第一章文献综述
1.1引言
温室作为一个全封闭或半封闭的农业生态系统，其内部的温湿度、光照强度及C02浓度等环境因子都制约着该系统内部环境的优劣，几个环境因子相互依赖并且相互作用，共同影响着温室内作物的正常生长，从而影响到温室作物的产量大小与品质好坏。温室作为一个农业小气候系统，是设施农业发展最活跃的一个部分，它可以根据室外气象条件和作物生长发育各个阶段所需环境，利用智能或者非智能的控制设备对温室内的环境条件进行有效的调控，加之采用连续生产的方式和有效的管理方式，可以高效、均衡、快速地生产各种蔬菜、水果、花丼、药材等[1]。温室作为生产各类作物的封闭可调控设施，其作物生产可以不受所处地点的限制，不受外界恶劣气候条件的影响，并可以将其建设在不毛之地的各地区。另外，温室生产的广泛推广能有效地改善国内环境恶劣各地区的农业生产条件，并促进各地区土地的作物产出率，提高农业产业的社会效益及经济效益，促进各地区农业资源的合理利用，因此，温室的发展在现代的农业生产中起到了极其重要的作用。尤其是荷兰等土地资源稀缺的国家，对于温室的研究利用更是十分重视，并且对温室的发展应用及控制技术已经相当成熟。而对于国内来说，温室技术的研究和发展都相对滞后，目前国内多采用低水平的粗放型温室生产方式，设施生产大部分均为低档的塑料薄膜温室，智能控制水平极低甚至不具备智能控制系统，以致塑料薄膜温室抵御自然灾害的能力较差，从而造成耕地资源的浪费及运行成本的提高。因此，国内对于温室的内环境调控还需要更多的研究和改进。温室的环境控制技术是衡量一个国家温室产业的重要技术指标，其关键技术在于环境控制、机械化水平、自动化生产水平，而环境控制主要包括温湿度环境控制、水量水温的控制、温室通风换气控制等，其中温湿度是温室环境参数中最重要的一项，所以对于温室内温湿度的控制方面的研究首当其冲是国内温室产业发展必将攻破的壁鱼。而且就目前我国温室的发展趋势来讲，其正从低档的温室大棚向具有环境控制的高档温室发展。
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1.2国内外研究现状
国外学者对温室环境模型研究很多，主要是建立温室的热环境和光环境模型。上世纪六十年代，Busmger[4]建立了第一个温室稳态模型，这为之后的温室环境模拟研究建立相关温室模型奠定了基础。随后，日本的Takakural5]、荷兰的Gerard[6]、美国的Jones「I、比利时的Deltour等[8?1()]研究了多种类型温室的环境模型，取得了一定的研究成果。这些模型在建模的基本思想和方法上是一致的，仅仅在建模过程中，对温室类型的选择、模型假设条件、参数的确定、求解方程的选择等方面有一定不同。另外，国外的温室湿度模型一般都是以现代化程度较高的温室为研究对象，主要研究其通风排湿及其内环境调控措施：有些模型因温室内有地膜覆盖，基本不考虑土壤蒸发。而且国外温室往往采用的是同步加温和热录来进行温室内的除湿，所以研究时建立的一些静态和动态的模型，都是从采暖或除湿角度用能量平衡方法或质能平衡方法来建立模型，在模拟过程中往往需要非常多的参数设置。数值分析方法目前已扩展到各个领域，在流体分析方面，计算流体力学的应用十分广泛。计算流体力学（Computational Fluid Dynamics, CFD),即运用数值计算方法分析流体流动规律的学科，最初期的CFD软件主要应用于暖通空调领域，用来分析建筑气流运动及传热特性。而1972年由于Roache[ii]首次将CFD方法用来分析温室的环境特性，从而开启了先河。从此CFD方法在温室环境方面研究日趋广泛。Mistriotis和GP.A.Bot[i2]采用CFD方法，研究并对比分析了零风速和低风速两种情况下温室的通风过程，研究结果表明为了研究和改善温室的通风设计，CFD软件的应用起到了极其重要的作用。
