2017 年4 月 灌溉排水學(xué)報(bào) JournalofIrrigationandDrainage 第36 卷 第4 期 文章編號： 1672-3317 （2017 ） 04-0031-06 日光溫室濕度分布的數(shù)值模擬 高 潔 ， 鄭德聰 （ 山西農(nóng)業(yè)大學(xué) 工學(xué)院 ， 山西 晉中030800 ） 摘 要: 以 山 西 晉 中 地 區(qū) 日 光 溫 室 作 為 研 究 對 象 ， 通 過 在 溫 室 內(nèi) 部 布 點(diǎn) 測 量 溫 、 濕 度 的 試 驗(yàn) 和 采 用CFD 進(jìn) 行 數(shù) 值 模 擬 的 方 法 ， 研 究 了 冬 季 晴 朗 天 氣 狀 況 下 ， 采 用 畦 灌 方 式 的 日 光 溫 室 在 自 然 通 風(fēng) 條 件 下 內(nèi) 部 濕 度 的 分 布 規(guī) 律 。 結(jié) 果 表 明 ， 冬 季 晴 朗 天 氣 狀 況 下 ， 日 光 溫 室 在08:00 左 右 濕 度 達(dá) 到 最 高 值 ， 14:00 左 右 溫 度 達(dá) 到 最 高 值 ； 室 內(nèi) 溫 、 濕 度 顯 著 負(fù) 相 關(guān) ， 溫 度 每 升 高1 ， 濕 度 降 低3.31% ； 溫 室 內(nèi) 部 溫 度 實(shí) 測 值 與 模 擬 值 誤 差 在3 以 內(nèi) ， 濕 度 實(shí) 測 值 與 模 擬 值 誤 差 在6.8% 以 內(nèi) ， 整 體 擬 合 情 況 較 好 ， 證 明 了 所 建 立 模 型 的 準(zhǔn) 確 性 ； 溫 室 濕 度 在 南 北 走 向 、 東 西 走 向 變 化 不 太 明 顯 ， 垂 直 方 向 上 分 層 比 較 明 顯 。 太 陽 輻 射 所 提 供 的 熱 量 足 以 維 持 溫 室 所 需 ， 草 簾 的 保 溫 效 果 顯 著 ， 無 需 對 溫 室 進(jìn) 行 加 溫 ， 但是溫室夜間濕度較高 ， 甚至接近飽和 ， 需要對濕度進(jìn)行控制 。 關(guān) 鍵 詞: 日光溫室 ； 濕度場 ； 數(shù)值模擬 ；CFD 中圖分類號 ：S625.5 + 1 文獻(xiàn)標(biāo)志碼 ： A doi ： 10.13522/j.cnki.ggps.2017.04.006 高潔 ， 鄭德聰. 日光溫室濕度分布的數(shù)值模擬J. 灌溉排水學(xué)報(bào) ， 2017 ， 36 （4 ） ： 31-36. 0 引 言 日 光 溫 室 是 指 由 太 陽 輻 射 提 供 光 和 熱 ， 只 有 在 持 續(xù) 低 溫 的 情 況 下 ， 采 取 人 工 輔 助 加 溫 措 施 的 溫 室 ， 也 叫 節(jié) 能 溫 室 。 日 光 溫 室 的 廣 泛 應(yīng) 用 ， 有 效 地 解 決 了 北 方 地 區(qū) 冬 季 蔬 菜 供 應(yīng) 難 題 ， 增 加 了 農(nóng) 民 的 收 入 ， 同 時(shí) 還 節(jié) 約 了 能 源 ， 帶 動 了 相 關(guān) 產(chǎn) 業(yè) 的 發(fā) 展 。 溫 度 和 濕 度 是 影 響 溫 室 作 物 生 長 的2 個(gè) 關(guān) 鍵 因 素 ， 為 了 滿 足 蔬 菜 作 物 的 生 長 需 求 ， 需 要 對 溫 室 內(nèi) 部 的 溫 度 、 濕 度 進(jìn) 行 調(diào) 控 ， 以 提 高 溫 室 的 生 產(chǎn) 力 。 在 氣 溫 較 低 的 時(shí) 候 ， 日 光 溫 室 通 過 嚴(yán) 密 封 閉 的 方 法 來 減 少 熱 量 的 逸 散 ， 導(dǎo) 致 溫 室 內(nèi) 部 空 氣 濕 度 會 持 續(xù) 偏 高 。 濕 度 太 高 ， 不 僅 會 阻 礙 植 物 蒸 騰 ， 導(dǎo) 致 作 物 生 理 失 調(diào) ， 而 且 會 提 高 作 物 病 害 發(fā) 生 的 概 率 1 。 因 此 通 過 掌 握 日 光 溫 室 內(nèi) 濕 度 變 化 規(guī) 律 ， 適 時(shí) 對濕度進(jìn)行合理調(diào)控 ， 對日光溫室的管理具有重要意義 。 