溫室卷簾機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)【含CAD圖紙+文檔】
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溫室窗簾和窗戶通風(fēng)設(shè)備的物理模型
我們采用實(shí)踐與理論相結(jié)合的方法研究了溫室的通風(fēng)設(shè)備，主要是研究溫室卷簾與開窗設(shè)備在低氣壓下的使用壽命及其在不同風(fēng)速和氣壓下的波動(dòng)情況。
這些波動(dòng)與平均風(fēng)速有關(guān)，而平均風(fēng)速是通過能量譜分析得來。由此推知，氣壓與平均風(fēng)速有關(guān)，而氣體紊流對(duì)平均風(fēng)速的估算有很大影響。
溫室通風(fēng)設(shè)備與啟動(dòng)電位之間的關(guān)系是基于對(duì)流體機(jī)械的突破性研究。關(guān)于氣流與風(fēng)壓和氣溫的變化相對(duì)應(yīng)這個(gè)預(yù)測(cè)符合實(shí)驗(yàn)得出的數(shù)據(jù)，大體上看，他們之間差異小于20%
.
符號(hào)標(biāo)志
A 面積 z 高度，m
Cc 對(duì)流影響系數(shù) z0 表面粗糙度，m
Ckl kolmogorov常量（≈0.5）
Cwf 摩擦系數(shù) 希臘字母符號(hào)
Cu 紊亂動(dòng)能常量 α 開窗下垂面與框架間的角度，度
F(n) 能量譜密度，m2/s β 熱能膨脹系數(shù)，K-1
g 重力加速度，m/s*s ε 孔積率
h 高度，m κ 馮.卡曼常量（≈0.4）
H 溶度參量，m υ 動(dòng)力黏度，Ns
Kp 滲透率，m2 ρ 密度，千克/立方米
L 長(zhǎng)度參量，m γ 氣壓系數(shù)
n 頻率，Hz
P 大氣壓，Pa
P0 絕對(duì)氣壓，Pa
Pst 相對(duì)氣壓，Pa 下標(biāo)符
Pw 風(fēng)壓，Pa fr 循環(huán)運(yùn)動(dòng)
Q 流速，立方米、秒 I 內(nèi)側(cè)面
ru 動(dòng)能消耗比率，平方米、秒 l 超長(zhǎng)度
T 絕對(duì)溫度，K rmsw 平均風(fēng)速的平方根
u 流體速度，立方米/平方毫秒 s 次長(zhǎng)度
u* 摩擦速度，m/s st 靜態(tài)
V 容積，立方米 w 風(fēng)
Y 慣性系數(shù)
1. 緒論
溫室的自然通風(fēng)設(shè)備是一個(gè)極其復(fù)雜的過程，這一過程取決于溫室的所有參數(shù)（額定值，位置和窗戶的幾何形狀以及漏孔面積等等）和外部環(huán)境條件。
這種現(xiàn)象持續(xù)不斷的利害關(guān)系會(huì)導(dǎo)致自然通風(fēng)設(shè)備在質(zhì)量和能量上的不平衡，并進(jìn)一步嚴(yán)重影響室內(nèi)環(huán)境。
自從1954年Morris和Neale1 第一次對(duì)溫室開窗設(shè)備中的自然通風(fēng)設(shè)備進(jìn)行實(shí)驗(yàn)性研究以來，人們?cè)絹碓蕉嗟乜紤]到潛在的物理現(xiàn)象對(duì)通風(fēng)設(shè)備影響。幾十年后，Baiely2和Cotton3以及Miguel以及其他4的實(shí)驗(yàn)論證了在植物和溫室頂棚之間使用遮陽網(wǎng)的潛在好處。近期以來，在開窗設(shè)備5處采用幕簾下是為了防止昆蟲進(jìn)入，這樣即可減少用化學(xué)殺蟲劑。所以，幕簾表面的氣流研究同樣是一門重要的課題。
現(xiàn)有的對(duì)這個(gè)課題的分析方法大致可以分為以下兩種：
（1）：經(jīng)驗(yàn)主義和半經(jīng)驗(yàn)主義的研究方法研究穿過6.13和幕簾2.5.14的氣流。
（2）：以流體機(jī)械公式為指導(dǎo)數(shù)字化的解決問題。15.17
