








中国农业科技导报 ›› 2023, Vol. 25 ›› Issue (11): 154-165.DOI: 10.13304/j.nykjdb.2023.0349
收稿日期:2023-05-05
接受日期:2023-08-25
出版日期:2023-11-15
发布日期:2023-11-20
通讯作者:
塔娜
作者简介:甄琦E-mail: zhenqi17@imau.edu.cn;
基金资助:
Qi ZHEN(
), Guangze YAN, Na TA(
), Zhiyong ZHAO, Huimin YU
Received:2023-05-05
Accepted:2023-08-25
Online:2023-11-15
Published:2023-11-20
Contact:
Na TA
摘要:
传统半地下式贮藏室在贮藏马铃薯的过程中,因二氧化碳含量上升易引起温室效应。为明确因马铃薯呼吸作用导致的二氧化碳含量变化对贮藏室内温度分布的影响规律,以我国西部地区典型的半地下式马铃薯贮藏室为研究载体,借助计算流体力学方法,采用多孔介质模型、k-ε湍流模型,结合内热源模型构建贮藏室内马铃薯堆体-环境间的热质交换与气体流动的三维数值求解模型。为确保数值仿真结果的准确性,针对数值方法及网格无关性进行了验证。结果表明,对马铃薯堆体特定位置温度的监测对比发现,试验值与模拟值之间的平均相对误差为8.26%,最大相对误差为9.77%,进一步确认了贮藏室数值传热模型及马铃薯堆体等效热模型的可靠性。以2022年1月某天的贮藏室内外的环境因子数据为条件,当二氧化碳含量为0.15%时,室内温度分布沿马铃薯堆体向四周逐层下降,二氧化碳喷口使得堆体后方出现了1个高温区;当二氧化碳含量由0.00%提升至0.30%时,室内平均温度由1.34 ℃提升到1.36 ℃,马铃薯堆平均温度由1.93 ℃提升至1.94 ℃。对比0.00%、0.15%及0.30%的二氧化碳含量下的室内温度分布,可知贮藏室内二氧化碳含量的提高有效地提升了贮藏室内的整体温度。研究结果对于半地下式贮藏室数学模型的建立及选择适合的二氧化碳含量控制装置有重要的参考价值。
中图分类号:
甄琦, 闫广泽, 塔娜, 赵志勇, 于慧敏. 不同二氧化碳含量对马铃薯贮藏室内温度分布的影响[J]. 中国农业科技导报, 2023, 25(11): 154-165.
Qi ZHEN, Guangze YAN, Na TA, Zhiyong ZHAO, Huimin YU. Effect of Different CO2 Contents on Temperature Distribution in Potato Storage Room[J]. Journal of Agricultural Science and Technology, 2023, 25(11): 154-165.
图1 半地下式贮藏室外观、尺寸及设备布置A.马铃薯贮藏室外观; B.贮藏室正视图; C.贮藏室侧视图;D.贮藏室俯视图
Fig. 1 Appearance, size and equipment layout of the semi-underground storage roomA.Exterior view of the potato storage room; B. Front view of the storage room; C. Side view of the storage room; D. Top view of the storage room
| 名称Name | 材料Material | 壁厚Wall thickness /m | 传热方式Heat transfer method | 温度Temperature/℃ |
|---|---|---|---|---|
| 东墙East wall | 红砖Red brick | 0.37 | 导热Heat conduction | 1.03 |
| 南墙South wall | 红砖Red brick | 0.37 | 导热Heat conduction | 0.87 |
| 西墙West wall | 红砖Red brick | 0.37 | 导热Heat conduction | 0.92 |
| 北墙North wall | 红砖Red brick | 0.37 | 导热Heat conduction | 1.69 |
| 顶墙Top wall | 红砖Red brick | 0.37 | 导热Heat conduction | 0.83 |
| 底墙Bottom wall | 土壤Soil | 2.00 | 导热Heat conduction | 1.29 |
表1 壁面边界条件参数设置
Table 1 Setting parameters of wall boundary conditions
| 名称Name | 材料Material | 壁厚Wall thickness /m | 传热方式Heat transfer method | 温度Temperature/℃ |
|---|---|---|---|---|
| 东墙East wall | 红砖Red brick | 0.37 | 导热Heat conduction | 1.03 |
| 南墙South wall | 红砖Red brick | 0.37 | 导热Heat conduction | 0.87 |
