植物导管中穿孔板的流体力学建模与流阻分析

摘要

为研究植物木质部导管中穿孔板的几何结构对于水分传输的影响问题,建立不同类型穿孔板的模型,该研究结合伯努利方程,采用计算流体力学的方法,对带有不同几何结构穿孔板的导管的内部流场进行数值模拟,分析导管两端压降、水力传导率和穿孔板的当量长度与穿孔板的类型、等效面积比、孔数、倾斜角度和导管的内径之间的关系。结果表明,对于特定的穿孔板模型,当其他参数一致时,相比于单穿孔板,买麻藤状穿孔板的当量长度大15.01%,导管两端压降高3.92%;网状穿孔板的当量长度大112.76%,导管两端压降高29.43%;梯状穿孔板的当量长度大148.70%,导管两端压降高38.81%;麻黄状穿孔板的当量长度大205.70%,导管两端压降高53.68%。对于这5种类型的穿孔板,更大的等效面积比、更多的孔数、更小的倾斜角和更大的导管内径,意味着导管两端压降更大,穿孔板的当量长度更大。当穿孔板的孔数一定,其他参数一致时,导管的水力传导率与导管内径成正比,穿孔板所在导管的水力传导率由大到小顺序为:无穿孔板、单穿孔板、买麻藤状穿孔板、网状穿孔板、梯状穿孔板、麻黄状穿孔板。本研究成果为深入研究植物木质部水分传输特性提供理论依据。