本发明属于园艺设施工程，具体涉及一种用于雪被覆盖日光温室多物理场环境模拟的试验方法。
背景技术：
1、日光温室是一种低碳节能园艺设施，广泛分布在我国黄淮海、东北、西北等地区，有效解决了我国果菜周年生产供应难题。然而，我国日光温室主产区通常在冬季会面临降雪等低温天气，日光温室顶面的覆雪、融雪规律与机制探究事关日光温室内部光热环境，也与日光温室骨架受力与抗倒塌紧密相关，直接关系到日光温室能否安全越冬生产，不仅是亟需深入探明的科学问题，更是现代设施园艺产业面临的共性难题。
2、然而，受制于多物理场环境模拟试验装置的制约，围绕雪被覆盖日光温室有限的研究成果也往往基于现场观测，不仅难以调控研究条件，而且现场观测也缺少十分有效的手段，严重制约对该领域关键科学技术问题的深入探究。为此，开发一种用于雪被覆盖日光温室多物理场环境模拟的试验方法，能有效解决覆雪日光温室光热环境与雪荷载分布研究难题，这也成为发明人研究的重点所在。
技术实现思路
1、本发明为弥补现有试验研究方法的空白，提供了一种用于雪被覆盖日光温室多物理场环境模拟的试验方法，该方法通过专用的试验装置实现，所述试验装置由设置在主框架上的环境箱和试验观测箱组成，通过在试验观测箱内放置日光温室缩尺试验模型和节段模型模拟日光温室覆雪后的情况，也可对不同覆盖材料的热工性能进行探究，实现了空间环境光-热-雪-温多环境场的联合模拟试验系统，对日光温室多环境场提供了更为精确的环境模拟，区别于现有水平仪器构造的装置，解决了水平向仪器难以满足雪被覆盖条件的限制，可以在装置空间内进行更为复杂的模拟，实现易滑落、易融化雪被覆盖层状异质复合材料热工等性能的研究。
2、本发明的具体技术方案如下：
3、一种用于雪被覆盖日光温室多物理场环境模拟的试验方法，具体步骤如下：
4、(1)首先在试验观测箱的支架板上铺垫碳纤维网格布，之后在碳纤维网格布上部铺放30cm厚的土壤层，并在中部位置同一竖直方向的土壤层10cm、20cm、30cm处布置温湿度传感器用以监测土壤温湿度变化，使其达到真实环境中土壤条件，之后在上环境箱和下环境箱内均安装温湿度传感器，以监测环境箱温湿度，上述所有的温湿度传感器均在同一条垂直线上；
5、(2)完成上述工作后将日光温室缩尺试验模型放到试验观测箱土壤表面中间位置，周围裸露土壤表面采用保温板覆盖，保温板与模型和箱体四周壁面紧密接触并进行密封处理，这样可以保证下环境箱产生的热量只通过日光温室缩尺模型底部土壤向上传递；同时在温室模型内部沿跨度、长度方向三等分点处，高度为模型脊高高度1/2处安装温湿度传感器；并在模型内部靠近覆盖材料处中间位置布置热流计；在模型覆盖材料表面同内部相同位置布置温湿度传感器，且可在覆雪工作进行中沿测点竖向高度一定距离布置若干层温湿度传感器；
6、进行完传感器初步布置工作后，关闭试验观测箱箱门，将试验观测箱通过滑动框架推入主框架内侧的预设位置，此时通过液压升降装置控制上下环境箱体垂直移动与试验观测箱上下敞口位置紧密接触连接为一垂直密闭的整体；之后开启压缩机、风机、盘管、以及加湿器来模拟日光温室冬季的实际使用情况，使试验模型处于真实环境条件，达到稳定后将箱体侧向拉出，通过观测箱上端敞口对试验模型进行覆雪，覆雪过程采用造雪机进行，覆雪过程中雪被达到不同厚度时，在雪被表面放置传感器并调整好其具体位置，然后继续覆雪，达到预定厚度时再放置传感器，直到覆雪厚度达到试验工况确定的覆雪厚度；覆雪完成后将试验箱推回主框架，然后密封装置进行后续试验，通过布置的温湿度传感器来记录不同雪厚处的温湿度变化；
