日光温室湿度分布的数值模拟.pdf

2017 年4 月 灌溉排水学报 JournalofIrrigationandDrainage 第36 卷 第4 期 文章编号： 1672-3317 （2017 ） 04-0031-06 日光温室湿度分布的数值模拟 高 洁 ， 郑德聪 （ 山西农业大学 工学院 ， 山西 晋中030800 ） 摘 要: 以 山 西 晋 中 地 区 日 光 温 室 作 为 研 究 对 象 ， 通 过 在 温 室 内 部 布 点 测 量 温 、 湿 度 的 试 验 和 采 用CFD 进 行 数 值 模 拟 的 方 法 ， 研 究 了 冬 季 晴 朗 天 气 状 况 下 ， 采 用 畦 灌 方 式 的 日 光 温 室 在 自 然 通 风 条 件 下 内 部 湿 度 的 分 布 规 律 。 结 果 表 明 ， 冬 季 晴 朗 天 气 状 况 下 ， 日 光 温 室 在08:00 左 右 湿 度 达 到 最 高 值 ， 14:00 左 右 温 度 达 到 最 高 值 ； 室 内 温 、 湿 度 显 著 负 相 关 ， 温 度 每 升 高1 ， 湿 度 降 低3.31% ； 温 室 内 部 温 度 实 测 值 与 模 拟 值 误 差 在±3 以 内 ， 湿 度 实 测 值 与 模 拟 值 误 差 在6.8% 以 内 ， 整 体 拟 合 情 况 较 好 ， 证 明 了 所 建 立 模 型 的 准 确 性 ； 温 室 湿 度 在 南 北 走 向 、 东 西 走 向 变 化 不 太 明 显 ， 垂 直 方 向 上 分 层 比 较 明 显 。 太 阳 辐 射 所 提 供 的 热 量 足 以 维 持 温 室 所 需 ， 草 帘 的 保 温 效 果 显 著 ， 无 需 对 温 室 进 行 加 温 ， 但是温室夜间湿度较高 ， 甚至接近饱和 ， 需要对湿度进行控制 。 关 键 词: 日光温室 ； 湿度场 ； 数值模拟 ；CFD 中图分类号 ：S625.5 + 1 文献标志码 ： A doi ： 10.13522/j.cnki.ggps.2017.04.006 高洁 ， 郑德聪. 日光温室湿度分布的数值模拟J. 灌溉排水学报 ， 2017 ， 36 （4 ） ： 31-36. 0 引 言 日 光 温 室 是 指 由 太 阳 辐 射 提 供 光 和 热 ， 只 有 在 持 续 低 温 的 情 况 下 ， 采 取 人 工 辅 助 加 温 措 施 的 温 室 ， 也 叫 节 能 温 室 。 日 光 温 室 的 广 泛 应 用 ， 有 效 地 解 决 了 北 方 地 区 冬 季 蔬 菜 供 应 难 题 ， 增 加 了 农 民 的 收 入 ， 同 时 还 节 约 了 能 源 ， 带 动 了 相 关 产 业 的 发 展 。 温 度 和 湿 度 是 影 响 温 室 作 物 生 长 的2 个 关 键 因 素 ， 为 了 满 足 蔬 菜 作 物 的 生 长 需 求 ， 需 要 对 温 室 内 部 的 温 度 、 湿 度 进 行 调 控 ， 以 提 高 温 室 的 生 产 力 。 在 气 温 较 低 的 时 候 ， 日 光 温 室 通 过 严 密 封 闭 的 方 法 来 减 少 热 量 的 逸 散 ， 导 致 温 室 内 部 空 气 湿 度 会 持 续 偏 高 。 湿 度 太 高 ， 不 仅 会 阻 碍 植 物 蒸 腾 ， 导 致 作 物 生 理 失 调 ， 而 且 会 提 高 作 物 病 害 发 生 的 概 率 1 。 因 此 通 过 掌 握 日 光 温 室 内 湿 度 变 化 规 律 ， 适 时 对湿度进行合理调控 ， 对日光温室的管理具有重要意义 。 