丁 小 濤 等 2 通 過 實(shí) 驗(yàn) 研 究 得 出 連 棟 塑 料 溫 室 內(nèi) 的 溫 、 濕 度 環(huán) 境 相 比 較 更 適 宜 作 物 生 長 ； 李 全 平 等 3 通 過 數(shù) 理 統(tǒng) 計(jì) 方 法 分 析 得 出 高 寒 冷 地 區(qū) 試 驗(yàn) 期 間 溫 室 相 對 濕 度 日 變 化 與 季 節(jié) 變 化 基 本 相 同 ； 李 本 卿 等 4 通 過 CFD 數(shù) 值 分 析 法 證 明 了 強(qiáng) 制 通 風(fēng) 條 件 下 的Venlo 型 玻 璃 溫 室 所 建 立 的CFD 模 型 基 本 正 確 ； 譚 勝 男 等 5 采 用 CFD 數(shù) 值 模 擬 了 不 同 工 況 下 溫 室 內(nèi) 微 環(huán) 境 的 分 布 ， 證 明 溫 室 內(nèi) 噴 霧 降 溫 系 統(tǒng) 在 夏 季 高 溫 高 濕 的 氣 候 條 件 下 具 有 一 定 的 降 溫 能 力 ： 陳 斌 等 6 選 取 晴 朗 天 氣 和 小 雪 天 氣 的 數(shù) 據(jù) ， 運(yùn) 用CFD 方 法 進(jìn) 行 溫 室 建 模 及 溫 度 場 模 擬 。 目 前 利 用CFD 數(shù) 值 模 擬 方 法 對 溫 室 環(huán) 境 進(jìn) 行 研 究 已 有 一 定 進(jìn) 展 ， 但 對 特 定 灌 溉 條 件 下 溫 室 內(nèi) 部 濕 度 分 布規(guī)律的研究還較為缺乏 。 以 山 西 晉 中 日 光 溫 室 為 研 究 對 象 ， 采 用CFD 數(shù) 值 模 擬 方 法 ， 對 冬 季 晴 朗 天 氣 、 自 然 通 風(fēng) 條 件 下 采 取 畦 灌 灌 溉 方 式 的 溫 室 內(nèi) 濕 度 分 布 狀 況 進(jìn) 行 分 析 模 擬 ， 研 究 日 光 溫 室 內(nèi) 濕 度 的 分 布 與 變 化 規(guī) 律 ， 從 而 為 采 取 合 理 的 措 施 對 溫 室 內(nèi) 的 濕 度 狀 況 進(jìn) 行 調(diào) 控 ， 使 作 物 能 夠 在 適 宜 的 濕 度 條 件 下 生 長 ， 為 更 好 的 控 制 作 物 病 蟲 害 的 發(fā)病率 ， 保證溫室作物的優(yōu)產(chǎn) 、 高產(chǎn)提供一定理論依據(jù) 。 收稿日期 ： 2016-12-20 作者簡介 ： 高潔(1990-) ， 女 。 碩士研究生 ， 主要從事設(shè)施農(nóng)業(yè)工程技術(shù)研究 。E-mail:sophia0732163.com 通信作者 ： 鄭德聰(1965-) ， 男 。教授 ， 主要從事農(nóng)業(yè)機(jī)械化研究 。E-mail:zhengdecong126.com 311 日光溫室內(nèi)濕度模擬的物理模型 日 光 溫 室 建 于2013 年 ， 位 于 山 西 農(nóng) 業(yè) 大 學(xué) 校 園 內(nèi) ， 坐 北 朝 南 ， 長 度 為45m ， 跨 度 為9m ， 后 墻 高 度 為2.25m ， 頂 部 最 高 處3.70m ， 室 內(nèi) 種 植 番 茄 。 溫 室 東 部 有 一 個(gè) 緩 沖 間 ， 采 光 面 采 用 聚 氯 乙 烯 塑 料 膜 ， 其 余 圍 護(hù) 結(jié) 構(gòu) 為 土 墻 。 由 采 光 面 與 后 屋 面 銜 接 處 進(jìn) 行 通 風(fēng) 。 春 季 、 冬 季 夜 間 用 草 席 進(jìn) 行 保 溫 。 圖1 為 試 驗(yàn) 用 溫 室 結(jié) 構(gòu) 橫 截 面圖 。 2 日光溫室濕度模擬的數(shù)學(xué)模型 以 試 驗(yàn) 溫 室 物 理 模 型 為 基 礎(chǔ) ， 經(jīng) 過 適 當(dāng) 簡 化 ， 建 立 溫 室 內(nèi) 三 維 非 穩(wěn) 態(tài) 數(shù) 學(xué) 模 型 之 后 ， 采 用Fluent 軟 件 ， 利 用 有 限 體 積 法 進(jìn) 行 濕 度 分 布 模 擬 。 