屬于第一種類型的所有模式基于的理論思想是在氣流與驅(qū)動(dòng)氣流循環(huán)運(yùn)動(dòng)的潛在物之間有一種簡(jiǎn)單的非線性關(guān)系。這種分析認(rèn)為溫室室內(nèi)的空氣是不可壓縮的，這一分析純碎根據(jù)經(jīng)驗(yàn)或貝努利方程所得。盡管簡(jiǎn)單的假設(shè)是與具體實(shí)驗(yàn)下得到的改正系數(shù)結(jié)合在一起的，還是大大限制了這項(xiàng)研究成果的有效范圍。
第二種模式中，采用一種數(shù)字化模擬程序來解決慣性方程，動(dòng)能和能量方程，決定速度，溫度及壓力和溫室內(nèi)最終氣流循環(huán)模式。
本文介紹的這項(xiàng)研究有以下兩個(gè)方面：
（1） 加深了解氣流通過帶孔卷簾（保溫，遮光，防蟲）和天窗的交換過程中的物理特性。更重要的是論述帶孔卷簾和天窗使用壽命的影響因素以及啟動(dòng)差位的各項(xiàng)參數(shù)。
（2） 推出一種簡(jiǎn)單而精算的計(jì)算風(fēng)與溫室框架對(duì)卷簾和天窗的影響的公式。
2.理論
無約束的和約束的流體運(yùn)動(dòng)經(jīng)過有孔設(shè)備和天窗的物理現(xiàn)象表明這種現(xiàn)象與天窗或帶孔設(shè)備的特征參數(shù)和驅(qū)動(dòng)循環(huán)運(yùn)動(dòng)勢(shì)差的特征參數(shù)有關(guān)。公式精確描述這個(gè)現(xiàn)象必須考慮到這些因素。附錄A中附有該公式。根據(jù)附錄所示，穿過任何一天窗或帶孔卷簾的氣流與驅(qū)動(dòng)勢(shì)差有關(guān)，如下：
（ρ/ε）аQ/ аt + μKp-1Q +ρYA-1Kp-1/2｜Q｜Q+0.5ρ(AHCc2)-1｜Q｜Q=
-A(Δpw/H+Δpst/H) (1)
和
Q=Aμ
其中，Q是流量，ρ是氣體密度，A是工作面積，μ是氣體動(dòng)力黏度，ε是材料的孔積率（單位體積容納流體的體積），Kp是材料的滲透度（流體通過媒介體的能力），Cc表示對(duì)流影響系數(shù)，H是滲透參數(shù)，Δpw是風(fēng)壓差，Δpst是與溫度相關(guān)的壓力差，Y在附錄A中有定義。
為了便于計(jì)算氣流通過多層次密封箱或天窗的空間時(shí)的運(yùn)動(dòng)，必須建立計(jì)算機(jī)聯(lián)網(wǎng)服務(wù)。薄膜溫室是一個(gè)分為兩層的密封區(qū)域（如圖1），圖2說明了氣流的聯(lián)網(wǎng)計(jì)算原理。
自然通風(fēng)設(shè)備物理模型
在只有一個(gè)天窗和卷簾的溫室內(nèi)，網(wǎng)絡(luò)對(duì)循環(huán)運(yùn)動(dòng)的控制由三個(gè)接點(diǎn)組成，這三個(gè)接點(diǎn)由兩個(gè)電阻連接在一起（圖2 a）。當(dāng)卷簾有空隙時(shí)，網(wǎng)絡(luò)控制也是由三個(gè)接點(diǎn)組成，但這三個(gè)接點(diǎn)由三個(gè)電阻串接在一起。
2.1天窗與帶孔卷簾設(shè)備的氣流特征參數(shù)
可滲透材料的氣流特征參分為孔積率和滲透度。18. 19孔積率表示單位材料容納氣體的體積與總材料容納氣體體積之比，大小在0至1之間（0<<ε<<1）。對(duì)一個(gè)孔隙來說，孔積率規(guī)定為1（ε=1），因?yàn)檎麄€(gè)孔隙都充滿氣體。
任何一種可滲透材料都能透過氣體，這種能力的度量衡稱之為滲透度且符合氣體運(yùn)動(dòng)原理滲透度不僅與流體運(yùn)動(dòng)黏度有關(guān)還與粒子擴(kuò)散時(shí)與阻礙物的碰撞頻率有關(guān)。18.20就孔隙材料而言，氣體分子的碰撞頻率大于103Hz，因?yàn)闅怏w運(yùn)動(dòng)黏度的數(shù)值為10-5，滲透度的數(shù)值即小于10-7.而對(duì)于開口設(shè)備（窗，門）來說，碰撞頻率接近于零所以滲透度Kp-〉∞ 。
