PC板温室的温湿度建模与仿真

论文摘要

温室技术是现代农业技术的典型代表模式，PC板覆盖材料以其采光性能好、强度高、抗冲级破坏性能强、使用寿命长等优点，广泛地应用于现代温室。温室通过覆盖材料形成了一个与外界环境相隔离的特殊小气候环境，影响温室小气候环境的因子有太阳辐射、温度、湿度、CO2浓度和通风等，其中温度和湿度是温室小气候的主导因子。温室小气候具有强非线性、强耦合、强干扰、时变等特点，是一个非常复杂的动力学系统。温室小气候调控，是现代温室控制中最重要的组成部分，研究温室小气候建模，是建立适合我国国情的、能自动调控温室小气候的可控环境农业的基础。本文旨在建立简单适用的PC板温室温湿度模型，这些模型综合考虑室内外环境以及作物生长状况对其影响，并对模型中部分有范围却难以确定的参数利用迭代法进行估计。论文首先介绍了国内外现代温室产业的发展概况，阐述了温室小气候的特点和研究意义，简述了温室小气候建模领域的研究成果与进展，并提出了目前存在的不足之处。然后简述温湿度对温室作物的影响，指出对温室内温湿度的研究对我国现代化温室产业的发展具有至关重要的意义。机理分析法是数学建模中的基本方法之一，通过分析了温室的温湿度环境，根据传热学、传质学理论，及作物蒸腾作用、呼吸作用、光合作用等生理学原理，应用物质与能量守恒原则，建立了与室外温度、太阳辐射强度、风速及作物蒸腾作用相关的温湿度动态模型，定量描述了太阳辐射、长波辐射、作物蒸腾、地面蒸发和自然通风等过程，实验验证以安徽农业大学农萃园PC板温室为例，利用MATLAB仿真软件对所建模型进行仿真验证，结果表明模型输出与实测数据基本吻合，具有良好通用性。最后，总结全文，提出本课题的研究意义，指出现有工作扔需继续改进，并对温室小气候建模的研究工作进行设想和展望。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 世界各国现代温室发展概况
• 1.3 我国现代温室发展概况
• 1.4 本文研究的意义
• 本章小结
• 2 基本原理
• 2.1 温湿度预测模型的构建思路
• 2.2 温度对作物生长的影响
• 2.3 湿度对作物的影响
• 2.4 温湿度变化特点
• 2.4.1 温度的变化特点
• 2.4.2 湿度变化特点
• 2.5 温湿度调控措施
• 2.5.1 通风
• 2.5.2 蒸发降温
• 2.5.3 温室遮阳
• 2.6 温室建模方法概述
• 本章小结
• 3 温湿度预测模型的建立
• 3.1 温度系统机理的建模
• 3.1.1 温室内显热增量
• 3.1.2 太阳光辐射能量
• 3.1.3 自然通风热交换能量
• 3.1.4 长波辐射能量
• 3.1.5 温室覆盖材料热交换能量
• 3.1.6 温室作物蒸腾所需能量
• 3.2 温室湿度的建模
• 3.2.1 温室内水气含量
• 3.2.2 土壤蒸发产生水气量
• 3.2.3 温室内凝结量
• 3.2.4 通风散失水气
• 3.3 模型参数的确定
• 本章小结
• 4 模型试验验证及结果分析
• 4.1 试验目的
• 4.2 试验条件
• 4.2.1 气候条件
• 4.2.2 试验温室设备配置
• 4.3 试验方法
• 4.4 试验步骤
• 4.5 试验结果及分析
• 4.5.1 温室内温度的模拟结果与分析
• 4.5.2 温室内湿度的模拟结果与分析
• 本章小结
• 5 总结与展望
• 5.1 主要研究工作
• 5.2 未来的研究工作
• 参考文献
• 致谢
• 附录
• 作者简介
• 在读期间发表的论文