近年来倒春寒晚霜冻害频繁发生,给茶产业造成了巨大损失,防止或减轻霜冻害已成为茶农们首要解决的问题,而传统的防霜方法,如烟熏、覆盖、灌水等,已无法满足大规模、高效的防霜要求。对于机械化防霜方法及装备的研究,国内尚处于起步阶段。国外的机械化防霜装备,制造和使用成本高、安装维护不方便,且有防霜盲区;有少量示范应用的吸排式防霜风筒,其防霜效果尚不明确。因此,本文通过对茶园地形逆温特点、吸排式防霜作用原理、风筒建模与CFD仿真、以及整机田间防霜效果验证进行研究,改进结构方案后设计开发新型吸排式防霜装置。主要研究内容与结果如下:　　 (1)茶园地形逆温特征研究与吸排式防霜原理分析　　 在晚霜发生时,通过对洼地茶园茶树冠层温度空间分布规律的研究,确定了地形逆温下温度上高下低的分布特征。试验结果表明,地形逆温多发生在晴朗无风或是少风的夜晚,逆温现象从22:30持续到清晨06:30,且坡底比坡顶温度低;同时,茶园坡底垂直方向上6m逆温程度最大,最大逆温差可达5～6℃,日出后逆温现象逐渐消失。　　 吸排式防霜作用原理主要是利用地形逆温特有的温度场分布,通过风机扰动近地逆温层空气,将茶园下方冷空气经强制对流吸排至茶园上方,阻止下方冷空气长期沉积,达到防霜目的。因此,吸排式防霜原理在理论上具有可行性。　　 (2)现有吸排式风筒防霜效果的可行性研究　　 通过建模仿真和防霜效果实证试验,探析现有吸排式防霜风筒的可行性。利用Pro/E对茶园吸排式防霜风筒建模,其主要由轴流风机、支撑结构、排风筒以及传动系统和电动机等组成。通过CFD模拟吸排式防霜风筒的作用过程,可知其在有限范围内的最大增温为5℃。　　 2011年3月～4月进行防霜效果试验的结果表明,仅以风筒为中心半径5m范围内,可以达到预定的的防霜效果。分析知影响防霜效果的主要参数之一是风机扬程,而现有结构防霜风筒的强制对流高度仅为20～30m,扬程过低使吸排出的冷空气迅速下沉,导致防霜区域处于冷空气循环状态,无法达到防霜的目的。因此,现有结构吸排式防霜风筒存在严重的技术缺陷,需进一步改进其结构和功能。　　 (3)吸排式防霜风筒技术的改进　　 在结构上提出三种可行的改进方案:一是将排风筒向上延伸至足够高度;二是将排风筒延展到茶园外部;三是利用吸抽上来的冷空气作为新的动力源,实现由上至下的气流扰动防霜。　　 分别设计三种改进方案的结构和组成,并根据其制造成本、安装维护性等进行综合评价和选优,确定最佳改进方案。对选定改进方案进行CFD仿真,结果知其有效的防霜面积可达7.5亩,在此范围内扰动后茶树冠层高度处的增温最大可达6℃,且不存在防霜盲区。　　 (4)吸排式防霜控制技术研究　　 采用双路温度传感器,分别安设于茶树冠层处,以及茶园上方;仅当茶树冠层温度T0小于临界温度Tc,且逆温差△T存在,同时大于逆温差阈值Tn时,吸排式防霜装置才会启动运行;反之,逆温差△T小于逆温差阈值Tn或茶树冠层温度T0大于临界温度Tc时,防霜装置关闭。在日出之后,设定延时关闭控制。此外还分析了基于ZigBee技术的实时天气信息采集发送系统,实现了对偏远茶园天气信息的实时监测与报警功能。　　 本文在分析茶园晚霜冻害发生的原因、测试茶园地形逆温基础上仿真和试验研究现有吸排式防霜装置的防霜效果,并进行了改进,设计出控制系统。机械化除霜方法和装置具有很好的应用前景和经济价值,以及重要的实践意义,本文对其研究工作将起到重要的指导作用。