有 限 體 積 法 主 要 是 通 過 子 域 法 加 離 散 的 方 式 來 進(jìn) 行 求 解 ， 是 把 所 求 計(jì) 算 域 劃 分 成 網(wǎng) 格 ， 并 且 保 證 每 個(gè) 網(wǎng) 格 點(diǎn) 上 有 一 個(gè) 不 相 重 疊 的 控 制 體 積 ， 然 后 把 需 要 求 解 的 微 分 方 程 對 每 個(gè) 控 制體積進(jìn)行積分 ， 得到一組離散方程 。 其中的未知數(shù)是網(wǎng)格節(jié)點(diǎn)上的因變量 。 2.1 基本控制方程 溫 室 內(nèi) 氣 體 流 動 的Reynolds 數(shù) 一 般 要 大 于10 107 ， 所 以 采 用 標(biāo) 準(zhǔn)k- 湍 流 模 型 來 對 溫 室 濕 度 分 布 進(jìn) 行 數(shù) 值分析 ； 對近壁面區(qū)域選用壁面函數(shù)法進(jìn)行處理 ； 溫室流體的基本控制方程為 ： 1 ） 質(zhì)量守恒方程 t + x i ( ) u i = S m ， （1 ） 式 中 ： Sm 為 從 分 散 的 二 級 相 中 加 入 到 連 續(xù) 相 的 質(zhì) 量 （kg ） ； 為 流 體 密 度(kgm -3 ） ； ui 為i 方 向 上 的 質(zhì) 量 平 均 速 度 （m/s ） ； xi 為i 方向上的微元體長度 （m ） 。 2 ） 動量守恒方程 t ( ) u i + x j ( ) u i u j = - p x i + i j x j + g i + F i ， （2 ） 式中 ： p 為靜壓 （Pa ） ； ij 為應(yīng)力張量 ； gi 為i 方向上的重力體積力 （N/m 3 ） ； Fi 為i 方向上的外部體積力 （N/m ） 。 3 ） 能量守恒方程 ( ) T t + di v ( ) uT = di v k c p g r a d T + S T ， （3 ） 式 中 ： cp 為 比 熱 容 （J/ （kgK ） ） ； T 為 熱 力 學(xué) 溫 度 （K ） ； k 為 流 體 的 傳 熱 系 數(shù) ； u 為 速 度 項(xiàng) （m/s ） ； ST 為 流 體 的 內(nèi) 熱 源以及由于黏性作用流體機(jī)械能轉(zhuǎn)換為熱能的部分 。 2.2 輻射模型的確定 在CFD 數(shù) 值 模 擬 分 析 當(dāng) 中 ， 建 立 模 型 時(shí) ， 將 太 陽 輻 射 作 為 能 量 方 程 的 源 項(xiàng) 考 慮 ， 采 用 輻 射 傳 遞 方 程 來 進(jìn) 行 輻 射 傳 熱 分 析 。 目 前 ， Fluent 軟 件 針 對 輻 射 問 題 的 分 析 研 究 提 供 了5 種 模 型 ： Rossland 輻 射 模 型 、 P1 輻 射 模 型 、 DTRM 離 散 傳 播 輻 射 模 型 、 S2S 表 面 輻 射 模 型 、 DO 離 散 坐 標(biāo) 輻 射 模 型 。DO 輻 射 模 型 適 用 于 所 有 光 學(xué) 深度區(qū)間的輻射問題 ， 需要的內(nèi)存 、 計(jì)算量都比較適中 8 ， 茲選取DO 輻射模型 。 2.3 組分輸運(yùn)模型 CFD 數(shù) 值 分 析 中 ， 一 般 通 過 組 分 輸 運(yùn) 模 型 描 述 空 氣 的 濕 度 。 把 溫 室 內(nèi) 氣 體 看 成 是 空 氣 和 水 蒸 氣 的 混 合 物 ， 求解水蒸氣的質(zhì)量分?jǐn)?shù) ， 從而計(jì)算空氣的相對濕度 。 在這個(gè)對流擴(kuò)散過程中 ， 組分守恒方程為 ： t ( ) Y i + ( ) v Y i = - J i + R i + S i （4 ） 式 中 ： Yi 為 第i 種 物 質(zhì) 的 質(zhì) 量 分 數(shù) ； Ji 為 物 質(zhì)i 的 擴(kuò) 散 通 量 ； Ri 為 化 學(xué) 反 應(yīng) 的 凈 產(chǎn) 生 速 率 ； v 為 擴(kuò) 散 速 度 （m/s ） ； Si 為離散相及源項(xiàng)導(dǎo)致的額外產(chǎn)生速率 。 2.4 多孔介質(zhì)模型 在 溫 室 內(nèi) 空 氣 濕 度 的 數(shù) 值 模 擬 過 程 中 ， 采 用 多 孔 介 質(zhì) 模 型 描 述 溫 室 內(nèi) 地 面 的 土 壤 ， 并 將 其 作 為 源 項(xiàng) 添 圖1 日光溫室結(jié)構(gòu)橫截面圖 32加到動量方程中 。 