與以上一致，連接兩個(gè)接端（毛細(xì)孔與大開口）的數(shù)量即為滲透度Kp。對(duì)于空隙材料來說氣體可認(rèn)為是不可壓縮的（1/Cc2≈0）。由公式（1）推出：
（ρ/ε）аQ/ аt + μKp-1Q +ρYA-1Kp-1/2｜Q｜Q=-A(Δpw/H+Δpst/H) （2）
對(duì)于開口（ε=1）材料的滲透度Kp-〉∞ ,公式（1）的左邊第二和第三項(xiàng)可忽略，導(dǎo)出：
ρаQ/ аt+0.5ρ(AHCc2)-1｜Q｜Q=-A(Δpw/H+Δpst/H) （3）
公式（2）即為著名的Forchheimer公式，適用于多孔隙材料。對(duì)于微弱氣體可舍去二次項(xiàng)，得出Darcy定律。當(dāng)氣流靜止時(shí)公示(3)簡(jiǎn)化為貝努利方程。
2.2 驅(qū)動(dòng)勢(shì)差
引起氣流的驅(qū)動(dòng)勢(shì)差是因?yàn)闇夭睿o因素）或風(fēng)速（導(dǎo)致風(fēng)壓變化）或兩者同時(shí)作用時(shí)產(chǎn)生的。任何一種原因都可以產(chǎn)生一種梯度勢(shì)差引起穩(wěn)定循環(huán)。風(fēng)速的波動(dòng)會(huì)產(chǎn)生一種額外的循環(huán)運(yùn)動(dòng)。
通過溫室天窗的氣流波動(dòng)可以分為震動(dòng)循環(huán)運(yùn)動(dòng)和旋窩型穿透運(yùn)動(dòng)。震動(dòng)循環(huán)運(yùn)動(dòng)是由于風(fēng)的波動(dòng)和室內(nèi)氣體的可壓縮性。旋窩型穿透運(yùn)動(dòng)是由于熱氣流的渦流對(duì)密封室內(nèi)的氣流造成轉(zhuǎn)動(dòng)的影響。
2.2.1 溫室對(duì)氣流運(yùn)動(dòng)的影響
當(dāng)多孔薄膜或天窗的內(nèi)外有溫差時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生一種靜態(tài)壓力，這種壓力可以導(dǎo)致氣流運(yùn)動(dòng)。設(shè)想兩邊溫度不同，根據(jù)以下公式，兩邊壓力也不同：
Δρst=ΔρgΔh （4）
和
Δρ=ρβΔ T
其中，Δ T表示多次測(cè)量的絕對(duì)溫度差，g表示重力加速度，Δh表示垂直高度差，β表示熱膨脹系數(shù)。
2.2.2風(fēng)速對(duì)氣流運(yùn)動(dòng)的影響（風(fēng)壓）
測(cè)量時(shí)風(fēng)速是一個(gè)不定量。在t時(shí)刻的瞬時(shí)值可以人為是組成部分的平均值和波動(dòng)值的總和，那就是ūw和u’w。一段時(shí)間間隔內(nèi)的平均風(fēng)壓與風(fēng)速有關(guān)（附錄B）：
Pw=0.5ρ(ū2w +u’wu’w) (5)
其中，ūw表示平均風(fēng)速，u’w表示風(fēng)速的波動(dòng)值。
有一些風(fēng)速計(jì)可以直接讀出平均風(fēng)速和平均風(fēng)速的平方根。假設(shè)u’w有一個(gè)Gaussian概率分布，可以簡(jiǎn)便用下面的公式代替公式（5）：
Pw=0.5ρū2w+ρπ-1urmsw-1 (6)
其中urmsw表示平均風(fēng)速的平方根。
普通情況下的風(fēng)速計(jì)僅僅提供平均風(fēng)速的讀數(shù)，因此，不僅能顯示平均風(fēng)速，而且不忽略風(fēng)的波動(dòng)產(chǎn)生的影響的風(fēng)速測(cè)量計(jì)是非常有用的。因此要將動(dòng)態(tài)風(fēng)速的平均值與靜態(tài)風(fēng)速的平均值聯(lián)系在一起。動(dòng)能消耗比率(γυ) 根據(jù)Kolmogorov定律21：
rμ2/3=0.75ckl-1F(n)( ūw/2π)2/3n5/3 (7)