丁 小 涛 等 2 通 过 实 验 研 究 得 出 连 栋 塑 料 温 室 内 的 温 、 湿 度 环 境 相 比 较 更 适 宜 作 物 生 长 ； 李 全 平 等 3 通 过 数 理 统 计 方 法 分 析 得 出 高 寒 冷 地 区 试 验 期 间 温 室 相 对 湿 度 日 变 化 与 季 节 变 化 基 本 相 同 ； 李 本 卿 等 4 通 过 CFD 数 值 分 析 法 证 明 了 强 制 通 风 条 件 下 的Venlo 型 玻 璃 温 室 所 建 立 的CFD 模 型 基 本 正 确 ； 谭 胜 男 等 5 采 用 CFD 数 值 模 拟 了 不 同 工 况 下 温 室 内 微 环 境 的 分 布 ， 证 明 温 室 内 喷 雾 降 温 系 统 在 夏 季 高 温 高 湿 的 气 候 条 件 下 具 有 一 定 的 降 温 能 力 ： 陈 斌 等 6 选 取 晴 朗 天 气 和 小 雪 天 气 的 数 据 ， 运 用CFD 方 法 进 行 温 室 建 模 及 温 度 场 模 拟 。 目 前 利 用CFD 数 值 模 拟 方 法 对 温 室 环 境 进 行 研 究 已 有 一 定 进 展 ， 但 对 特 定 灌 溉 条 件 下 温 室 内 部 湿 度 分 布规律的研究还较为缺乏 。 以 山 西 晋 中 日 光 温 室 为 研 究 对 象 ， 采 用CFD 数 值 模 拟 方 法 ， 对 冬 季 晴 朗 天 气 、 自 然 通 风 条 件 下 采 取 畦 灌 灌 溉 方 式 的 温 室 内 湿 度 分 布 状 况 进 行 分 析 模 拟 ， 研 究 日 光 温 室 内 湿 度 的 分 布 与 变 化 规 律 ， 从 而 为 采 取 合 理 的 措 施 对 温 室 内 的 湿 度 状 况 进 行 调 控 ， 使 作 物 能 够 在 适 宜 的 湿 度 条 件 下 生 长 ， 为 更 好 的 控 制 作 物 病 虫 害 的 发病率 ， 保证温室作物的优产 、 高产提供一定理论依据 。 收稿日期 ： 2016-12-20 作者简介 ： 高洁(1990-) ， 女 。 硕士研究生 ， 主要从事设施农业工程技术研究 。E-mail:sophia0732163.com 通信作者 ： 郑德聪(1965-) ， 男 。教授 ， 主要从事农业机械化研究 。E-mail:zhengdecong126.com 311 日光温室内湿度模拟的物理模型 日 光 温 室 建 于2013 年 ， 位 于 山 西 农 业 大 学 校 园 内 ， 坐 北 朝 南 ， 长 度 为45m ， 跨 度 为9m ， 后 墙 高 度 为2.25m ， 顶 部 最 高 处3.70m ， 室 内 种 植 番 茄 。 温 室 东 部 有 一 个 缓 冲 间 ， 采 光 面 采 用 聚 氯 乙 烯 塑 料 膜 ， 其 余 围 护 结 构 为 土 墙 。 由 采 光 面 与 后 屋 面 衔 接 处 进 行 通 风 。 春 季 、 冬 季 夜 间 用 草 席 进 行 保 温 。 图1 为 试 验 用 温 室 结 构 横 截 面图 。 2 日光温室湿度模拟的数学模型 以 试 验 温 室 物 理 模 型 为 基 础 ， 经 过 适 当 简 化 ， 建 立 温 室 内 三 维 非 稳 态 数 学 模 型 之 后 ， 采 用Fluent 软 件 ， 利 用 有 限 体 积 法 进 行 湿 度 分 布 模 拟 。 有 限 体 积 法 主 要 是 通 过 子 域 法 加 离 散 的 方 式 来 进 行 求 解 ， 是 把 所 求 计 算 域 划 分 成 网 格 ， 并 且 保 证 每 个 网 格 点 上 有 一 个 不 相 重 叠 的 控 制 体 积 ， 然 后 把 需 要 求 解 的 微 分 方 程 对 每 个 控 制体积进行积分 ， 得到一组离散方程 。 其中的未知数是网格节点上的因变量 。 2.1 基本控制方程 温 室 内 气 体 流 动 的Reynolds 数 一 般 要 大 于10 107 ， 所 以 采 用 标 准k- 湍 流 模 型 来 对 温 室 湿 度 分 布 进 行 数 值分析 ； 对近壁面区域选用壁面函数法进行处理 ； 温室流体的基本控制方程为 ： 1 ） 质量守恒方程 t + x i ( ) u i = S m ， （1 ） 式 中 ： Sm 为 从 分 散 的 二 级 相 中 加 入 到 连 续 相 的 质 量 （kg ） ； 为 流 体 密 度(kgm -3 ） ； ui 为i 方 向 上 的 质 量 平 均 速 度 （m/s ） ； xi 为i 方向上的微元体长度 （m ） 。 