S = K P u + C F K P u 2 ， （5 ） 式中 ： S 為動量源項(xiàng) ； 為空氣流速 （m/s ） ； CF 為非線性動量損失因子 ； KP 為多孔介質(zhì)的滲透率 （m 2 ） 。 3 日光溫室環(huán)境數(shù)據(jù)的實(shí)測與模擬 3.1 環(huán)境數(shù)據(jù)的實(shí)際測定 實(shí) 測 的 室 外 氣 象 參 數(shù) 包 括 溫 度 、 大 氣 相 對 濕 度 、 太 陽 輻 射 、 風(fēng) 速 和 風(fēng) 向 ， 由 設(shè) 置 在 溫 室 外 的 氣 象 站 數(shù) 據(jù) 采 集 儀 自 動 采 集 ， 每15min 采 集1 次 數(shù) 據(jù) ， 最 后 通 過 計(jì) 算 機(jī) 下 載 后 對 數(shù) 據(jù) 進(jìn) 行 處 理 ； 室 內(nèi) 氣 象 參 數(shù) 包 括 室 內(nèi) 空 氣 溫 度 和 濕 度 、 室 內(nèi) 土 壤 溫 度 及 含 水 率 、 室 內(nèi) 四 周 圍 護(hù) 結(jié) 構(gòu) 溫 度 等 ， 由HOBO ProV2 系 列 溫 濕 度 記 錄 儀 、 紅 外 線 測 溫 儀 進(jìn) 行 測 量 。 本 試 驗(yàn) 中 溫 室 內(nèi) 氣 象 參 數(shù) 采 用 布 點(diǎn) 測 量 方 法 采 集 ， 分 別 在 地 面 以 上0.5 、 1.3 、 2.0m 三 個(gè) 水 平 面 上 總 共 布 置 了27 個(gè) 測 點(diǎn) ， 圖2 為 溫 室 內(nèi)1.3m 高 度 處 水 平 面 上 溫 、 濕 度 測 點(diǎn) 的 分 布 。 3.2 環(huán)境數(shù)據(jù)的數(shù)值模擬 選 取 整 個(gè) 溫 室 結(jié) 構(gòu) 作 為 計(jì) 算 域 進(jìn) 行 環(huán) 境 數(shù) 據(jù) 數(shù) 值 模 擬 ， 通 過ICEMCFD 軟 件 ， 采 用 結(jié) 構(gòu) 化 網(wǎng) 格 對 溫 室 內(nèi) 空 間 進(jìn) 行 劃 分 ， 共 劃 分 網(wǎng) 格616068 個(gè) 。 溫 室 內(nèi) 環(huán) 境 條 件 的 實(shí) 際 測 定 于2014 年11 月10 16 日 進(jìn) 行 ， 期 間 基 本 為 晴 朗 天 氣 ， 選 取 具 有 代 表 性 的2014 年11 月12 日 的 試 驗(yàn) 數(shù) 據(jù) ， 如 表1 所 示 ， 把24h 內(nèi) 每 小 時(shí) 所 有 測 點(diǎn) 的 數(shù) 據(jù) 取 平 均 值 ， 作 為 數(shù) 值 模 擬 的 邊 界 條 件 輸 入 ， 同 時(shí) 為 了 保 證 所 建 立 模 型 的 可 靠 性 ， 也 選 取 其 他 幾 日 的 部 分?jǐn)?shù)據(jù)進(jìn)行模擬 。 表1 數(shù)值模擬邊界條件 參數(shù) 平均值 風(fēng)速/ （ms -1 ） 3.64 太陽輻射/ （Wm -2 ） 338 室外空氣 溫度/ 8.3 室外空氣相對 濕度/% 16.2 室內(nèi)土壤 溫度/ 15 室內(nèi)東墻 溫度/ 15.5 室內(nèi)西墻 溫度/ 17.5 室內(nèi)后墻 溫度/ 15 4 結(jié)果與分析 4.1 實(shí)測值與模擬值的對比 溫 室 內(nèi) 部 所 有 實(shí) 測 值 均 為 所 有 測 點(diǎn) 的 平 均 值 ， 模 擬 值 則 取 溫 室 內(nèi) 部 整 個(gè) 空 間 的 平 均 值 。 將24h 內(nèi) 每 小 時(shí) 的 溫 、 濕 度 平 均 數(shù) 據(jù) 進(jìn) 行 對 比 分 析 ， 結(jié) 果 見 圖3 和 圖4 。 從 圖3 和 圖4 可 以 看 出 ， 溫 室 內(nèi) 部 溫 度 的 實(shí) 測 值 與 模 擬 值 變 化 趨 勢 完 全 一 致 ， 誤 差 可 控 制 在3 以 內(nèi) ； 濕 度 的 實(shí) 測 值 走 勢 與 模 擬 值 也 幾 乎 一 致 ， 最 大 誤 差 值 為 6.8% 。