7、(3)将上述日光温室缩尺试验模型及其土壤移除后进行节段模型试验，上下环境箱中温湿度传感器的布置与步骤(2)中位置相同；节段模型按日光温室的温室前坡局部1:1建造，固定在观测支架上；如图8所示在覆雪处模型表面沿长度、宽度方向三等分点均匀布置温湿度传感器，且可在覆雪时沿测点竖向高度一定距离布置若干层温湿度传感器，覆雪操作与步骤(2)中步骤相同，形成一定厚度的雪被；及时记录不同覆雪厚度处的温湿度变化并观测其融化或滑落现象，对其进行分析；在不同角度的试验过程中，通过角度调整可以探究积雪在温度影响作用下在不同材料表面、不同角度的滑落规律，测试雪被与接触体之间的最大静摩擦系数；
8、当观测支架水平放置时，可进行不同覆盖材料及覆雪状态下的热工性能试验；在覆盖材料上下表面的中部位置以及材料中间放置温湿度传感器，并在覆盖材料上侧靠近表面位置布置热流计，使传感器在同一竖向直线上；通过测量覆盖材料不同位置的温湿度变化，对覆盖材料及其覆雪的热工性能进行计算；
9、此外，也可对观测支架进行改进，进行局部多重覆盖的模型试验，此时需在覆盖材料之间布置温湿度传感器，监测覆盖材料之间的温湿度变化，探究覆盖多层覆盖材料间的热量传递规律及热工性能。
10、(4)试验完成后，对试验结果进行对比分析。
11、其中步骤(2)中当考虑光照影响时，可以打开led灯并调节照射时间来模拟太阳照射作用，反之关闭；试验进行时，在外部可通过真空玻璃窗直接进行观测；同时在试验观测箱3内侧安装非接触式测距装置，对模型外部积雪的厚度进行精细测量，该测量装置一般自带支架因此可以直接安装；结合测量的不同位置的温湿度与积雪融化现象进行分析；同时还可以在日光温室缩尺试验模型上设置不同覆盖材料(膜、膜+保温被)来进行模拟试验，探究积雪的融化规律。
12、步骤(3)中的观测支架可通过两侧旋转轴进行节段模型的角度调整；观测支架的两侧长杆可进行收缩或伸长，在进行角度变化时，可进行相应调整，同时配合观测支架四周安装密封胶条，保证支架四周与观测箱壁面的密闭性；除此之外，也可以设计不同角度专用的固定观测支架，不同观测支架的尺寸不同，确保其四周与观测箱之间的距离相同，这样通过安装密封胶条同样可以保证支架四周与观测箱壁面间的密闭性；试验时更换不同的专用固定观测支架即可，优选采用这种方式进行节段模型试验。
13、此外，也可对观测支架进行改进，进行局部多重覆盖的模型试验，此时需在覆盖材料之间布置温度传感器，监测覆盖材料之间的温湿度变化，探究覆盖材料间的热量传递规律及热工性能。
14、为了更好的满足上述试验方法的需要，发明人还提供了与之对应的试验装置，该装置由设置在主框架上的环境箱和试验观测箱组成，环境箱分为上环境箱和下环境箱，均可起到降温和升温的作用，试验观测箱上下两端敞口，与上环境箱和下环境箱配合密封连接组成整个试验装置；
15、上环境箱底面敞口，其他五面内壁粘贴有保温材料，保温材料表面设置有防水铝箔，上环境箱顶部设置有至少两组风机，风机下方设置有盘管，盘管下方一侧设置有加湿器；上述结构可以使上环境箱内产生持续的设定环境，从而实现对试验观测箱上方的温湿度控制；
16、下环境箱顶面敞口，其他五面内壁粘贴有保温材料，保温材料表面设置有防水铝箔，下环境箱底部设置有至少两组风机，风机上方设置有盘管，盘管上方一侧设置有加湿器；上述结构可以使下环境箱内产生持续的设定环境，从而实现对试验观测箱下方的温度控制；
