随着计算机技术的发展，以流体质量、动量和能量三大守恒方程为数值计算理论依据的计算 机流体动力学(CFD)技术得到广泛应用，其结合流体湍流模型，可对温室内气流模式和温湿度 等要素的空间分布进行二维或三维模拟和预测。Okushima 等（1989）首次采用 CFD 方法对 单跨斜屋顶温室自然通风下内部环境进行了二维模拟，之后，基于 CFD 技术，国外学者先 后针对不同温室类型对通风窗布局（Ould Khaoua et al., 2006; Bournet et al., 2007）、风速风 向（Reichrath et al., 2000; Teitel et al., 2008）、作物种植（Brugger et al., 2003; Kacira et al., 2003）等对温室内的气流模式、温度分布和通风率（Kacira et al., 2004）进行了模拟和预测， 取得了较好的效果。国内学者孟凡英等（2013）和穆大伟等（2012）则分别研究了单跨和连 栋温室自然通风条件下温室内气流分布模式，陈忠购（2004）、朱文见（2005）及何国敏等 （2011）分别利用华北型连栋温室、供暖连栋温室、现代温室等不同设施类型，研究了温室 内气温变化对通风的响应机制。本文拟以济南为研究区域、日光温室为研究对象，试验与 CFD 模拟技术相结合，探讨冬季晴天条件下自然通风对温室内气温的影响特征，以期为日 光温室生产管理提供技术支撑。 1 材料与方法 1.1 试验设计 试验于 2013 年 1 月 26 日—2 月 14 日在山东省农业科学院试验基地进行，其地理位置 为 36°60′N，117°05′E，属于暖温带半湿润大陆性季风气候，年平均气温为 13.8 ℃，年降水 量为 685 mm， 年日照时数为 2200 h 以上； 供试验用温室为节能型钢架结构， 东西长为 60 m， 南北跨度为 10 m，后坡墙高度为 4.5 m，中脊高为 2 m，温室覆盖棚膜为聚乙烯无滴膜，膜 厚为 0.6 mm，透光系数为 75%，薄膜外覆盖保温被，日出后揭开，日落前后盖上，温室内 无供暖实施和照明设备。温室脊顶部设有 14 个 2.0 m 0. 8 m 推拉式通风口，前底部设有扒 缝式通风口。 温室种植蔬菜为番茄，品种为“金鹏 11 号”，种植方式为起垄种植，每垄种植两行，畦 宽为 80 cm，行距为 70 cm，株距为 33 cm。试验温室内土壤类型为典型棕壤，有机质含量 为 42.33 g·kg-1，有效磷为 435.8 mg·kg-1，速效钾为 997.8 mg·kg-1，pH 值为 7.37。生产管理 按高产栽培要求进行，2012 年 11 月 4 日定植，定植之前施基肥，灌溉方式为畦灌，2013 年 12 月 27 日施加氮肥，施肥方式为随水冲施；试验观测期间株高为 1.5 m，气象要素观测 为温室内外同步进行。 1.2 观测项目与方法 1.2.1 温室外气象观测 在温室的西侧 3 m 处设有 4 要素自动气象观测仪器，观测高度为 4.5 m，实时采集外界风速、风向、气温和湿度，数据采集频率均为 1 min·次-1 和 1 h·次-1 两 种类型。 1.2.2 温室内气温观测 在温室内设置了 8 个气温观测点位， 其中， 在温室中部距北墙 3 m 和 6 m 处各设 1 个观测点，观测高度为 1.5 m；沿距北墙 3 m 东西方向，自西向东 10 m 和 50 m 处各 1 个观测点位，每个点位的观测高度分别为 0.5、1.5 和 2.5 m，温度传感器为美 国产的 HC2S3，数据获取频次为 10 min。 1.2.3 温室内地温观测 在距北墙 2 m、西墙 20 m 处安装土壤温度传感器，同步观测 5、 10、20、30、40、80 和 120 cm 等 7 个层次土壤温度，土壤温度传感器为美国 Campbell 公 司产的 109-L35，数据采集频率为 10 min·次-1。图 1 为温室结构参数以及观测设备布设示意 图，888集团官网入口图 2 为日光温室侧视图，通过改变顶窗角度 α 和底部通风口 h 的大小来改变开窗方式。
1.3 CFD 基本原理 1.3.1 控制方程 将温室内空气视为连续、非稳定、不可压缩牛顿流体，温室内外气体的 质热交换遵循流体守恒方程，其表达式（王福军, 2004）为：
式中， 为通用传输量， 为流体密度，t 为时间，U 为速度矢量， 为广义扩散系数，S 为广义源项。 选取标准 湍流模型（Kacira et al., 2004）与上述控制方程构成封闭方程组，通过 对方程数值求解获得流场分布模式，近壁处气流流动采用标准壁面函数法。 1.3.2 Boussinesq 假设 自然通风条件下， 温室内外气体交换通常由热压和风压共同作用 -1 形成，当温室外风速较低时（ u2 m·s ），温室内气流流动以热压作用为主，此时使用 Boussinesq 假设比其他模型能获得更快的收敛速度， 且充分考虑了动量方程中由温度引起的 热浮力作用（程秀花, 2011）。 1.3.3 辐射模型 太阳辐射是影响温室内温度场的重要因素， 除少部分辐射被覆盖材料吸 收、反射或折射外，大部分进入温室内，一部分被空气介质吸收，其余被墙体和地面吸收， 同时温室内墙体和空气之间通过辐射进行能量交换。 常用的辐射模型包括离散传播 （DTRM） 模型、P-1 辐射模型、Rosseland 辐射模型、表面辐射（S2S）模型和离散坐标辐射（DO） 模型。其中，DO 辐射模型几乎适用于一切光学厚度，可对材质作不透明或半透明处理，因 此本研究选取 DO 辐射模型，进行日光温室数值模拟中的热辐射求解。太阳辐射对温室内微 环境的影响与太阳方位角及温室的地理位置密切相关，为了提高模拟精度，采用 Solar Ray Tracing 方法计算试验地点实时太阳辐射。