2 ） 动量守恒方程 t ( ) u i + x j ( ) u i u j = - p x i + i j x j + g i + F i ， （2 ） 式中 ： p 为静压 （Pa ） ； ij 为应力张量 ； gi 为i 方向上的重力体积力 （N/m 3 ） ； Fi 为i 方向上的外部体积力 （N/m ） 。 3 ） 能量守恒方程 ( ) T t + di v ( ) uT = di v æ è ç ç ö ø ÷ ÷ k c p g r a d T + S T ， （3 ） 式 中 ： cp 为 比 热 容 （J/ （kg·K ） ） ； T 为 热 力 学 温 度 （K ） ； k 为 流 体 的 传 热 系 数 ； u 为 速 度 项 （m/s ） ； ST 为 流 体 的 内 热 源以及由于黏性作用流体机械能转换为热能的部分 。 2.2 辐射模型的确定 在CFD 数 值 模 拟 分 析 当 中 ， 建 立 模 型 时 ， 将 太 阳 辐 射 作 为 能 量 方 程 的 源 项 考 虑 ， 采 用 辐 射 传 递 方 程 来 进 行 辐 射 传 热 分 析 。 目 前 ， Fluent 软 件 针 对 辐 射 问 题 的 分 析 研 究 提 供 了5 种 模 型 ： Rossland 辐 射 模 型 、 P1 辐 射 模 型 、 DTRM 离 散 传 播 辐 射 模 型 、 S2S 表 面 辐 射 模 型 、 DO 离 散 坐 标 辐 射 模 型 。DO 辐 射 模 型 适 用 于 所 有 光 学 深度区间的辐射问题 ， 需要的内存 、 计算量都比较适中 8 ， 兹选取DO 辐射模型 。 2.3 组分输运模型 CFD 数 值 分 析 中 ， 一 般 通 过 组 分 输 运 模 型 描 述 空 气 的 湿 度 。 把 温 室 内 气 体 看 成 是 空 气 和 水 蒸 气 的 混 合 物 ， 求解水蒸气的质量分数 ， 从而计算空气的相对湿度 。 在这个对流扩散过程中 ， 组分守恒方程为 ： t ( ) Y i + ( ) v Y i = - J i + R i + S i （4 ） 式 中 ： Yi 为 第i 种 物 质 的 质 量 分 数 ； Ji 为 物 质i 的 扩 散 通 量 ； Ri 为 化 学 反 应 的 净 产 生 速 率 ； v 为 扩 散 速 度 （m/s ） ； Si 为离散相及源项导致的额外产生速率 。 2.4 多孔介质模型 在 温 室 内 空 气 湿 度 的 数 值 模 拟 过 程 中 ， 采 用 多 孔 介 质 模 型 描 述 温 室 内 地 面 的 土 壤 ， 并 将 其 作 为 源 项 添 图1 日光温室结构横截面图 32加到动量方程中 。 S = æ è ç ç ö ø ÷ ÷ K P u + C F K P u 2 ， （5 ） 式中 ： S 为动量源项 ； 为空气流速 （m/s ） ； CF 为非线性动量损失因子 ； KP 为多孔介质的渗透率 （m 2 ） 。 3 日光温室环境数据的实测与模拟 3.1 环境数据的实际测定 实 测 的 室 外 气 象 参 数 包 括 温 度 、 大 气 相 对 湿 度 、 太 阳 辐 射 、 风 速 和 风 向 ， 由 设 置 在 温 室 外 的 气 象 站 数 据 采 集 仪 自 动 采 集 ， 每15min 采 集1 次 数 据 ， 最 后 通 过 计 算 机 下 载 后 对 数 据 进 行 处 理 ； 室 内 气 象 参 数 包 括 室 内 空 气 温 度 和 湿 度 、 室 内 土 壤 温 度 及 含 水 率 、 室 内 四 周 围 护 结 构 温 度 等 ， 由HOBO ProV2 系 列 温 湿 度 记 录 仪 、 红 外 线 测 温 仪 进 行 测 量 。 本 试 验 中 温 室 内 气 象 参 数 采 用 布 点 测 量 方 法 采 集 ， 分 别 在 地 面 以 上0.5 、 1.3 、 2.0m 三 个 水 平 面 上 总 共 布 置 了27 个 测 点 ， 图2 为 温 室 内1.3m 高 度 处 水 平 面 上 温 、 湿 度 测 点 的 分 布 。 