其中，F(xiàn)（n）為能量譜密度，n表示頻率，ckl為kolmogorov常量（≈0.5）。
再利用離表面z距離的動(dòng)能湍流與動(dòng)能消耗比率21之間的關(guān)系
0.5 u’wu’w=cμ-0.5[rμk(z+z0)]2/3 (8)
風(fēng)速波動(dòng)的平方根值和平均值的關(guān)系如下：
u’wu’w=3 F(n)( ūw/2π)2/3n5/3 cμ-0.5[rμk(z+z0)]2/3 （9）
其中，k是馮.卡曼常量（≈0.4），cμ是常量（≈0.99），z為測(cè)量風(fēng)速的高度，而z0為表面粗糙度（z0的值在參考文獻(xiàn)22處可尋）。
為了獲得γ，弄清楚F(n)和n是必要的，而且需要實(shí)施一種能量譜分析的方法。這種能量譜分析法23是用來測(cè)量頻率連續(xù)不斷變化的擺動(dòng)過程中變量方差的。這種分析不僅可以確定γ值，而且可以獲得一些闡明和刻劃湍流波動(dòng)結(jié)構(gòu)的額外信息，并且可以確定風(fēng)域內(nèi)主要渦流的頻率。
風(fēng)速通常在一個(gè)參考高度測(cè)量。應(yīng)該導(dǎo)出一個(gè)面積系數(shù)，該系數(shù)與相對(duì)基本風(fēng)域的參考高度的風(fēng)域有關(guān)。這個(gè)系數(shù)是由大氣風(fēng)界層的縱斷面上的風(fēng)速?zèng)Q定的并遵循風(fēng)向定位封閉室（溫室）。這些數(shù)值都由風(fēng)道分界層的多次測(cè)量所得。
3.實(shí)驗(yàn)研究
為了證實(shí)波動(dòng)存在的潛能，同時(shí)也檢驗(yàn)?zāi)Ｐ偷目蛇m用性，我們進(jìn)行了如下實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)是在兩個(gè)向東（E-W）方位建造的溫室中進(jìn)行的。兩個(gè)溫室尺寸相同（如圖3）：屋檐高4.5米，屋頂坡角22 。，寬4.1米，長(zhǎng)6.6米。每個(gè)溫室內(nèi)在離地面2.9米處的水平面裝有一個(gè)LS11型號(hào)的隔熱板（Miguel 以及其他等等18驗(yàn)證滲透度7*10-10m2，孔積率0.99）。在實(shí)驗(yàn)的第一部分，每個(gè)溫室內(nèi)的薄膜都是合格的。實(shí)驗(yàn)的第二部分，在卷簾薄膜的中間打開了0.20米*3.80米細(xì)小的口子，看上去像一條水平裂縫。
圖3.兩個(gè)尺寸相同的玻璃溫室圖解
每個(gè)溫室內(nèi)部都被牢牢密封住，墻上裝有絕熱板條，地面蓋有聚苯乙烯泡沫絕熱層，除了屋頂?shù)拇皯?，每?jī)蓚€(gè)窗戶間裝有2.05米*0.90米大小的活動(dòng)板條。開窗斜度可升高30度。
裝有鋁制表面的水平圓柱形電加熱器（8個(gè)3.80米，直徑為0.05米的柱面，成對(duì)排列，每?jī)蓚€(gè)間隔0.35米，每隊(duì)間隔1.15米），如圖4 所示。在實(shí)驗(yàn)中，隔熱板上下方的溫度會(huì)不同，加熱器被用來抑制這種溫度的不斷變化。
圖4. 加熱系統(tǒng)排列的俯視圖
在每個(gè)溫室中安裝25個(gè)銅制鎳銅合金溫差電偶，用來測(cè)量隔熱板上下及戶外的溫度。它們被均勻分布：10溫差電偶被分布在隔熱板下方，10個(gè)分布在上方，還有5個(gè)曝露在室外。為了保證獲得一個(gè)快速響應(yīng)8（響應(yīng)頻率大約為12Hz），溫差電偶都是用非常細(xì)的電線（直徑約為2.5*10-5米）做成。
用帶有薄膜層的壓力轉(zhuǎn)換器來測(cè)量壓力，室內(nèi)測(cè)量板的上部和下部（每個(gè)部分測(cè)量三次）。室外瞬時(shí)風(fēng)壓的測(cè)量位置在天窗上0.20米處。風(fēng)速的測(cè)量用一個(gè)快速響應(yīng)的風(fēng)速計(jì)（響應(yīng)頻率為9.5Hz）,把它安置在距天窗0.20米處，同時(shí)也可測(cè)方向。
