植物内水分传输机理与模拟研究

摘要

水分是植物细胞的重要组成成分和光合、呼吸作用的原料及各种生理生化反应、物质运输的介质。深入研究植物内水分传输机理可以在有限的水资源环境下有效地提高植物水分利用效率。对植物内输水管道结构、水分传输机理、水分参数测试方法、生理模型进行分析后得出，植物水分通道的尺寸为20μm～500μm，植物内水分流动的雷诺数为0.03～1.2。基于以上理论，建立植物内水分传输模型，模型为400μm×400μm的方直管道。应用Micro-PIV实验与数值模拟方法，针对雷诺数为0.15、0.25、0.35、0.45的情况，对植物内水分传输情况进行了实验和数值模拟研究。
　　 Micro-PIV实验模拟结果显示，流场速度在流道断面方向近似地呈抛物线分布，速度廓线变化较为平缓，随着雷诺数的增大，速度廓线曲率增大。壁面粗糙会对流动产生扰动，扰动主要集中在壁面附近，在道中心，壁面粗糙对流场扰动较小。比较方直通道内的层流解析近似解和Micro—PIV实验结果后发现，解析近似解在管道近壁区大于实验解。分析认为，解析近似解是在常规尺度下得出，但在微尺度条件下，壁面微小粗糙对流场影响变大，故靠近壁面处速度减小。
　　 采用多孔介质模型对植物内水分传输进行数值模拟。多孔介质模型通过在控制方程中增加动量源项的方法，模拟微尺度下壁面粗糙度对流场的影响。因为植物内水分流动雷诺数很低，故在植物内水分传输模型中，只计算多孔介质动量源项中的粘性项，忽略其惯性项。研究比较了多孔介质厚度分别为40μm，60μm，80μm,100μm，120μm，140μm，160μm时流场的分布情况，得出多孔介质厚度取60μm时，模拟值最佳，其模拟结果与Micro-PIV实验结果符台很好。

目录

1引言

2植物水分传输机理

3植物水分传输物性参数的测定方法

4植物内水分传输的Micro-PIV实验模拟

5植物内水分传输的数值模拟

6结论

致 谢

参考文献

论文说明：主要符号表

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