Tarım Rüzgarları için CFDe Giriş

Rüzgar kırıcıları - ağaç dikmeleri, karbalar veya yapay yapılar - rüzgar hasarlarından ürün korumak ve alan mikroklimleri değiştirmek için uzun zamandır ANSYS ile ilgili bir etkileşim, belirli bir rüzgar hızını, turbulucu karışımını ve ısı ve nem değişiminin değiştiğini tahmin etmek için ayrıntılı bir yöntem oluşturur.Bu değişiklikler doğrudan rüzgar sörfü ve fiziksel tasarımların aksine, su kullanımını ve çeşitli tünellerin dinamiklerini etkiler.

Rüzgarlı Aerodinamiklerin Temelleri

Rüzgar Nasıl Geçiyor

Üstün rüzgar bir rüzgarla karşılaşırken, akışın bir kısmı bariyerin üzerinde zorlanılır, kısmı kenarlarında zorlanır ve özellikle de ağaçlar veya ağ çitleri gibi göz ardı edilir.

Barınma Bölgesi Kavramı ve Rüzgarı Azaltıdı

Bir rüzgar kırıcının barınaklı bölgesi, rüzgar hızının% 50-60'tan daha az olduğu bir bölge ile karakterize edilir.Bu bölgenin uzunluğu ve şekli öncelikle rüzgar kırıcılık, yükseklik ve yüksek rüzgar kırıcılık ile genişletilebilir.Ortak rüzgar kırıcı rüzgar kırıcılığı için% 40-50'den daha güçlü bir şekilde küçültülebilir, maksimum hız azaltımı, potansiyel olarak bu bölgelerin yaklaşık 2-5 Hwind'i ve koruyucu etkisini artırabilir.

Turbulence ve Wake Effects

Rüzgar kırıcıları, daha fazla türbülantı yoğunluğuyla işaretlenen bir uyandırma bölgesi yaratır. Elevated turbulence, ekin yakınındaki ısı ve nemsiyonunu artırabilir, bazen daha düşük rüzgar hızını dengelemek sağlar.Arid iklimlerinde, aşırı turbulent karıştırmak, özel ürünler için optimum mikropişmanlık koşullarını dengelemek için izin verebilir.

ANSYS Fluent'te bir CFD Simülasyonu Ayarlayın

Geometrik Yaratılış ve Domain Boyut

Hesaplama alanı, arka plandaki veya dışsal bir zemine bağlı olarak yeterince genişlenmelidir (tipik olarak 5-10 H) ve aşağıwind (30–50 H) inekler ve çıkış sınırlarına müdahale etmekten kaçınmalıdır. ANSYS DesignModeler veya SpaceClaim, üçD geometrisi oluşturmak için kullanılabilir.

Sınır Koşulları

Bir logaritik rüzgar profili ile bir hız sabit durumu (küresel yüzey kabalığı üzerine kurulu) yaygın olarak uygulanır. Çıkış, belirtilen termal koşullarla (sıcak, ısı flux veya çift konjugate ısı transferleri) olarak adlandırılır. Mikroklimate, güneş radyasyon modeli (örneğin, rüzgar kırıcı veya rüzgar kırıcı yüzeylere bağlı olarak tedavi edilir.

Doğru ve Verimlilik için Stratejiler

Yüksek kaliteli bir ağ, rüzgar kırığı ve ek kanaldaki sabit olmayan bir sabit ağ oluşturmak için gereklidir.Influences and fieldabled or polihedral networks near complex geometries.Ination katmanları (prism katmanları) viskous subkat (y+ around 1 for lowRebulence modelleri için) için 2 ila 10 milyondan fazla alan için zeminde eklenmiştir.

Turbulence Model Seçimi

Geliştirilen duvar tedavisi ile standart k ⁇ modeli genellikle sağlamlığı ve nispeten düşük hesaplama maliyeti için kullanılır, ancak uyandırma işlemine yönelik ayrıntılı olarak yorumlanabilir (Detached Eddy Simülasyonu) yaklaşımı, rüzgar kırıcıları ve çok daha yüksek hesaplamalı masraflar için doğruluk elde etmek için uygulanır.

Ekinleri ve Canopy

Bitkinin kendisi bir göz ardı edilebilir orta veya ek bir kabalık elemanı olarak tedavi edilebilir.Tek bir ek için, kanopy drag, momentum denklemlerinde bir kaynak terimi ile uygulanır, bir drag kat (Cd) ve yaprak alanı yoğunluğu (LAD) ile, ekspe ve büyüme aşamasına dayanan.

Solver Ayarlar ve Convergence Kriterleri

Basınçlı akışlar (örneğin, sabit gece koşulları), vücut destekli baskı diskleme önerilir. Convergence, süreklilik için 1×10-4, enerji için toplam kütle akışı oranı ve sıcaklık gibi bütünleşik miktarların istikrarlı olmasını sağlar.