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第二章重庆地区的温室利用现状
2.1重庆地区的气候特征
重庆地处四川盆地，两江交汇之处，气候与其他城市明显不同，地势由南北向长江河谷逐级降低，三面环山，沟壑纵横，造成重庆地区大多风速较小，但在夏季雷阵雨天气时又一反常态，常伴有大风。西北部和中部以丘陵、低山为主，北面有高山屏障，北方冷空气南下时受到秦岭、大巴山的阻挡，因此，气温比长江中下游同韩度地区显著偏高。重庆离海洋较远，属亚热带季风性湿润气候，再加之地形起伏较大，植被分布不均，形成重庆独特的气候：夏热冬暖，光热同季，无霜期长，空气湿润，降水充沛；太阳辐射较弱，日照时间短；多云雾天气，霜雪较少。
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2.2重庆地区温室的发展现状
设施农业在我国主要以温室农业为主。温室工程为作物的生产产业化提供了可能性，使人们可以利用先进的调控、管理技术，创造出适宜作物生长的环境，做到农作物的工厂化生产，尤其是反季节产品和稀有花齐、苗木的设施生产等，己成为国内农村经济的新增长点，对于我国农业生产结构的调整、农民收入的增加、城乡人民生活水平的提高等方面都有积极的导向作用。温度是温室内环境影响因子中十分重要的一个，温度的高低直接影响着作物能否正常的生长发育，加上温室内存在“温室效应”，尤其是重庆地区炎热的夏季伴有强烈的太阳辖射，使得一到了夏季高温时节，即使打开温室所有的通风口，温室内的最高气温仍可超过4°C甚至达到5°C,而对于蔬菜、花舟等的生产适宜温度在28°C以下，高温生产极限温度在35°C左右，所以，由于特殊的地域及气候条件，仅仅依靠自然通风换气己不能满足作物生产的适宜温度要求，难以将室内空气温度降至35。C以下，继而将会导致温室内作物的生长受到抑制，面临着温室作物能否继续生长发育的问题。70年代初，我国从国外引进了大量的温室，针对国内的现实状况，我国农业工程技术人员对温室结构等进行了不断地改进，同时还进行了蒸发降温、湿塾降温、集中雾化降温、屋顶喷淋降温等等各种降温实验研究，均取得了较好的进展，但在蒸发降温技术中，仍以湿塾风机和喷雾降温技术比较成熟，在现代温室降温中得到了广泛的应用。而对于单独的蒸发降温技术，仍难以将温室内温度降到作物的适宜生长温度，不能满足作物的生长要求，特别在夏季午后，室外在直射光照射下温度可达4°C以上，温室内温度更高，难以降到作物生长适宜的上限，而且降温幅度越大，湿度也随着增加，除湿问题也会成为矛盾的焦点。针对这一问题，农业工程工作者继续探索，发明了一种除湿降温系统，在温度降低的同时，室内湿度没有明显的上升，可保持在50%左右，解决了温度降低同时湿度增加的问题，但是由于成本、技术等问题，暂时还没有得到广泛的应用。
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第三章数值模拟基础理论及方法........ 13
3.1流体计算软件FLUENT简介........ 13
3.2 CFD方法在温室领域应用现状分析........ 13
3.3数值分析计算的基本方程........ 15
3.4湍流模型 ........17
3.4.1湍流数值模拟方法........ 18
3.4.2湍流模型简介........ 19
3.5数学模型及方程求........ 20
3.6CFD工作流程 ........23
3.7本章小结 ........23
第四章模型的验证及CFD模拟研究........ 25
4.1 CFD模型的验证 ........25
4.1.1温室环境因子的测定 ........25
4.1.2 CFD模型的验证........ 28
4.2机械通风下的CFD模拟研究 ........37