3.2 环境数据的数值模拟 选 取 整 个 温 室 结 构 作 为 计 算 域 进 行 环 境 数 据 数 值 模 拟 ， 通 过ICEMCFD 软 件 ， 采 用 结 构 化 网 格 对 温 室 内 空 间 进 行 划 分 ， 共 划 分 网 格616068 个 。 温 室 内 环 境 条 件 的 实 际 测 定 于2014 年11 月10 16 日 进 行 ， 期 间 基 本 为 晴 朗 天 气 ， 选 取 具 有 代 表 性 的2014 年11 月12 日 的 试 验 数 据 ， 如 表1 所 示 ， 把24h 内 每 小 时 所 有 测 点 的 数 据 取 平 均 值 ， 作 为 数 值 模 拟 的 边 界 条 件 输 入 ， 同 时 为 了 保 证 所 建 立 模 型 的 可 靠 性 ， 也 选 取 其 他 几 日 的 部 分数据进行模拟 。 表1 数值模拟边界条件 参数 平均值 风速/ （m·s -1 ） 3.64 太阳辐射/ （W·m -2 ） 338 室外空气 温度/ 8.3 室外空气相对 湿度/% 16.2 室内土壤 温度/ 15 室内东墙 温度/ 15.5 室内西墙 温度/ 17.5 室内后墙 温度/ 15 4 结果与分析 4.1 实测值与模拟值的对比 温 室 内 部 所 有 实 测 值 均 为 所 有 测 点 的 平 均 值 ， 模 拟 值 则 取 温 室 内 部 整 个 空 间 的 平 均 值 。 将24h 内 每 小 时 的 温 、 湿 度 平 均 数 据 进 行 对 比 分 析 ， 结 果 见 图3 和 图4 。 从 图3 和 图4 可 以 看 出 ， 温 室 内 部 温 度 的 实 测 值 与 模 拟 值 变 化 趋 势 完 全 一 致 ， 误 差 可 控 制 在±3 以 内 ； 湿 度 的 实 测 值 走 势 与 模 拟 值 也 几 乎 一 致 ， 最 大 误 差 值 为 6.8% 。2 组 对 比 结 果 显 示 ， 模 型 的 整 体 拟 合 情 况 较 好 ， 表 明 建 立 的 模 型 具 有 较 高 的 可 信 度 ， 可 以 用 于 温 室 环 境 分 析 。 图5 为 其 他 模 拟 日14 ： 0016 ： 00 实 测 值 与 模 拟 值 的 对 比 图 ， 整 体 拟 合 情 况 较 好 ， 更 进 一 步 验 证 了 所建立模型的可靠性 。 图3 温室内温度实测值与模拟值的对比 图4 温室内湿度实测值与模拟值的对比 图2 温室内1.3m 高度处水平面上温湿度测点分布 33（a ）15 日14:0016:00 （b ）15 日14:00 16:00 图5 其他模拟日一时段内实测值与模拟值的对比 由 图3 可 知 ， 室 内 温 度 维 持 在922 之 间 ， 基 本 可 以 满 足 作 物 生 长 对 温 度 的 要 求 。 在08:00 12:00 间 ， 随 太 阳 辐 射 的 增 强 室 内 温 度 呈 逐 步 上 升 的 趋 势 。 在12:00 左 右 温 室 进 行 通 风 ， 温 度 出 现 短 暂 的 下 降 ， 通 风 结 束 后 温 度 逐 渐 上 升 ， 在14:00 左 右 达 到 最 高 值 ， 达 到 峰 值 后 随 着 太 阳 辐 射 逐 渐 减 弱 ， 室 内 温 度 也 逐 渐 下 降 。 图6 为 模 拟 日 太 阳 辐 射 实 测 值 ， 温 室 内 温 度 的 整 体 走 势 与 太 阳 辐 射 走 势 几 乎 一 致 ， 可 以 看 出 太 阳 辐 射 是 日 光 温 室 热 量 的 主 要 来 源 。 温 室 夜 间 使 用 草 帘 覆 盖 进 行 保 温 ， 室 内 温 度 始 终 维 持 在9 左 右 ， 比 室 外 温 度 （ 图7 ） 高8 左右 ， 说明草帘的保温效果显著 。 