| 西墙West wall | 红砖Red brick | 0.37 | 导热Heat conduction | 0.92 |
| 北墙North wall | 红砖Red brick | 0.37 | 导热Heat conduction | 1.69 |
| 顶墙Top wall | 红砖Red brick | 0.37 | 导热Heat conduction | 0.83 |
| 底墙Bottom wall | 土壤Soil | 2.00 | 导热Heat conduction | 1.29 |
| 名称 Name | 密度 Density/(kg·m-³) | 比热 Specific heat/ (J·kg-1·K-1) | 导热系数 Thermal conductivity/ (W·m-1·K-1) | 对流换热系数 Convective heat transfer coefficient/(W·m-2·K-1) |
|---|---|---|---|---|
| 红砖Red brick | 2 200 | 880 | 1.4 | 21.12 |
| 土壤Soil | 1 700 | 2 010 | 2.0 | 21.12 |
| 空气Air | 1.225 | 1 006 | 0.024 2 | — |
| 水蒸汽Water vapor | 1.240 | 1 007 | 0.025 1 | — |
| 马铃薯Potato | 1 100 | 1900 | 0.6 | 21.12 |
| 内热源Internal heat source | 7 790 | 450 | 43.5 | — |
表2 材料参数设置
Table 2 Material parameter settings
| 名称 Name | 密度 Density/(kg·m-³) | 比热 Specific heat/ (J·kg-1·K-1) | 导热系数 Thermal conductivity/ (W·m-1·K-1) | 对流换热系数 Convective heat transfer coefficient/(W·m-2·K-1) |
|---|---|---|---|---|
| 红砖Red brick | 2 200 | 880 | 1.4 | 21.12 |
| 土壤Soil | 1 700 | 2 010 | 2.0 | 21.12 |
| 空气Air | 1.225 | 1 006 | 0.024 2 | — |
| 水蒸汽Water vapor | 1.240 | 1 007 | 0.025 1 | — |
| 马铃薯Potato | 1 100 | 1900 | 0.6 | 21.12 |
| 内热源Internal heat source | 7 790 | 450 | 43.5 | — |
图8 0.15% CO2含量下贮藏室内温度分布A:X=0.5、4.0、7.5 m处的温度分布; B: Y=0.3、1.3、2.3 m处的温度分布; C: Z=0.3、2.0、3.7 m处的温度分布
Fig. 8 Temperature distribution in storage room under 0.15% CO2 gas contentA:Temperature distribution at X=0.5, 4.0, 7.5 m; B:Temperature distribution at Y=0.3,1.3,2.3 m; C: Temperature distribution at Z=0.3,2.0,3.7 m
图9 贮藏室在X=4 m处不同CO2气体含量的温度分布A:CO2含量为0.00%时的温度分布; B:CO2含量为0.15%时的温度分布; C: CO2含量为0.30%时的温度分布
Fig. 9 Temperature distribution of different CO2 gas content in the storage room at X=4 mA:Temperature distribution at 0.00% of the CO2 content; B:Temperature distribution at 0.15% of the CO2 content; C:Temperature distribution at 0.30% of the CO2 content
图10 贮藏室在Z=2 m处不同CO2气体含量的温度分布A:CO2含量为0.00%时的温度分布; B: CO2含量为0.15%时的温度分布; C: CO2含量为0.30%时的温度分布
Fig. 10 Temperature distribution of different CO2 gas content in the storage room at Z=2 mA:Temperature distribution at 0.00% of the CO2 content; B: Temperature distribution at 0.15% of the CO2 content; C: Temperature distribution at 0.30% of the CO2 content
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