4.2.1模拟方案的选择 ........37
4.2.2数值模拟结果与分析........37
4.3湿帘高度与温室长度对降温的影响........ 50
4.4本章小结 ........54
第五章结论与展望........ 55
5.1 结论 ........55
5.2本文创新点........ 55
5.3本文的不足及展望........ 56
第四章模型的验证及CFD模拟研究
4.1 CFD模型旳验证
本文采用的实验温室为重庆市西南大学校内的Venlo型玻璃温室，由于Venlo型温室的构件安装简单、温室透光率较高、通风面积大等一系列优点，已被国内大多数地区广泛釆用。温室地理位置为东经106°；18’，北玮29°39',由于重庆地区特殊的地理环境，使得该地区的气候特征为：夏热冬暖，光热同季，无霜期长，空气湿润，降水充沛；太阳辖射弱，日照时间短；多云雾，少霜雪。Venlo型玻璃温室目前在世界上应用最广泛，是国内引进的主要温室类型。荷兰是一个土地资源稀缺的国家，文洛型玻璃温室也由荷兰首先研究开发而产生，而后流行于全世界。我校的Venlo型温室按照Venlo型温室的基本结构要求进行建造，本实验温室采用锯齿型结构，采用析架结构，屋脊为东西走向，温室跨度6.4m，每跨两个小屋顶，开间为4.0m,天沟高4.0m,顶高4.8m。温室东西向6.4mxl=6.4m，南北向4mx6=24m，总面积为153.6m2。实验温室采用4mm厚浮法玻璃覆盖，其透光率高达92%,传热系数为6.4w/m2。东墙装有两台（380V, 0.75KW)风机，西墙装有湿帘。风机长X宽X厚为：1.4m><1.4mx0.43m(风机中心点：X=2.4m, Y=1.4m)(扇叶直径：1.25m、排风量4xl(yV/hr/台、功耗0. 75KW/台)。湿帘安装高度为0.6m,高为1.5m，长5.4m，宽为10mm,总面积为8.1m2。实验温室的三维75意图见图4-1。
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结论
本文对重庆地区夏季机械通风条件下的Venlo型玻璃温室内的温度场与气流场进行了数值模拟研究，建立了与实测大小相同的温室三维模型，并通过模拟结果与实验所测数据进行对比分析，验证了 CFD模型的准确性和可靠性。文中通过建立相同类型的模型模拟计算了在不同的风机和湿帘的安装高度、不同的湿帘高度和不同的温室开间数的配置等工况下的温室内温度场和气流场的分布情况，分析并探讨了不同结构方案的温室内部降温效果，为Venlo型玻璃温室在重庆地区的优化设计和温室内环境控制提供理论参考。通过本文的研究得到以下结论：
(1)建立与实验温室结构及尺寸一致的温室三维模型，进行CFD模拟的可靠性验证，通过模拟结果与实验结果的对比分析，发现模拟结果与实验实测结果的温度曲线走向基本一致，气流场分布也大致相同，从而验证了 CFD模拟研究的可行性与可靠性。
(2)以温室湿帘及风机的不同安装高度为着眼点进行本文的数值模拟研究，模拟得出不同安装高度下几种方案的温室内部气流场与温度场分布情况，通过文中设计的几种方案的对比模拟研究，可以发现温室设备的安装高度的不同对温室的降温区域大小及降温幅度都有较大的影响。模拟结果表明，较高的设备安装高度可使温室内垂直方向和水平方向的温度梯度分布逐渐趋于缓和。如果栽培作物的冠层高度较高，风机的安装高度宜为1.4m,湿帘的安装高度为1.5m;如果作物冠层高度不到2m，风机的安装高度宜为a6m或1.0m，湿帘的安装高度为0.9m或1.5m，或者风机的安装高度为1.4m，湿帘的安装高度为1.5m;如果作物的冠层高度在Im左右，则上述方案均能满足。
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参考文献（略）