图6 模拟日太阳辐射实测值 图7 模拟日室外温度实测值 由 图4 可 知 ， 温 室 内 湿 度 变 化 范 围 在45% 98% ， 早 晨08:00 左 右 ， 由 于 整 个 夜 间 温 室 温 度 较 且 始 终 处 于 较 为 密 闭 的 状 态 ， 导 致 室 内 湿 度 处 在 较 高 水 平 ； 之 后 随 着 温 度 逐 渐 上 升 ， 室 内 湿 度 逐 渐 下 降 ， 在14:00 左 右 由 于 太 阳 辐 射 达 到 最 强 ， 加 上 进 行 自 然 通 风 的 原 因 ， 湿 度 达 到 最 低 值 ， 通 风 结 束 后 湿 度 逐 渐 回 升 ， 夜 间 湿 度 随 着 温 度 降 低 而 上 升 ， 数 值 较 高 ， 甚 至 接 近 饱 和 状 态 。 室 内 湿 度 太 高 ， 与 室 外 温 差 较 大 时 ， 更 容 易 形 成 凝 结 水 ， 并易导致病害 。 从 图3 、 图4 可 以 看 出 ， 室 内 温 、 湿 度 大 致 呈 现 负 相 关 关 系 。 为 了 更 好 地 反 映 这 一 关 系 ， 对 温 室 内 温 度 和 湿 度 关 系 进 行 了 线 性 回 归 分 析 ， 结 果 如 表2 、 表3 所 示 。 回 归 分 析 结 果 显 示 ， 二 者 的 线 性 回 归 模 型 的P 值 均 小 于0.0001 ， 说 明 二 者 具 有 极 显 著 的 相 关 关 系 ； 决 定 系 数 达0.6575 ， 说 明 二 者 具 有 较 高 的 拟 合 精 度 ， 可 以 作 为 响 应 预 测 。 温 室 内 温 度 与 湿 度 的 线 性 拟 合 方 程 为 ： y=-0.0331x+1.1869 （x 为 温 度 ， y 为 湿 度 ） ， R 2 =0.6575 。 根 据 回 归 方 程 可 以 推 算 ， 温 室 内 温 度 每 升 高1 ， 湿 度 会 降 低3.31% 。 一 般 情 况 下 ， 温 室 内 作 物 生 长 的 适 宜 湿 度 范 围 不 应 超 过 75% 9 ， 该温室 湿度较 高 ， 需要进 行调控 。 早上揭 开草帘 后 ， 由于环 境温度 较低 ， 故不适 宜采用 通风来 排湿 ， 可 以 尽 量 提 高 温 度 来 降 低 湿 度 ， 当 室 外 温 度 达 到 作 物 生 长 适 宜 的 温 度 时 再 采 用 通 风 的 方 法 进 行 排 湿 。 夜 间 也 可 以 采 取 增 温 降 湿 的 方 法 ， 适 当 地 对 温 室 进 行 加 温 ， 以 降 低 室 内 空 气 相 对 湿 度 ， 防 止 病 害 发 生 。 表3 温室内温度与湿度关系一元线性回归的参数估计 变量 回归截距 回归系数 参数估计 1.1869 -0.0331 自由度 1 1 标准误 0.0735 0.0049 T 值 16.14 -6.64 P 值 0.0001 0.0001 表2 温室内温度与湿度关系一元线性回归方差分析 方差来源 模型 误差 总和 平方和 0.3984 0.2075 0.6059 自由度 1 23 24 均方 0.3984 0.0090 - F 值 44.15 - R 2 =0.6575 P 值 0.0001 - 344.2 典型时刻温室内湿度的分布规律 14:00 时 温 室 内 部 湿 度 达 到 最 低 点 ， 选 取 该 典 型 时 刻 各 测 点 及 其 余 测 试 参 数 的 平 均 值 作 为 边 界 条 件 对 该 时 段 温 室 内 的 湿 度 分 布 状 况 进 行 模 拟 分 析 ， 结 果 如 图8 所 示 。 由 图8 可 知 ， 该 时 刻 距 离 北 墙2.0 、 4.0 和 6.0m 三 个 断 面 的 湿 度 分 布 变 化 规 律 基 本 相 同 ， 在 垂 直 方 向 上 湿 度 的 分 层 现 象 比 较 明 显 ， 从 地 面 到 温 室 顶 部 的 覆 盖 薄 膜 ， 湿 度 在 逐 渐 降 低 。 图8 （a ） 中 湿 度 分 层 明 显 ， 地 面 湿 度 较 高 ， 高 度 越 高 ， 湿 度 越 低 。 总 体 上 看 该 断 面 上 湿 度 分 布 为2 层 ， 上 层 湿 度 范 围 在0.39 0.48 之 间 的 区 域 比 重 占 到 了50% 左 右 ； 断 面 下 层 的 湿 度 在0.480.7 之 间 ， 其 中 近 地 面 处 区 域 的 湿 度 最 高 ， 其 值 在0.610.70 之 间 。 