氣流的測(cè)定用到一種自動(dòng)掃描氣體的儀器。在實(shí)驗(yàn)中，用到了恒定流速和衰減率9.25.穿過隔板狹縫的氣流量用總波動(dòng)量減去通過隔板的波動(dòng)量。
每個(gè)溫室中，在地面上用兩個(gè)小鼓風(fēng)機(jī)和打滿孔的桶把掃描氣體（N2O）分離出來。在實(shí)驗(yàn)中，每個(gè)溫室內(nèi)部空氣取樣檢驗(yàn)都要在18個(gè)不同的位置獲得（9個(gè)在隔板上層，9個(gè)在隔板下層），并在紅外線下進(jìn)行分析。
兩個(gè)取樣檢驗(yàn)在1996年2月至3月之間的32天進(jìn)行：
（1） 氣流會(huì)穿過溫室天窗和卷簾是由風(fēng)速產(chǎn)生的。實(shí)驗(yàn)必須在室內(nèi)室外溫差少于2.0±0.5oC，風(fēng)速高于1.5米每秒下進(jìn)行。
（2） 氣流會(huì)穿過多孔卷簾和卷簾上的矩形狹縫（0.02米*3.80米）僅僅是由于卷簾上部和下部的溫差產(chǎn)生的（穩(wěn)定條件下）。為了減小風(fēng)壓的影響，測(cè)定時(shí)要關(guān)閉所有窗戶（背風(fēng)面的窗戶可開2o）。
實(shí)驗(yàn)的第一部分（氣流的產(chǎn)生是風(fēng)的作用），在風(fēng)速和室內(nèi)外溫差存在下收集的數(shù)據(jù)頻率10分鐘內(nèi)都為8HZ 。
實(shí)驗(yàn)的第二部分（氣流的產(chǎn)生是緩慢聚集起來的），在卷簾上部和下部溫差穩(wěn)定（ΔT±1 oC）下采集的數(shù)據(jù)頻率為1.66*10-2HZ（每60秒內(nèi)），穩(wěn)定情況下獲得。
4.結(jié)果和論述
4.1 風(fēng)速和風(fēng)壓
譜分析是在風(fēng)速的采集在10分鐘內(nèi)的頻率都為8HZ的條件下進(jìn)行的。取樣頻率是通過對(duì)可獲得的最高頻率分析測(cè)定的，即取樣頻率的一半（Nyquist頻率）在本實(shí)驗(yàn)中為4HZ。
由于風(fēng)力的特征在背風(fēng)面和迎風(fēng)面會(huì)有不同，9所以譜分析要分別在兩處進(jìn)行。關(guān)閉溫室內(nèi)窗戶所得的結(jié)果繪制成圖，如圖5和6所示。
圖5. 三種不同風(fēng)速下的風(fēng)速能量譜密度：1.27m/s(*)，3.49m/s(o)，5.50m/s(+)，在迎風(fēng)面距屋頂0.20米處測(cè)得（---為-5/3的斜度）
圖5所示為三種不同風(fēng)速下的風(fēng)速能量譜密度：1.27m/s，3.49m/s，5.50m/s，在迎風(fēng)面距屋頂0.20米處測(cè)得。
圖6. 風(fēng)速為0.52m/s(*)，2.24m/s(O)，3.37m/s(+)時(shí)，在背風(fēng)面距屋頂0.20米處測(cè)得能量譜密度（---傾斜度為-5/3）
圖6所示為背風(fēng)處測(cè)得的相應(yīng)風(fēng)速能量譜密度（風(fēng)速為0.52m/s，2.24m/s，3.37m/s，在背風(fēng)面距屋頂0.20米處測(cè)得）。
如圖5和圖6中所描繪的，能量譜均衡的分布，頻率/能量為-5/3的范圍，符合Kolmogorov定律。類似的可獲得迎風(fēng)面和背風(fēng)面的風(fēng)速能量譜。兩處能量譜的主要波動(dòng)最高點(diǎn)在頻率低于0.1，0.2HZ 處，頻率高于1HZ就沒什么特別作用了，即低頻在風(fēng)域中占主要地位。事實(shí)上，風(fēng)速中主要的能量大的渦流就發(fā)生在這個(gè)低頻范圍內(nèi)。這證實(shí)了Kaimal等26和Bot.8的研究學(xué)說。
參數(shù)γ可以從 圖5圖6中能量譜密度和頻率值計(jì)算出。計(jì)算中的表面粗糙度為0.04米22，結(jié)果如表1.