17、上述的盘管均连接有单独的压缩机，通过压缩机可以实现制冷或制热，从而能分别控制上、下两个环境箱的温湿度变化，为了温湿度分布更加均匀，还可以在上述上环境箱和下环境箱内设置格栅。
18、试验观测箱上下两端敞口，前侧设置有箱门，试验观测箱外侧为外框架，试验观测箱的其余三面为真空玻璃窗，且外框架上方设置有穿线孔，外框架的中框上设置有通孔；试验观测箱顶部还设置有led灯，其吊装在外框架上。
19、优选的，箱门采用双开门设计，箱门中间设置有可拆卸的立柱，配合双开门设计可以更好的保证箱体的密封性。
20、除此之外，所述试验观测箱的底面设置有带有通孔的支架板；具体试验时可在该支架板上铺设土壤并在土壤上放置各种试验模型，在试验过程中，可以在铺设的土壤上的至少一侧设置集水槽，集水槽底部设置外排管路可以将试验中的融水等导出整个系统，一般集水槽设置在试验模型容易出现融水聚集的一侧；而由于直接在支架板上铺设土壤，土壤会通过通孔落入下环境箱中，因此在具体试验过程中需要在上述支架板上铺设一层透气且低热阻的碳纤维网格布，这样方便下方热量的上传，同时可以避免土壤下落。
21、上述上环境箱底面、下环境箱顶面和试验观测箱上下两端均设置有密封件，方便三者组合时能够形成密封的整体结构。
22、上环境箱外侧为上框架体，且上框架体上设置有压缩机安装位，方便压缩机的安装，并可以方便的与盘管连接；同样的，下环境箱外侧为下框架体，且下框架体上设置有压缩机安装位，方便压缩机的安装，并可以方便的与盘管连接；
23、试验观测箱外侧固定连接滑轮，且主框架中部设置有滑动框架，滑动框架前端伸出主框架，且滑轮可以在滑动框架的上表面滑动，采用这种结构后，试验观测箱可通过滑轮在水平方向前后移动，试验观测箱移动到主框架外侧方便进行相关试验前的准备工作，准备工作结束后直接将其推至主框架内即可。
24、在主框架上下两侧均设置有垂直滑轨，与上述垂直滑轨配套的滑块分别设置在上框架体和下框架体上；主框架顶部和底部均设置有对称分布的液压升降装置，顶部的液压升降装置与上框架体顶部固定连接，底部的液压升降装置与下框架体底部固定连接，这样通过液压升降装置可以推动上框架体和下框架体在垂直方向移动，而滑块随上框架体和下框架体在滑轨上垂直滑动可以起到限位的作用；通过上述升降装置可以将上环境箱和下环境箱与试验观测箱紧密连接在一起，形成一个完整的试验装置。
25、与现有技术相比，本发明的有益效果在于：
26、(1)提出了一种全新的模拟试验方法用于温室覆雪模型试验，探究室外积雪在温度影响下不同覆盖材料、不同倾角的融化与滑落规律；同时可探究不同覆盖材料的热工性能。
27、(2)本发明提供的装置是一种区别于现有水平仪器构造的装置，解决了水平向仪器难以满足雪被覆盖条件的研制，可以在装置空间内进行更为复杂的模拟，所述装置环境箱及观测箱均具有灵活移动功能，且控制系统外延至单独操作台，便于整体调控。
28、(3)所述装置实现了空间环境光-热-雪-温多环境场的联合模拟试验系统，对日光温室多环境场提供了更为精确的环境模拟，弥补了现有试验研究装置的缺失。
29、(4)所述装置上环境箱、下环境箱通过连接压缩机，均可起到降温和升温的作用，除适于覆雪(表面低温、下部高温)等多物理场环境模拟，还适于融雪或戈壁、道路等表面高温、下部低温多物理场环境的模拟，实现了功能的多样化，拓宽了试验装置的适用领域。