由 图8 （b ） 可 知 ， 湿 度 较 高 的 区 域 范 围 比 图8 （a ） 中 要 小 ， 湿 度 值 在0.48 0.70 间 的 区 域 范 围 约 占30% ， 而 图8 （a ） 相 同 湿 度 区 间 的 区 域 范 围 约 占40% ， 而 湿 度 值 在0.39 0.48 之 间 的 区 域 范 围 则 要 占 到70% 左 右 ； 由 图8 （c ） 可 知 ， 湿 度 在0.48 0.57 间 的 区 域 约 占30% ， 没 有 湿 度 值 超 过0.57 的 区 域 ， 地 面 以 上 的 湿 度 值 均 分 布 在0.39 0.48 之 间 ， 约 占 整 个 垂 直 面 面 积 的70% 。 距 北 墙6 m 处 断 面 的 近 地 面 平 均 湿 度 远 低 于 距 北 墙2 m 和4 m 处 的 近 地 面 湿 度 。 通 过 对 比3 个 垂 直 断 面 近 地 面 处 的 湿 度 值 可 以 看 出 ， 距 北 墙 距 离 越 远 ， 近 地 面 处 的 空 气 湿 度 会 越 低 ， 分 析 原 因 ， 可 能 是 白 天 在 有 太 阳 辐 射 的 情 况 下 ， 越 靠 近 地 面 ， 所 能 接 受 到 的 太 阳 辐 射 越 少 ， 加 之 温 室 主 要 通 过 顶 部 薄 膜 和 北 墙 的 连 接 处 进 行 通 风 ， 靠 近 地 面 处 受 到 通 风 的 影 响 较 小 ， 湿 度 不 易 于 散 发 出 去 ， 而 土 壤 也 处 于 吸 热 状 态 ， 从 而 导 致 靠 近 地 面 处 温 度 较 低 ， 湿 度 较 大 。 另 外 ， 墙 体 具 有 一 定 的 保 温 蓄 热 能 力 ， 随 着 距 离 北 墙 越 远 ， 温 度 越 低 ， 湿 度 也 逐 渐 变 小 。 而 地 面 以 上 的 湿 度 逐 渐 降 低 ， 原 因 是 越 靠 近 棚 顶 ， 接 受 的 太 阳 辐 射 越 多 ， 温 度 较 高 ， 又 受 到 通 风 的 影 响 较 大 ， 导 致 湿 度 逐 渐 降 低 。 生 产 中 需 要 对 距 离 北 墙 较 远 处 的 湿 度 进 行 监 测 ， 必 要 的 时 候 需 进 行 灌 溉 补 水 。 （a ） 距北墙2.0m 处垂直面的湿度分布 （d ） 距西墙5.0m 处横截面的湿度分布 （b ） 距北墙4.0m 处垂直面的湿度分布 （e ） 距西墙32.0m 处横截面的湿度分布 （c ） 距北墙6.0m 处垂直面的湿度分布 （f ） 距西墙40.0m 处横截面的湿度分布 图8 温室内部南北走向 、 东西走向截面湿度分布 由 图8 亦 可 知 ， 在14:00 时 温 室 东 西 走 向 距 西 墙5 、 32 、 40m 处 断 面 湿 度 有 差 异 ， 但 总 体 变 化 不 大 。 在 垂 直 方 向 上 ， 湿 度 分 布 的 分 层 现 象 较 为 明 显 。 距 西 墙5m 处 断 面 湿 度 范 围 在0.39 0.70 之 间 ， 分 为3 层 ， 湿 度 值 在0.61 0.70 间 的 区 域 约 占10% ， 0.48 0.52 间 的 区 域 约 占30% ， 其 他 区 域 湿 度 值 在0.39 0.48 之 间 ； 距 西 墙 32m 处 断 面 湿 度 值 为0.39 0.52 ， 分 为2 层 ， 近 地 面 处 湿 度 值 在0.48 0.52 之 间 ， 约 占30% ， 湿 度 值 在0.39 0.48 区域 约占70% 。 距西 墙40m 处 断面 ， 湿度 值在0.390.70 之间 ， 分为3 层 ， 地面 附近 湿度 在0.61 0.70 之 间 ， 约 占5% ； 湿 度 值 在0.48 0.52 之 间 区 域 约 占20% ； 湿 度 值 为0.38 0.18 区 域 约 占75% 。 对 比3 个 截 面 的 湿 度 分 布 可 见 ， 平 均 相 对 湿 度 距 西 墙5m 处 断 面 最 高 ， 距 西 墙40m 处 断 面 次 之 ， 距 西 墙32m 处 断 面 最 低 。 