4.2 穿過卷簾和天窗的氣流
對(duì)于氣流僅僅因?yàn)闇夭钏穑磳?duì)于穩(wěn)定溫度條件下аQ/аt≈0）的如圖7和圖8所描繪的（P?w≈0）。
圖 7. 氣流穿過卷簾對(duì)應(yīng)于用公式（2）和（4）預(yù)算的卷簾溫度差值（測(cè)量數(shù)據(jù)（*））
圖8. 氣流穿過卷簾中心的矩形狹縫對(duì)應(yīng)于用公式（3）和（4）預(yù)算的卷簾溫度差（測(cè)量數(shù)據(jù)（*））
圖7所示為實(shí)驗(yàn)中氣流穿過卷簾對(duì)應(yīng)于用公式（2）和（4）預(yù)算的卷簾溫度差值。圖8所示為實(shí)驗(yàn)中氣流穿過卷簾中心的矩形狹縫對(duì)應(yīng)于用公式（3）和（4）預(yù)算的卷簾溫度差。
對(duì)于氣流僅僅因?yàn)轱L(fēng)速引起的（△ρ≈0）,如圖9—11所示。在這些圖中，氣流穿過天窗或卷簾與多孔隔板由公式（2）得出的值，天窗由公式（3）得出的值相對(duì)應(yīng)。
圖9. 預(yù)測(cè)氣流穿過迎風(fēng)面（*）和背風(fēng)面（O）時(shí)與迎風(fēng)面的相對(duì)壓力（開窗度為4o）
圖10. 預(yù)測(cè)氣流穿過迎風(fēng)面（*）和背風(fēng)面（O）時(shí)與背風(fēng)面的相對(duì)壓力（開窗度為4o）
圖11. 預(yù)測(cè)氣流穿過隔板與迎風(fēng)面的相對(duì)壓力（任意面有一扇窗打開，開窗度為20o）
迎風(fēng)面（*）,背風(fēng)面（O）
圖12. 預(yù)測(cè)氣流穿過隔板中心狹縫與迎風(fēng)面的相對(duì)壓力（任意面有一扇窗打開，開窗度為20o） 迎風(fēng)面（*）,背風(fēng)面（O）
圖9所示為實(shí)驗(yàn)中預(yù)測(cè)氣流穿過迎風(fēng)面（*）和背風(fēng)面（O）時(shí)與迎風(fēng)面的相對(duì)壓力（開窗度為4o）
圖10所示為實(shí)驗(yàn)中 預(yù)測(cè)氣流穿過迎風(fēng)面（*）和背風(fēng)面（O）時(shí)與背風(fēng)面的相對(duì)壓力（開窗度為4o）
圖11所示為實(shí)驗(yàn)中預(yù)測(cè)氣流穿過隔板與迎風(fēng)面的相對(duì)壓力。其中，溫室中迎風(fēng)或背風(fēng)面的一扇窗戶要打開（開窗度為20o）。
圖12所示為實(shí)驗(yàn)中預(yù)測(cè)氣流穿過隔板中心狹縫與迎風(fēng)面的相對(duì)壓力。其中，溫室中迎風(fēng)或背風(fēng)面的一扇窗戶要打開（開窗度為20o）。
圖7和圖11描繪了由于存在溫差，各自的風(fēng)域推動(dòng)氣流穿過有孔的隔板，它們顯示出了兩種不同的波動(dòng)規(guī)律：Darcy波動(dòng)規(guī)律（如圖7）和Forchheimer波動(dòng)規(guī)律（如圖11）。這些發(fā)現(xiàn)歸功于Bear,Bachmat19和Bailey2。對(duì)于Reynolds數(shù)據(jù)（Re=ρuKp1/2/μ）小于整體值時(shí)，氣流與推動(dòng)勢(shì)成比例，即溫室與周圍空氣間正常溫差范圍（△T＜25K）內(nèi)產(chǎn)生的情形。對(duì)于 Reynolds數(shù)據(jù)大于整體值時(shí)，必須加上氣流的二次項(xiàng)（Forchheimer波動(dòng)規(guī)律），即波動(dòng)是由風(fēng)速高于0.25m/s時(shí)產(chǎn)生的。
實(shí)驗(yàn)氣流值與模型預(yù)測(cè)等效的氣流值相比較，所得的誤差總是小于20%，出了圖12之外。圖中顯示的大部分分散值是由于氣流穿過裂縫所致，這些氣流是從總的波動(dòng)量中減去穿過隔板的波動(dòng)量獲得。由于差別很小，所以誤差相應(yīng)就很大。
5.結(jié)論
1. 對(duì)于換氣設(shè)備起重要作用的、能量大的渦流是由頻率低于0.1~0.2HZ范圍內(nèi)湍急的風(fēng)速下引起的。
2. 據(jù)估計(jì)，這種湍急的風(fēng)速在平均風(fēng)速中占13%至52%，也就是說在總風(fēng)壓中占了重要地位。
3. Forchheimer方程式[方程（2）]描述了氣流穿過有孔的隔板（孔集中在隔板中間）。可是，對(duì)于溫室與周圍空氣間溫差在正常范圍內(nèi)所引起的氣流波動(dòng)，氣流的二次項(xiàng)可忽略，所以方程就縮寫成了Darcy法則（μKp-1Q=-A△p/HP）。