2 組 對 比 結(jié) 果 顯 示 ， 模 型 的 整 體 擬 合 情 況 較 好 ， 表 明 建 立 的 模 型 具 有 較 高 的 可 信 度 ， 可 以 用 于 溫 室 環(huán) 境 分 析 。 圖5 為 其 他 模 擬 日14 ： 0016 ： 00 實(shí) 測 值 與 模 擬 值 的 對 比 圖 ， 整 體 擬 合 情 況 較 好 ， 更 進(jìn) 一 步 驗(yàn) 證 了 所建立模型的可靠性 。 圖3 溫室內(nèi)溫度實(shí)測值與模擬值的對比 圖4 溫室內(nèi)濕度實(shí)測值與模擬值的對比 圖2 溫室內(nèi)1.3m 高度處水平面上溫濕度測點(diǎn)分布 33（a ）15 日14:0016:00 （b ）15 日14:00 16:00 圖5 其他模擬日一時(shí)段內(nèi)實(shí)測值與模擬值的對比 由 圖3 可 知 ， 室 內(nèi) 溫 度 維 持 在922 之 間 ， 基 本 可 以 滿 足 作 物 生 長 對 溫 度 的 要 求 。 在08:00 12:00 間 ， 隨 太 陽 輻 射 的 增 強(qiáng) 室 內(nèi) 溫 度 呈 逐 步 上 升 的 趨 勢 。 在12:00 左 右 溫 室 進(jìn) 行 通 風(fēng) ， 溫 度 出 現(xiàn) 短 暫 的 下 降 ， 通 風(fēng) 結(jié) 束 后 溫 度 逐 漸 上 升 ， 在14:00 左 右 達(dá) 到 最 高 值 ， 達(dá) 到 峰 值 后 隨 著 太 陽 輻 射 逐 漸 減 弱 ， 室 內(nèi) 溫 度 也 逐 漸 下 降 。 圖6 為 模 擬 日 太 陽 輻 射 實(shí) 測 值 ， 溫 室 內(nèi) 溫 度 的 整 體 走 勢 與 太 陽 輻 射 走 勢 幾 乎 一 致 ， 可 以 看 出 太 陽 輻 射 是 日 光 溫 室 熱 量 的 主 要 來 源 。 溫 室 夜 間 使 用 草 簾 覆 蓋 進(jìn) 行 保 溫 ， 室 內(nèi) 溫 度 始 終 維 持 在9 左 右 ， 比 室 外 溫 度 （ 圖7 ） 高8 左右 ， 說明草簾的保溫效果顯著 。 圖6 模擬日太陽輻射實(shí)測值 圖7 模擬日室外溫度實(shí)測值 由 圖4 可 知 ， 溫 室 內(nèi) 濕 度 變 化 范 圍 在45% 98% ， 早 晨08:00 左 右 ， 由 于 整 個(gè) 夜 間 溫 室 溫 度 較 且 始 終 處 于 較 為 密 閉 的 狀 態(tài) ， 導(dǎo) 致 室 內(nèi) 濕 度 處 在 較 高 水 平 ； 之 后 隨 著 溫 度 逐 漸 上 升 ， 室 內(nèi) 濕 度 逐 漸 下 降 ， 在14:00 左 右 由 于 太 陽 輻 射 達(dá) 到 最 強(qiáng) ， 加 上 進(jìn) 行 自 然 通 風(fēng) 的 原 因 ， 濕 度 達(dá) 到 最 低 值 ， 通 風(fēng) 結(jié) 束 后 濕 度 逐 漸 回 升 ， 夜 間 濕 度 隨 著 溫 度 降 低 而 上 升 ， 數(shù) 值 較 高 ， 甚 至 接 近 飽 和 狀 態(tài) 。 室 內(nèi) 濕 度 太 高 ， 與 室 外 溫 差 較 大 時(shí) ， 更 容 易 形 成 凝 結(jié) 水 ， 并易導(dǎo)致病害 。 從 圖3 、 圖4 可 以 看 出 ， 室 內(nèi) 溫 、 濕 度 大 致 呈 現(xiàn) 負(fù) 相 關(guān) 關(guān) 系 。 為 了 更 好 地 反 映 這 一 關(guān) 系 ， 對 溫 室 內(nèi) 溫 度 和 濕 度 關(guān) 系 進(jìn) 行 了 線 性 回 歸 分 析 ， 結(jié) 果 如 表2 、 表3 所 示 。 回 歸 分 析 結(jié) 果 顯 示 ， 二 者 的 線 性 回 歸 模 型 的P 值 均 小 于0.0001 ， 說 明 二 者 具 有 極 顯 著 的 相 關(guān) 關(guān) 系 ； 決 定 系 數(shù) 達(dá)0.6575 ， 說 明 二 者 具 有 較 高 的 擬 合 精 度 ， 可 以 作 為 響 應(yīng) 預(yù) 測 。 