其 原 因 为 距 西 墙5m 断 面 附 近 通 风 条 件 较 差 ， 水 滴 凝 结 于 薄 膜 ， 致 使 湿 度 较 大 ； 距 西 墙40m 处 断 面 靠 近 东 墙 ， 附 近 地 面 布 置 有 灌 溉 水 管 ， 经 常 会 积 水 ， 湿 度 较 高 ， 但 东 墙 处 有 门 ， 通 风 相 对 较 好 ， 会 使 湿 度 有 一 定 的 减 弱 作 用 ； 而 温 室 中 间 部 分 辐 射 条 件 最 好 ， 通 风 又 相 对 较 好 ， 因 此 湿 度 最 低 。 生 产 实 践 中 ， 可 以 通 过 选 用 无 滴 膜 克 服 薄 膜 内 侧 凝 结 水 滴 的 弊 端 ， 也 可 减 轻 水 滴 对 太 阳 辐 射 的 反 射 和 吸 收 ， 提 高 薄 膜 的 透 光 率 ， 使 光 照 增 强 ， 起 到 增 温 降 湿 的 效 果 ； 也 可 以 通 过 采 用 膜 下 滴 灌 的 方 式 ， 既 提 高 了 水 、 肥 等 的 利 用 效 率 ， 也 能 降 低 地 面 水 分 蒸 发量 ， 从而有效地降低温室内的空气湿度 ， 为温室作物生产和病害防控创造良好的条件 。 355 结 论 1 ） 冬 季 晴 朗 天 气 状 况 下 ， 日 光 温 室 在08:00 湿 度 达 到 最 高 值 ， 14:00 温 度 达 到 最 高 值 ； 温 室 内 的 温 度 和 湿 度极显著负相关 ， 温度每升高1 ， 湿度大约降低3.31% 。 2 ） 温 室 内 部 温 度 实 测 值 与 模 拟 值 误 差 在±3 以 内 ， 湿 度 实 测 值 与 模 拟 值 误 差 可 控 制 在6.8% 以 内 ， 表 明 模拟模型对温室内的温度和湿度整体拟合情况较好 ， 具有较好的准确性与可靠性 。 3 ） 温 室 湿 度 在 南 北 走 向 和 东 西 走 向 上 的 变 化 都 不 显 著 ， 但 在 垂 直 方 向 上 呈 现 明 显 的 分 层 现 象 。 模 拟 的 湿度结果与实际测量结果基本一致 ， 模型准确可靠 。 4 ） 太 阳 辐 射 所 提 供 的 热 量 足 以 维 持 温 室 所 需 ， 草 帘 的 保 温 效 果 显 著 ， 无 需 对 温 室 进 行 加 温 。 本 项 研 究 得 出 日 光 温 室 温 度 与 湿 度 呈 显 著 负 相 关 关 系 ， 冬 季 晴 朗 天 气 状 况 下 夜 间 湿 度 较 高 ， 超 过 了 作 物 正 常 生 长 的 范 围 ， 需 要 对 湿 度 进 行 调 控 ， 这 与 谭 胜 男 5 、 常 丽 娜 9 、 辛 本 胜 10 等 的 研 究 结 果 一 致 。 本 文 的 不 足 之 处 是 数 值 模 拟 模 型 中 没 有 考 虑 薄 膜 水 分 凝 结 对 湿 度 的 影 响 ， 也 没 有 考 虑 热 量 传 递 与 水 分 传 递 之 间 的 交 叉 影 响 ， 有 待 在 以后的研究中加以完善 。 参考文献 ： 1 陈晓 机械通风条件下Venlo 型温室内温度场与流场的数值模拟研究D. 杭州 ： 浙江工业大学,2008. 2 丁小涛 ， 金海军 ， 张红梅, 等 单栋大棚和连栋塑料温室温 、 湿度环境比较研究J. 上海农业学报,2011,27 （2 ） ： 96-101. 3 李全平 ， 朱宝文 ， 高君元 高寒冷凉地区日光温室相对湿度变化规律J. 中国农学通报,2015,31 （1 ） ： 204-209. 4 李本卿 强制通风条件下Venlo 型温室内气流场和温度场的CFD 数值模拟研究D. 南京 ： 江苏大学,2009. 5 谭胜男 基于CFD 的现代化温室环境数值模拟与优化研究D. 南京 ： 南京农业大学,2013. 6 陈斌 寒冷干旱地区日光温室冬季热环境测试与模拟研究D. 呼和浩特 ： 内蒙古农业大学,2015. 7 MISTRIOTISA, BOT G PA, PICUNO P, et al.Analysis of the efficiency of greenhouse ventilation using computational fluid dynamicsJ. Agriculturaland ForestMeteorolog,1997,85:217-228. 