4. 通過理論預(yù)測(cè)的穿過隔板和通風(fēng)口的氣流與實(shí)驗(yàn)值很接近，大體上它們之間的差別小于20%。
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附錄A: 穿過通風(fēng)口和氣孔的流速運(yùn)動(dòng)方程
對(duì)于呈線性的氣流穿過一個(gè)可滲透的材料，其運(yùn)動(dòng)方程可描述為18.27
(ρ/ε)аu/аt+μKp-1u+ρYKp-1/2│u│u+(ρ/ε2)uаu/аj
—（μ/ε）（а2u/аj2）=-аpt0/аj (A1)
其中Y=4.36×10-2ε-2.12
總壓力28 Pt0=Pw+Pst
公式中，u 是變速度，ρ是密度，Pw壓力是由風(fēng)或力學(xué)原因造成，Pst壓力是累積作用的產(chǎn)生的（熱氣壓），Pt0是總壓力，аpt0/аj是在 j方向的壓力梯度變化，μ是動(dòng)力黏度，ε和Kp分別是孔積率和滲透度。
公式中包含了在固定地點(diǎn)，變化流動(dòng)的當(dāng)?shù)丶铀俣龋ㄗ筮叺谝豁?xiàng)），粘性阻力是在流體基質(zhì)分界面處的動(dòng)量轉(zhuǎn)換來的（左邊第二項(xiàng)），穿過氣孔的慣性作用（左邊第三項(xiàng)）,對(duì)流慣性作用（左邊第四項(xiàng)）和變化流動(dòng)的粘性阻力（左邊第五項(xiàng)）。
因而，這個(gè)描述流速穿過氣孔以及孔隙的理論是正確的18.27
對(duì)于有孔材料，аu/аj接近于零19。當(dāng)基質(zhì)中固體的占有量大于液體占有量，液體流動(dòng)產(chǎn)生的粘性阻力項(xiàng)可以忽略，公式（A1）變成
(ρ/ε)аu/аt+（μKp-1+ρYKp-1/2│u│）u=-аpt0/аj +Fej (A2)
對(duì)于孔隙，第四項(xiàng)可以寫成27
p uаu/аj=0.5ρ（Hcc2）-1u2 (A3)
公式中Cc是表明對(duì)流作用的系數(shù)，H是孔隙深度。
對(duì)于圓孔或方孔，27
1/Cc2={2.7-0.04203exp[3.7(A/Afr)1/2]}{1-[2.7-0.04203
×exp[3.7(A/Afr)1/2]](A/Afr)2.5}1/2 (A4)
對(duì)于框架一邊的孔隙裝有遮板27，（α＜90）,
1/Cc2={1.75+0.7exp[-(L1/LS)sinα/32.5]}}2
{sinα[1+0.60(L1/Ls)(cosα-2π((90-α)/360)sinα)]}2 （A5）。
其中，是指框架和遮板夾角，A是孔隙面積，Afr是波動(dòng)面積，L1是大孔隙長(zhǎng)度，Ls是小孔隙長(zhǎng)度。
根據(jù)以上公式，無粘性流動(dòng)的運(yùn)動(dòng)方程可寫成
(ρ/ε)аu/аt+μKp-1u+ρYKp-1/2│u│u+0.5ρ（HCc2）-1│u│u
=-△Pw/H-△Pst/H （A6），
其中，對(duì)于無孔材料，1/Cc2=0,對(duì)于有孔材料，1/Cc2由公式（A4）或（A5）得來。
附錄B：風(fēng)力引起的外部壓力
對(duì)于穩(wěn)定流動(dòng)，在j方向的流動(dòng)方程（Navier-Sttokes方程）可寫成
ρu（аu/аj）=аp/аj+μ（а2u/аj2） （B1）。
風(fēng)是由于物理量的波動(dòng)不定、加速度和壓力產(chǎn)生的急驟氣流。這些變風(fēng)區(qū)的急驟風(fēng)波可用統(tǒng)計(jì)學(xué)的方法估算。用Reynids分解原理，瞬時(shí)量可以寫成由平均量（-）和不定量（，）組成。對(duì)于速度Uw=ūw+U，w （B2）,
和 ūw=τ-1∫uwdt
其中，比有效波動(dòng)時(shí)期長(zhǎng)，但是比平均流動(dòng)時(shí)期短，UW是風(fēng)速。
把公式（B2）代入公式（B1）中得
Ρūw（аūw/аj）=аPw/аj+μ(а2ūw/аj2)- ρа（U，w U，w）/аj (B3).
右邊第三項(xiàng)表示由急驟沖量產(chǎn)生的剪切應(yīng)力。
對(duì)前面的公式求積分，我們可以得到
Pw=0.5ρūw2-（μаūw/аj-0.5ρU，w U，w ）+w (B4),
其中w是積分常量。
如果考慮沒有風(fēng)的情況，ūw=0, U,w=0. 因此，w必為零，
Pw=0.5ρūw2-（μаūw/аj-0.5ρU，w U，w ） （B5）。
在低層大氣的邊界面29
аūw/аj=u*/(kh) (B6),
公式（B5就變?yōu)?