溫 室 內(nèi) 溫 度 與 濕 度 的 線 性 擬 合 方 程 為 ： y=-0.0331x+1.1869 （x 為 溫 度 ， y 為 濕 度 ） ， R 2 =0.6575 。 根 據(jù) 回 歸 方 程 可 以 推 算 ， 溫 室 內(nèi) 溫 度 每 升 高1 ， 濕 度 會 降 低3.31% 。 一 般 情 況 下 ， 溫 室 內(nèi) 作 物 生 長 的 適 宜 濕 度 范 圍 不 應(yīng) 超 過 75% 9 ， 該溫室 濕度較 高 ， 需要進(jìn) 行調(diào)控 。 早上揭 開草簾 后 ， 由于環(huán) 境溫度 較低 ， 故不適 宜采用 通風(fēng)來 排濕 ， 可 以 盡 量 提 高 溫 度 來 降 低 濕 度 ， 當(dāng) 室 外 溫 度 達(dá) 到 作 物 生 長 適 宜 的 溫 度 時(shí) 再 采 用 通 風(fēng) 的 方 法 進(jìn) 行 排 濕 。 夜 間 也 可 以 采 取 增 溫 降 濕 的 方 法 ， 適 當(dāng) 地 對 溫 室 進(jìn) 行 加 溫 ， 以 降 低 室 內(nèi) 空 氣 相 對 濕 度 ， 防 止 病 害 發(fā) 生 。 表3 溫室內(nèi)溫度與濕度關(guān)系一元線性回歸的參數(shù)估計(jì) 變量 回歸截距 回歸系數(shù) 參數(shù)估計(jì) 1.1869 -0.0331 自由度 1 1 標(biāo)準(zhǔn)誤 0.0735 0.0049 T 值 16.14 -6.64 P 值 0.0001 0.0001 表2 溫室內(nèi)溫度與濕度關(guān)系一元線性回歸方差分析 方差來源 模型 誤差 總和 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 典型時(shí)刻溫室內(nèi)濕度的分布規(guī)律 14:00 時(shí) 溫 室 內(nèi) 部 濕 度 達(dá) 到 最 低 點(diǎn) ， 選 取 該 典 型 時(shí) 刻 各 測 點(diǎn) 及 其 余 測 試 參 數(shù) 的 平 均 值 作 為 邊 界 條 件 對 該 時(shí) 段 溫 室 內(nèi) 的 濕 度 分 布 狀 況 進(jìn) 行 模 擬 分 析 ， 結(jié) 果 如 圖8 所 示 。 由 圖8 可 知 ， 該 時(shí) 刻 距 離 北 墻2.0 、 4.0 和 6.0m 三 個(gè) 斷 面 的 濕 度 分 布 變 化 規(guī) 律 基 本 相 同 ， 在 垂 直 方 向 上 濕 度 的 分 層 現(xiàn) 象 比 較 明 顯 ， 從 地 面 到 溫 室 頂 部 的 覆 蓋 薄 膜 ， 濕 度 在 逐 漸 降 低 。 圖8 （a ） 中 濕 度 分 層 明 顯 ， 地 面 濕 度 較 高 ， 高 度 越 高 ， 濕 度 越 低 。 總 體 上 看 該 斷 面 上 濕 度 分 布 為2 層 ， 上 層 濕 度 范 圍 在0.39 0.48 之 間 的 區(qū) 域 比 重 占 到 了50% 左 右 ； 斷 面 下 層 的 濕 度 在0.480.7 之 間 ， 其 中 近 地 面 處 區(qū) 域 的 濕 度 最 高 ， 其 值 在0.610.70 之 間 。 由 圖8 （b ） 可 知 ， 濕 度 較 高 的 區(qū) 域 范 圍 比 圖8 （a ） 中 要 小 ， 濕 度 值 在0.48 0.70 間 的 區(qū) 域 范 圍 約 占30% ， 而 圖8 （a ） 相 同 濕 度 區(qū) 間 的 區(qū) 域 范 圍 約 占40% ， 而 濕 度 值 在0.39 0.48 之 間 的 區(qū) 域 范 圍 則 要 占 到70% 左 右 ； 由 圖8 （c ） 可 知 ， 濕 度 在0.48 0.57 間 的 區(qū) 域 約 占30% ， 沒 有 濕 度 值 超 過0.57 的 區(qū) 域 ， 地 面 以 上 的 濕 度 值 均 分 布 在0.39 0.48 之 間 ， 約 占 整 個(gè) 垂 直 面 面 積 的70% 。 距 北 墻6 m 處 斷 面 的 近 地 面 平 均 濕 度 遠(yuǎn) 低 于 距 北 墻2 m 和4 m 處 的 近 地 面 濕 度 。 