHOUSESAGRICULTURALANDFORESTMETEOROLOGY,1996,79,617714BATEMANSLASSESSMENTOFCRITERIAFORENERGETICELECTIVENESSOFGREENHOUSESCREENSPHDDISSERTATIONUNIVERSITYOFGHENT,BELGIUM,198915OKUSHIMALSASSSNARAMASUPPORTSYSTEMFORNATURALVENTILATIONDESIGNOFCOMPUTATIONALAERODYNAMICSALTAHORTICULTURAL,1989,248,12913416OUTWORKERENJVOSKAMPJPALASKANYCLIMATESIMULATIONANDVALIDATIONFORANAVIARYSYSTEMFORLAYINGHENSAGENG94MILANO,REPORTN94C063,199417MASTITISABOTGPAPACINOPSCARASCIAMUGNOZZAGANALYSISOFTHEDECENCYOFGREENHOUSEVENTILATIONUSINGCOMPUTATIONALFLUIDDYNAMICSAGRICULTURALANDFORESTMETEOROLOGY,1997,85,21722818MIGUELAFVANDEBARAKNJSILVAABOTGPAANALYSISOFTHEAIRFLOWCHARACTERISTICSOFGREENHOUSESCREENINGMATERIALSJOURNALOFAGRICULTUREENGINEERINGRESEARCH,1997,67,10511219BEARJBATHMATYTHEORYANDAPPLICATIONSOFTRANSPORTPHENOMENAINPOROUSMEDIADORDRECHTKLUWERACADEMIC20LEBRONGCLOUTATHERMODYNAMICALMODELINGOFFLUIDFLOWSTHROUGHPOROUSMEDIAAPPLICATIONTONATURALCONVECTIONINTERNATIONALJOURNALOFHEATANDMASSTRANSFER,1986,29,38139021TENNECOHLUMLEYJLAFIRSTCOURSEINTURBULENCECAMBRIDGE,MAMITPRESS,197222EUROCODEENV199124BASISOFDESIGNANDACTIONONSTRUCTURESWINDACTIONNNTDELFT,199523TURKEYJWTHESAMPLINGTHEORYOFPOWERSPECTRUMESTIMATESSYMPOSIUMONAPPLICATIONOFAUTOCORRELATIONANALYSISTOPHYSICALPROBLEMSWASHINGTON,OFFICENAVALRESEARCH1950,476724CLARKERMOBSERVATIONALSTUDIESINTHEATMOSPHERICBOUNDARYLAYERQUARTERLYJOURNALROYALMETEOROLOGYSOCIETY,1970,96,9111425SHERMANMHTRACERGASTECHNIQUESFORMEASURINGVENTILATIONINASINGLEZONEBUILDINGANDENVIRONMENT,1990,2526KEMALJCWYNYARDJCIZUMIYCOTEORSPECTRALCHARACTERISTICSOFSURFACELAYERTURBULENCEQUARTERLYJOURNALROYALMETEOROLOGYSOCIETY,1972,98,56358927MIGUELAFVANDEBARAKNJSILVAABOTGPAFORCEDFLUIDMOTIONTHROUGHOPENINGSANDPORESBUILDINGANDENVIRONMENT1998INPRESS28WALKERISWILSONDJEVALUATINGMODELSFORSUPERPOSITIONOFWINDANDSTACKELECTINAIRINFILTRATIONBUILDINGANDENVIRONMENT,1993,28,20121029PEIXOTOJPFORTAPHYSICSOFCLIMATENEWYORK,USAAMERICANINSTITUTEOFPHYSICS,1992附录A穿过通风口和气孔的流速运动方程对于呈线性的气流穿过一个可渗透的材料，其运动方程可描述为1827/U/TKP1UYKP1/2UU/2UU/J（/）（2U/J2）PT0/JA1其中Y436102212总压力28PT0PWPST公式中，U是变速度，是密度，PW压力是由风或力学原因造成，PST压力是累积作用的产生的（热气压），P
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