8 CHELM ， LID,WANGLJ,etal.Micronizationand hydrophobicmodificationofcassavastarchJ.InternationalJournalofFoodProperties, 2007(10):527-536. 9 常丽娜. 被动式日光温室热湿环境实验与数值模拟研究D. 济南 ： 山东建筑大学,2011. 10 辛本胜. 日光温室温湿度预测模型研究D. 北京 ： 中国农业大学,2005. NumericalSimulationofTemperatureandHumidity DistributionsinaSolarGreenhouse GAOJie, ZHENGDecong （ShanxiAgriculturalUniversity, Jinzhong030800,China ） Abstract: This paper simulated numerically the distributions of temperature and humidity in a solar greenhouse in Jinzhong district, Shanxi province under natural ventilation in sunny days, using a CFD-based model. Plant in thegreenhousewasirrigatedusingfurrowsandthespatio-temporaldistributionsoftemperatureandhumidityinit were measured.The results showed that during sunny days in winter, the indoor-humidity and temperature in the greenhousepeakedaround08:00amand 14:00pmrespectively.Theindoor-humidityandtemperaturewerenega- tively correlated, and when the temperature rose by 1 , the humidity decreased by 3.31%.The discrepancy be- tween the measured and simulated temperatures was within ±3 , and the errors of the simulated humidity was less than 6.8% in comparison with the measurements. The gradients of humidity and temperature in the north- south direction and the east-west direction were similar, while in the vertical direction the heterogeneous effect was significant.The energy of the solar radiation could meet the demands when the greenhouse was insulated by woven straws, and there was no need to heat the greenhouse. However, the humidity in the greenhouse was rela- tivelyhighinnights,closetosaturation,requiringcontrol. Keywords:solargreenhouse;humidity;numericalsimulation;CFD 责任编辑 ： 赵宇龙 36