Mikroclimate Etkileri: Sıcaklık ve Nem

Enerji ve Tür Taşıma

Rüzgarın yerel mikroklimate'i nasıl değiştirdiğini, enerji denklemi ve türler ulaşım denklemi (su buhar konsantrasyonu için) Penman-Monteith veya FAO-56 evapotranspirasyon hesaplamaları ile birlikte çözülebilir ve gerçekçi sınır koşullarını sağlar.

Radyasyon Modelleme

Fluent'deki güneş radyasyon modeli doğrudan ve dağınık bileşenler içerir, UDFs ile gölgeleme ve gölgeleme etkileri rüzgar kırıcıdır. - Albedo ve emiss values for earth, ek ve rüzgar kırıcı malzemeler belirtilir.Intenuation of radyasyon through the canopy (using Beer's law)

Evapotranspirasyon ve Soil-Plant-Atmosphere Süreklium

Su buharı bitki kanopyundan gelen nakliye, rüzgar hızını azaltarak veya hava sıcaklığını değiştirerek buharlı bir şekilde şarj edilebilir.Bu işlemlerden çift bu işlemleri gösteren rüzgar kırıcıları, ek su stresini 15-30% kuru arazi sistemlerinde azaltabilir.

Analiz Simülasyon Sonuçları

Velocity Contours ve Vector Fields

Düşük rüzgar hızının alt kısmındaki yörüngede postoperatif (veya CFD-Post), rüzgarın aşırılıkta geri çekilmesinin boyutunu ortaya koyar.Demek hız azaltımının uzaysal boyutunun üst kısmındaki yüksek çözünürlükte yer alan bir alan olarak ölçülmektedir.Vector arsaları, recirculation zone immediately behind a intense windbreak and the stepwind.

Baskı ve Turbulence Dağıtım

Rüzgar kırınımdaki basınç, sürüklenmenin doğrudan bir ölçüsüdür.Turbulence kinetic enerji konsülleri yüksek karışım bölgeleri tanımlamaya yardımcı olur. Örneğin, düşük kar yağışı ile bir rüzgar kırıcı (yüksek sürüklenme) bariyerin üst kısmında güçlü bir hear tabakası üretebilir, bir tür uyandırmak için, yüksek bir göz ardı edilebilir. Conversely, yüksek bir göz ardı edilebilir rüzgar kırıcılığı daha az hız azaltımı sağlayabilir. Simülasyon çıktısı, ticarete giden analiz sağlar.

Sıcaklık ve Nem Haritalar

Hava sıcaklığı ve eksperdede belirli nemlerin türleri, ısıtılmasında (en fazla simülasyonda) veya sıcak iklimlerde (daha yüksek ısı stresiyle) daha yüksek nem (toplayıcı su buharı değişimi) ile ilgili olarak yapılan değişiklikler, sıcak iklimlerde (üresel ısı stresinin yüksek olduğu gibi) veya daha yüksek nemlerin (enerjik ısı stresinin azaltılması için) veya risklerin harita alanları ile ilgili olarak kullanılabilir.

Mikroclimate Paraları ile Bitki Kaynağı Etkisi

CFD doğrudan ek fizyolojiyi simüle etmezken, mikroklimate değişkenlerini - ortalama rüzgar hızı, sıcaklık ve buhar basıncı açığı gibi - genetik veya işlem temelli ek modellere giriş yapın. Örneğin, rüzgar hızındaki azalma mekanik hasarları azaltır ve tutarken, su kullanımını tahmin edebilir ve geliştirirken, su kullanımını artırmak için nem azalır.

Alan Ölçümleri ile Geçerlilik

Credible CFD çalışmaları deneysel verilere karşı doğrulanmalıdır. Yaygın geçerlilik ölçümleri, birden fazla downwind mesafelerde, hava sıcaklık ve nem verileri ile otomatik hava istasyonlarından dolayı ölçümlenebilir. İyi bir anlaşma ile maksimum hız azaltımının% 10'u arasında) rüzgar kırıcılığı ve meteorolojik sınır koşulları doğru şekilde karakterize edildiğinde kullanılabilir.

Vaka Çalışmaları ve Pratik Uygulamaları

Arid ve Semi-Arid Bölgelerinde Rüzgar kırıcılar

Kuru alanlarda rüzgar erozyonu ve su stresi büyük kısıtlamalardır. Sahel'deki CFD çalışmalar ve Büyük Ovalar, 40-50% bir kar yağışı ile rüzgar hızını azaltabilir,% 40-60'ın üzerindeki% 10 H'nin üzerindeki kılavuzlar, toprak erozyonu ve buharlaşmaları azaltılır ve ayrıca Sahel ile rüzgar molalarını birleştirir.