通 過 對 比3 個(gè) 垂 直 斷 面 近 地 面 處 的 濕 度 值 可 以 看 出 ， 距 北 墻 距 離 越 遠(yuǎn) ， 近 地 面 處 的 空 氣 濕 度 會 越 低 ， 分 析 原 因 ， 可 能 是 白 天 在 有 太 陽 輻 射 的 情 況 下 ， 越 靠 近 地 面 ， 所 能 接 受 到 的 太 陽 輻 射 越 少 ， 加 之 溫 室 主 要 通 過 頂 部 薄 膜 和 北 墻 的 連 接 處 進(jìn) 行 通 風(fēng) ， 靠 近 地 面 處 受 到 通 風(fēng) 的 影 響 較 小 ， 濕 度 不 易 于 散 發(fā) 出 去 ， 而 土 壤 也 處 于 吸 熱 狀 態(tài) ， 從 而 導(dǎo) 致 靠 近 地 面 處 溫 度 較 低 ， 濕 度 較 大 。 另 外 ， 墻 體 具 有 一 定 的 保 溫 蓄 熱 能 力 ， 隨 著 距 離 北 墻 越 遠(yuǎn) ， 溫 度 越 低 ， 濕 度 也 逐 漸 變 小 。 而 地 面 以 上 的 濕 度 逐 漸 降 低 ， 原 因 是 越 靠 近 棚 頂 ， 接 受 的 太 陽 輻 射 越 多 ， 溫 度 較 高 ， 又 受 到 通 風(fēng) 的 影 響 較 大 ， 導(dǎo) 致 濕 度 逐 漸 降 低 。 生 產(chǎn) 中 需 要 對 距 離 北 墻 較 遠(yuǎn) 處 的 濕 度 進(jìn) 行 監(jiān) 測 ， 必 要 的 時(shí) 候 需 進(jìn) 行 灌 溉 補(bǔ) 水 。 （a ） 距北墻2.0m 處垂直面的濕度分布 （d ） 距西墻5.0m 處橫截面的濕度分布 （b ） 距北墻4.0m 處垂直面的濕度分布 （e ） 距西墻32.0m 處橫截面的濕度分布 （c ） 距北墻6.0m 處垂直面的濕度分布 （f ） 距西墻40.0m 處橫截面的濕度分布 圖8 溫室內(nèi)部南北走向 、 東西走向截面濕度分布 由 圖8 亦 可 知 ， 在14:00 時(shí) 溫 室 東 西 走 向 距 西 墻5 、 32 、 40m 處 斷 面 濕 度 有 差 異 ， 但 總 體 變 化 不 大 。 在 垂 直 方 向 上 ， 濕 度 分 布 的 分 層 現(xiàn) 象 較 為 明 顯 。 距 西 墻5m 處 斷 面 濕 度 范 圍 在0.39 0.70 之 間 ， 分 為3 層 ， 濕 度 值 在0.61 0.70 間 的 區(qū) 域 約 占10% ， 0.48 0.52 間 的 區(qū) 域 約 占30% ， 其 他 區(qū) 域 濕 度 值 在0.39 0.48 之 間 ； 距 西 墻 32m 處 斷 面 濕 度 值 為0.39 0.52 ， 分 為2 層 ， 近 地 面 處 濕 度 值 在0.48 0.52 之 間 ， 約 占30% ， 濕 度 值 在0.39 0.48 區(qū)域 約占70% 。 距西 墻40m 處 斷面 ， 濕度 值在0.390.70 之間 ， 分為3 層 ， 地面 附近 濕度 在0.61 0.70 之 間 ， 約 占5% ； 濕 度 值 在0.48 0.52 之 間 區(qū) 域 約 占20% ； 濕 度 值 為0.38 0.18 區(qū) 域 約 占75% 。 對 比3 個(gè) 截 面 的 濕 度 分 布 可 見 ， 平 均 相 對 濕 度 距 西 墻5m 處 斷 面 最 高 ， 距 西 墻40m 處 斷 面 次 之 ， 距 西 墻32m 處 斷 面 最 低 。 其 原 因 為 距 西 墻5m 斷 面 附 近 通 風(fēng) 條 件 較 差 ， 水 滴 凝 結(jié) 于 薄 膜 ， 致 使 濕 度 較 大 ； 距 西 墻40m 處 斷 面 靠 近 東 墻 ， 附 近 地 面 布 置 有 灌 溉 水 管 ， 經(jīng) 常 會 積 水 ， 濕 度 較 高 ， 但 東 墻 處 有 門 ， 通 風(fēng) 相 對 較 好 ， 會 使 濕 度 有 一 定 的 減 弱 作 用 ； 而 溫 室 中 間 部 分 輻 射 條 件 最 好 ， 通 風(fēng) 又 相 對 較 好 ， 因 此 濕 度 最 低 。 生 產(chǎn) 實(shí) 踐 中 ， 可 以 通 過 選 用 無 滴 膜 克 服 薄 膜 內(nèi) 側(cè) 凝 結(jié) 水 滴 的 弊 端 ， 也 可 減 輕 水 滴 對 太 陽 輻 射 的 反 射 和 吸 收 ， 提 高 薄 膜 的 透 光 率 ， 使 光 照 增 強(qiáng) ， 起 到 增 溫 降 濕 的 效 果 ； 也 可 以 通 過 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 發(fā)量 ， 從而有效地降低溫室內(nèi)的空氣濕度 ， 為溫室作物生產(chǎn)和病害防控創(chuàng)造良好的條件 。 