耐寒植物叶片传热传质机理及规律研究
国内外不少学者对多种耐寒植物的抗寒机理做了大量研究，但都从植物生理或细胞生物学角度出发探究内部细胞膜系统和酶活性，对植物抗寒生理机制的研究仍处于不成熟阶段。植物也是“热机”，也存在自身的热机原理，有必要在植物生理生态学的基础上，从多尺度热学响应角度出发，分析植物内部的传热传质机理及规律，进而分析植物适应低温逆境的生理特性。 首先结合传热传质学知识对植物叶片内部及其与周围环境间的传热传质过程进行理论分析，提出植物传热传质学概念，并选取耐冬植物叶片为研究对象，实验测定不同环境温度下各物性参数的变化规律以及叶片内部的温度变化情况。实验结果表明: (1)耐寒植物叶片密度越大，束缚水含量越高，抗寒性越强; (2)耐寒植物叶片的比热和导热系数具有相同的变化规律，即在0℃前后的小温差范围内出现骤升骤降现象，在0℃处达到峰值，但抗寒性不同的植物叶片，其峰值差异较大，抗寒能力越强，峰值越大; (3)叶片内部温度与环境温度具有相同的变化趋势，但表现出滞后性; (4)叶片内各测温点间温差及其与周围环境间的温差与天气状况有密切关系:阴天差异很小，晴朗寒冷天气差异较大，且叶片内部温度高于环境温度; (5)耐冬叶片内部组织在0℃低温下没有结冰现象，表明叶片内确实有能够降低冰点的物质，同时叶缘向下弯曲减小了叶片与外界的有效辐射面积，减少热量损失，从而维持体内温度不至于太低; (6)流动液流对叶片内部温度场具有较大影响。 从微观传热传质角度出发，推导出植物叶片内部的传热传质能量方程，并建立耐冬植物叶片的三维物理模型，对特定环境条件下叶片内的温度分布规律和液流输送情况进行数值计算，通过分析得出: (1)叶片内部温度分布从中心向边缘随距离的增大，相邻组织的温差逐渐加大，即最中间部位的温差变化最小，边缘处温差变化较大; (2)叶片组织产生的呼吸代谢热，液流与周围叶肉组织间存在对流换热和导热，两者共同作用使得叶片内部温度高于周围环境温度; (3)在同一生长环境中，叶片各组织部位温度仍有不同，在无光照条件下总体表现为上表面叶片温度低于下表面温度; (4)叶脉内液流流动缓慢，并存在回流现象，这与低温下植物的弱生理代谢以及减缩结构有关，维持液流流动的动力是微管道的毛细作用。 本文通过理论分析、实验研究和数值模拟方法，系统研究了耐寒植物叶片组织内部的传热传质机理及规律，得到了较为理想的结果，这对于耐寒植物抗寒机理研究和植物传热传质学发展具有重要的理论意义。
耐寒植物叶片;传热传质机理;生理特性;能量方程;物理模型
青岛科技大学
硕士
化工过程机械
李庆领
2013
中文
Q945.79
99
2014-02-25（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）