Pw=0.5ρ（ūw2+ U，w U，w）-μ[cwf1/2/(kh)] （B7）
其中，Cwf=（u*/ūw）2，Cwf是摩檫系數(shù)，h是離地面的高度，u*是摩檫速度，k是馮卡曼常量。
如果忽略粘性作用[μcwf1/2/(kh)≈0]，公式（B7）就縮寫為Bot8和Jong9 所做實(shí)驗(yàn)的假設(shè)與證實(shí)之間的關(guān)系。
任務(wù)書
題 目
溫室卷簾機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)（機(jī)械部分設(shè)計(jì)）
論文時(shí)間
20**年2月25日至 20**年6月14日
課題的主要內(nèi)容及要求(含技術(shù)要求、圖表要求等)
大體思路是設(shè)計(jì)一種啟動(dòng)裝置能與卷軸同步升降的自驅(qū)動(dòng)卷簾機(jī)。其具體要求為：
1.透明覆蓋物的選擇:聚氯乙烯(PVC)棚膜 聚乙烯(PE)棚膜 乙烯-醋酸乙烯共聚物(EVA)農(nóng)膜;
2.卷軸設(shè)計(jì):卷簾軸的作用是固定幕簾下端,使其能整體卷放;
3.電動(dòng)機(jī)的選擇與計(jì)算:電動(dòng)機(jī)的類型,電動(dòng)機(jī)容量和轉(zhuǎn)速要合適;
4.減速器的設(shè)計(jì);
5. 軸承選擇及驗(yàn)算,軸鍵校核和計(jì)算機(jī)控制設(shè)計(jì);
6.具有同步升降裝置。
課題的實(shí)施的方法、步驟及工作量要求
1.查閱有關(guān)資料和設(shè)計(jì)手冊(cè)，了解國家或行業(yè)對(duì)卷簾機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)的要求等；
2.確定試驗(yàn)方案，擬定滿足試驗(yàn)要求的卷簾機(jī)構(gòu)原理圖；
3.確定卷簾結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案，完成總裝配圖及零件圖，完成圖紙工作量累計(jì)3張零號(hào)圖紙以上；
4.完成外文翻譯漢字5000字以上；
5.完成畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書（1萬漢字以上）。
指定參考文獻(xiàn)
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畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)進(jìn)度計(jì)劃(以周為單位)
第 1 周（20**年2月25日----20**年3月3日）：
檢查寒假外文翻譯情況，下達(dá)具體畢業(yè)設(shè)計(jì)任務(wù)，指導(dǎo)學(xué)生撰寫開題報(bào)告，熟悉設(shè)計(jì)內(nèi)容，查閱有關(guān)資料
第 2 周——第 3 周（20**年3月4日----20**年3月17日）：
參觀實(shí)驗(yàn)室或有關(guān)廠家，增加感性認(rèn)識(shí)，方案論證并確定設(shè)計(jì)方案，完成卷簾機(jī)構(gòu)裝配圖、零部件設(shè)計(jì)及有關(guān)設(shè)計(jì)計(jì)算
第 4 周——第 5 周（20**年3月18日----20**年3月31日）：
完成卷簾機(jī)機(jī)械部分的設(shè)計(jì)方案，擬定卷簾機(jī)設(shè)計(jì)草圖
第 6 周——第 7 周（20**年4月1日----20**年4月14日）：
完成卷簾機(jī)設(shè)計(jì)總圖及有關(guān)零件設(shè)計(jì)圖
第 8 周（20**年4月9日----20**年4月21日）：
提交第1-8周的《指導(dǎo)記錄表》、《實(shí)習(xí)報(bào)告》和已做的畢業(yè)設(shè)計(jì)內(nèi)容，由指導(dǎo)老師初審后上交學(xué)院
第 9 周——第 13 周（20**年4月22日----20**年5月26日）：
在指導(dǎo)老師指導(dǎo)下修改并完成設(shè)計(jì)，完成相關(guān)設(shè)計(jì)圖紙，同時(shí)撰寫畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書，并提交指導(dǎo)老師初審
第 14 周——第 16 周（20**年5月27日----20**年6月14日）：
修改畢業(yè)設(shè)計(jì)圖紙及說明書，完成后參加畢業(yè)答辯
備注
注：表格欄高不夠可自行增加。此表由指導(dǎo)教師在畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）工作開始前填寫，每位畢業(yè)生兩份，一份發(fā)給學(xué)生，一份交院（系）留存。
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