355 結(jié) 論 1 ） 冬 季 晴 朗 天 氣 狀 況 下 ， 日 光 溫 室 在08:00 濕 度 達(dá) 到 最 高 值 ， 14:00 溫 度 達(dá) 到 最 高 值 ； 溫 室 內(nèi) 的 溫 度 和 濕 度極顯著負(fù)相關(guān) ， 溫度每升高1 ， 濕度大約降低3.31% 。 2 ） 溫 室 內(nèi) 部 溫 度 實(shí) 測 值 與 模 擬 值 誤 差 在3 以 內(nèi) ， 濕 度 實(shí) 測 值 與 模 擬 值 誤 差 可 控 制 在6.8% 以 內(nèi) ， 表 明 模擬模型對溫室內(nèi)的溫度和濕度整體擬合情況較好 ， 具有較好的準(zhǔn)確性與可靠性 。 3 ） 溫 室 濕 度 在 南 北 走 向 和 東 西 走 向 上 的 變 化 都 不 顯 著 ， 但 在 垂 直 方 向 上 呈 現(xiàn) 明 顯 的 分 層 現(xiàn) 象 。 模 擬 的 濕度結(jié)果與實(shí)際測量結(jié)果基本一致 ， 模型準(zhǔn)確可靠 。 4 ） 太 陽 輻 射 所 提 供 的 熱 量 足 以 維 持 溫 室 所 需 ， 草 簾 的 保 溫 效 果 顯 著 ， 無 需 對 溫 室 進(jìn) 行 加 溫 。 本 項(xiàng) 研 究 得 出 日 光 溫 室 溫 度 與 濕 度 呈 顯 著 負(fù) 相 關(guān) 關(guān) 系 ， 冬 季 晴 朗 天 氣 狀 況 下 夜 間 濕 度 較 高 ， 超 過 了 作 物 正 常 生 長 的 范 圍 ， 需 要 對 濕 度 進(jìn) 行 調(diào) 控 ， 這 與 譚 勝 男 5 、 常 麗 娜 9 、 辛 本 勝 10 等 的 研 究 結(jié) 果 一 致 。 本 文 的 不 足 之 處 是 數(shù) 值 模 擬 模 型 中 沒 有 考 慮 薄 膜 水 分 凝 結(jié) 對 濕 度 的 影 響 ， 也 沒 有 考 慮 熱 量 傳 遞 與 水 分 傳 遞 之 間 的 交 叉 影 響 ， 有 待 在 以后的研究中加以完善 。 參考文獻(xiàn) ： 1 陳曉 機(jī)械通風(fēng)條件下Venlo 型溫室內(nèi)溫度場與流場的數(shù)值模擬研究D. 杭州 ： 浙江工業(yè)大學(xué),2008. 2 丁小濤 ， 金海軍 ， 張紅梅, 等 單棟大棚和連棟塑料溫室溫 、 濕度環(huán)境比較研究J. 上海農(nóng)業(yè)學(xué)報(bào),2011,27 （2 ） ： 96-101. 3 李全平 ， 朱寶文 ， 高君元 高寒冷涼地區(qū)日光溫室相對濕度變化規(guī)律J. 中國農(nóng)學(xué)通報(bào),2015,31 （1 ） ： 204-209. 4 李本卿 強(qiáng)制通風(fēng)條件下Venlo 型溫室內(nèi)氣流場和溫度場的CFD 數(shù)值模擬研究D. 南京 ： 江蘇大學(xué),2009. 5 譚勝男 基于CFD 的現(xiàn)代化溫室環(huán)境數(shù)值模擬與優(yōu)化研究D. 南京 ： 南京農(nóng)業(yè)大學(xué),2013. 6 陳斌 寒冷干旱地區(qū)日光溫室冬季熱環(huán)境測試與模擬研究D. 呼和浩特 ： 內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學(xué),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 常麗娜. 被動式日光溫室熱濕環(huán)境實(shí)驗(yàn)與數(shù)值模擬研究D. 濟(jì)南 ： 山東建筑大學(xué),2011. 10 辛本勝. 日光溫室溫濕度預(yù)測模型研究D. 北京 ： 中國農(nóng)業(yè)大學(xué),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 責(zé)任編輯 ： 趙宇龍 36