Horticultural Crops için Rüzgar kırıcılar

Yüksek değerli horticulture (örneğin, üzümler veya keçiler), rüzgar kırıcılar meyve hasarlarını azaltmak ve sprey kapsamını geliştirmek için kullanılır. CFD simülasyonlar, rüzgar kırıcıların hava akış modellerini değiştirerek nasıl azaltıldığını tahmin edebilir.

Farklı Rüzgar kırıcı Malzemeleri Karşılaştırmak

Doğal (ağaç) ve yapay (mesh, plastik) rüzgar kırıcılar, sakin geceler üzerinde soğuk hava havuzlarına neden olabilecek güçlü bir recirkülasyon bölgesine sahiptir. CFD, aktif bir ağaç kanopy, rüzgar azaltımı sağlar ve sağlam bir çitten daha az turbulence üretir, ancak sağlam bir çitler, soğuk hava havuzlarına neden olabilir.

Rüzgar kırıcıları için CFD Simülasyonların Sınırları ve Zorlukları

C ⁇ Maliyet ve Simplifications

Yüksek çözünürlükte 3D LES, birden fazla rüzgar kırıcı ile dolu bir alanın simülasyonları binlerce temel saatlik ve hafızayı tipik iş istasyonu yeteneklerinin ötesinde önemli ölçüde değiştirebilir.Bu nedenle RANS modellerine güvenmek, bu da yakın uyanmış mikroklimate etkileyen bir sabit akış modeli.

Giriş Parametrelerinde Uncertainty

Rüzgar kırıcılık, yaprak alanı yoğunluğu ve sürüklenme katları genellikle literatür değerlerinden tahmin edilir, ancak gerçek değerler tür, sezon ve yönetim ile değişebilir. CFD'deki hassas analizler, porosity'deki% 10'luk bir değişimin, barınaklanan bölgenin 2 H. Field kalibrasyonunu azaltabileceğini göstermiştir.

Simülasyondan Gerçek Alana Giriş

Çoğu CFD simülasyonlar, alanın iki boyutlu veya küçük üç boyutlu bir bölümünü model. Gerçek alanların düzensiz sınırları, topografisi ve non-uniform rüzgar kırıcıları vardır. Edge etkiler ve daha sonra rüzgar bileşenleri, bir periyodik veya simetri alanında yakalanmaz akış kalıplarına hükmedebilir. Ekstrapolating sonuçları dikkatli ve ideal olarak tipik bir rüzgar yolları ve hızları kapsayan bir simülasyon gerektirir.

Future Yol ve Intele Tarım Tarımla Bütünleşme

Ek Büyüme Modelleri ile Coupling CFD

Statik ekin modelleri ile zaman alıcı çıktının doğrudan darbesi (örneğin, belirli bir ekin çeşitliliği ve site için rüzgar kırıcı tasarımının optimizasyonuna izin verebilir. Örneğin, günlük mikroklimate alanları Fluent'dan gelen alanlar STICS veya APCI gibi bir ek büyüme simülatörüne geçilebilir.Bu yaklaşım, belirli bir ürün çeşitliliği ve site için rüzgar kırıcı tasarımın optimizasyonuna olanak sağlar, ampirik generalizasyonların ötesine geçer.

Tasarım Optimizasyonu için Makine Öğrenmesi Kullanımı

CFD simülasyonlar, gerçek zamanlı tasarım optimizasyonu için gerçek zamanlı tasarım optimizasyonu için gerçekleştirilmiş modeller (toplama ağları veya Gaussian süreçleri) trenle kullanılabilir büyük veri kümeleri oluşturur. Bir rüzgar kırıcı tasarımcı ekin tipi, rüzgar iklimi ve en yüksek izinli rüzgar hızı belirtebilir ve gerçekleştirilmesi model anında en iyi reflektif, yükseklik ve spacing döndürür.Bu, arazi ölçekli karar desteği için gerekli pahalıya ihtiyaç duyulan pahalı kullanım sayısını büyük ölçüde azaltır.

Gerçek Zaman İzleme ve Adaptif Rüzgar kırıcılar

IoT ve akıllı tarımdaki ilerlemeler, farklı konfigürasyonların yeniden hesaplanması olasılığını açıklar - örneğin, açılışların gerçek zamanlı rüzgar hızı ve ek koşullara dayanan kapalı göz ardı edilebilir çitler için. CFD simülasyon, kontrol algoritmasını farklı konfigürasyonların önceden hesaplayarak bildirebilir, dinamik olarak bariz bir şekilde korunabilir.

Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç

Temel aerodinamik prensiplerden çift enerji tahminleri ile ilgili temel bilgiler, araştırmacılar ve tarım mühendislerinin araziyi pratik veya pahalı hale getirmelerini sağlamak için titiz, sayısal bir çerçeve sağlar.Temizli bir şekilde, rüzgar kırıcı sistemlerle ilgili standart bir uygulama haline gelir ve rüzgar kırıcı tasarımların hassas ve sürdürülebilirliğini artırmak için doğrulanabilir teknolojiler vaat eder.