30、本发明为雪被覆盖日光温室试验提供了一种全新的模拟试验方法，进行缩尺模型试验时可以获得缩尺试验的室内温湿度参数，并与现场实测数据进行对比分析，探究缩尺模型与室内环境的差异；同时根据室内温湿度变化数据与室外覆雪融化与滑落时的雪被厚度变化规律，探究室内温湿度等多因素对室外覆雪的影响，对其进行综合分析；进行节段模型试验时，通过对节段模型不同倾角的试验，可获得雪被与接触体之间的最大静摩擦系数，并结合雪颗粒、覆盖材料特性及有关试验现象，探究雪颗粒之间、颗粒与模型材料之间的接触模型；同时还可以通过水平角度不同覆盖材料的试验，获得有关温湿度数据，探究不同覆盖材料的有关热工性能。解决了难以进行现场实测观察的问题，更加科学、合理的进行试验研究，为探究雪被覆盖日光温室相关问题提供参考。
1.一种用于雪被覆盖日光温室多物理场环境模拟的试验方法，其特征在于，具体步骤如下：
2.根据权利要求1所述试验方法，其特征在于，步骤(2)中当考虑光照影响时，打开led灯并调节照射时间来模拟太阳照射作用，反之关闭；试验进行时，在外部可通过真空玻璃窗直接进行观测，同时也可在试验观测箱内侧安装非接触式测距装置，对试验模型外部积雪的厚度进行精细测量。
3.根据权利要求1所述试验方法，其特征在于，步骤(3)中的观测支架可通过两侧旋转轴进行节段模型的角度调整；观测支架的两侧长杆可进行收缩或伸长，在进行角度变化时，可进行相应调整，同时配合观测支架四周安装密封胶条，保证支架四周与观测箱壁面间的密闭性。
4.根据权利要求1所述试验方法，其特征在于，步骤(3)中的观测支架可以设计为不同检测角度专用的固定观测支架，不同观测支架的尺寸不同，确保其四周与观测箱之间的距离相同，且通过安装密封胶条保证支架四周与观测箱壁面的密闭性；检测时更换不同的专用固定观测支架即可。
5.根据权利要求1所述试验方法，其特征在于，采用的垂直式多物理场环境模拟的试验装置，包括主框架(1)，还包括设置在主框架(1)上的环境箱和试验观测箱(3)，环境箱分为上环境箱(2)和下环境箱(4)，试验观测箱(3)上下两端敞口，与上环境箱(2)和下环境箱(4)配合密封连接组成整个试验装置；
6.根据权利要求5所述试验方法，其特征在于：所述试验观测箱(3)的底面设置有带有通孔的支架板(15)；在该支架板(15)上可铺设土壤(21)并在土壤上放置各种试验模型。
7.根据权利要求5所述试验方法，其特征在于：上环境箱(2)底面、下环境箱(4)顶面和试验观测箱(3)上下两端均设置有密封件。
8.根据权利要求5所述试验方法，其特征在于：上环境箱(2)外侧为上框架体，且上框架体上设置有压缩机安装位；同样的，下环境箱(4)外侧为下框架体，且下框架体上设置有压缩机安装位。
9.根据权利要求5所述试验方法，其特征在于：试验观测箱(3)外侧固定连接滑轮(7)，且主框架中部设置有滑动框架(5)，滑动框架(5)前端伸出主框架(1)，且滑轮(7)可以在滑动框架(5)的上表面滑动。
10.根据权利要求5所述试验方法，其特征在于：在主框架上下两侧均设置有垂直滑轨(8)，与上述垂直滑轨(8)配套的滑块(9)分别设置在上框架体和下框架体上；主框架顶部和底部均设置有对称分布的液压升降装置(6)，顶部的液压升降装置与上框架体顶部固定连接，底部的液压升降装置与下框架体底部固定连接。
