农业大棚环境温度场CFD模拟及测控系统研究.pdf

摘要

摘要

目前，农业大棚种植已经成为现代农业的重要组成部分。农业大棚温度场的

分布直接或间接影响植物的生长和发育。植物的生长和发育伴随着热量的吸收和

释放，同时也会影响周围温度的变化。因此，监测农业大棚温度场，研究其变化

规律，对农业生产和理论研究具有重要意义。

ComputationalFluid

本文首先进行了农业大棚环境温度场的计算流体力学（

Dynamic,CFD）建模与仿真，然后分别基于光纤光栅阵列和多路电传感器进行了

空气温度场测量实验。推导了土壤温度场数学模型，基于光纤光栅阵列进行了土

壤温度场测量实验。分析了空气温度场和土壤温度分布规律及变化规律。最后设

计了均温调控系统，并进行了系统仿真。本文主要工作如下：

1CFD

（）农业大棚温度场模型的构建与模拟。在建立了农业大棚几何模型的

CFD

基础上，采用软件网格划分方法得到高质量网格化模型，将实验平台的数据

作为模型的初始和边界条件，在FLUENT平台上进行模型模拟和仿真，最终获得

3℃

仿真结果，误差在以内。

（2）分别基于多路电传感器和光纤光栅温度传感器串进行了农业大棚空气温

度场测量实验。多路电传感器测量系统包括上位机和下位机两部分，其中下位机

通过单总线传感器实现了多点温度采集，并通过串口传至上位机。上位机采用

LabView软件进行数据预处理、Excel储存、数据分组和显示。将光纤光栅传感器

串垂直布置于被测空气中，采用可调谐激光器法和寻峰算法解调光纤光栅波长，

从而获取空气不同高度点的温度值。将两种实验结果进行了对比验证。采用Origin、

Spyder等分析软件对测量的温度场数据进行了分析与研究，获得温度分布规律及

变化规律。研究结果表明：农业大棚内各高度层面空气温度相差不大，温度场的

变化与太阳光的辐射密切相关。

（3）进行了土壤温度场理论分析，并基于光纤光栅温度传感器串进行了土壤

温度场测量实验。将封装了光纤光栅串的不锈钢管垂直埋入被测土壤中实现了不

同深度土壤温度值的测量。实验结果表明，土壤内部温度随地表气温周期性变化

呈周期性变化。随着深度增加土壤温度受地表温度影响逐渐减小，振荡幅度逐渐

减弱但温度峰值滞后效应越来越明显。

4

（）进行了农业大棚均温调控系统设计与仿真。将多路电传感器采集的空气

温度数据上传至上位机记录与保存，上位机对测量的历史温度数据进行综合评判

并确定是否驱动风机工作，以达到高效均温目的。

I

盐城工学院硕士学位论文

关键词：农业大棚，空气温度场，土壤温度场，CFD仿真，光纤光栅

II

Abstract

Abstract

Atpresent,greenhousecultivationhasbecomeanimportantcomponentof

modernagriculture.Thedistributionoftemperaturefieldinagriculturalgreenhouses

directlyorindirectlyaffectsandreflectsthegrowthanddevelopmentofplants.The

growthanddevelopmentofplantsareaccompaniedbytheabsorptionandreleaseof

heat,whilealsoaffectingchangesinsurroundingtemperature.Therefore,monitoring

thetempe