第1章 绪论
1.1 课题背景及研究意义
随着我国温室行业不断引进国外先进温室技术，随之也产生诸多问题。现在我国主要引进的是以色列和荷兰的温室，但我国的气候条件却与上述两国有很大的差异，以色列位于西亚干旱地区，其温室主要强调水的节约使用和降温[2]；荷兰位于大西洋沿岸，属于典型的海洋性气候，其温室的特点是强调采光和冬季采暖保温[3]。而我国地处欧亚大陆东部，大陆性季风气候强，气温的年变化很大，冬季严寒，夏季酷热，冬季气温比同纬度其它国家要低，而且愈向北方，偏低愈甚。例如一月份，东北地区比同纬度其它国家气温偏低 14~18℃，黄淮流域偏低 10~14℃，长江以南地区偏低 8℃，华南沿海也偏低 5℃。夏季除沙漠地区以外，我国又是同纬度地区最热的国家 7月份平均气温东北和内蒙北部比同纬度平均偏高 4℃，华北平原偏高 2.5℃，长江中下游偏高 1.5~2.0℃[4]。因此，将国外的温室技术尽快的消化，形成真正适合中国气候特点和经济情况的温室，是我国设施农业发展的首要任务。
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1.2 我国温室业发展及数值模拟研究现状
1.2.1 我国温室业发展现状
我国的温室业有着悠久的历史，建国后得到了很大的发展。进入 90 年代，温室业得到了进一步发展，据有关部门统计，我国设施栽培面积在1996 年 69.91 万公顷基础上，1999 年猛增至 140 余万公顷，3 年间增长 1倍，平均年递增 23 万公顷。但由于种种原因，特别是能耗过大，运行费用高，管理不善，仅个别勉强维持生产，绝大部分不得不宣告失败[7]。随着经济的蓬勃发展，又出现了一次大的引进潮，以北京中以农场引进以色列大型塑料温室为标志，又开始了新一轮较大规模地引进国外先进的大型连栋温室技术的热潮，与以前不同的是这一次引进的不仅是温室的主体骨架，同时引进了成套设备和栽培技术。同时，国内在借鉴国外先进技术的同时，也努力发展自己的温室技术。如上海孙桥现代农业开发区与同济大学联手，在吸收和消化国外温室产品的基础上，开发改良型中档温室，为今后大面积的推广打下基础。
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第2章 影响温室传热相关因素分析
数学模型是数学抽象概括的产物，是具体对象的性质、关系，它利用代数、微积分、差分方程等数学工具，描述对象及其变化现象的模型，可以反映特定问题和特定的具体事物系统的数学物理关系。温室传热模型试图概括温室系统的热交换关系，在温室动态模型建立的基础上，建立稳态时热平衡关系式，分析各变化量的影响，为温室热环境的人工控制奠定数理基础。
2.1 温室物理模型的简化
任何模型的建立都需要对实际情况进行简化，忽略一些次要因素。温室换热情况的热分析及传热模型的建立首先需对实际温室的几何结构及其物理特性进行简化，以得到理想模型：
(1) 每一表面温度认为一均匀值；
(2) 温室内空气工作区平均温度为计算温度；
(3) 围护结构及地面认为是漫灰表面。
2.2 温室传热示意图2.3 动态传热模型的建立
求解以上各式必须确定多个相应的边界条件，然后从支配方程组求得边界层中的速度和温度分布，并据此求得壁面的阻力系数和换热系数。而对温室运作系统来讲，很难确定具体的边界条件，如果假设一系列边界条件，容易产生与实际条件不符的情况，失去研究的真实意义。由于温室各变化参数具有大延时性质，在较长的时间内参数变化缓慢；假设温室是由沿轴向方向的几个小温室组成，在每个小温室内，流体性质几乎均匀一致。因此，在一昼夜 24 小时内，将非稳态传热量离散到有限个时间段△t 内，在时间步长△t 内用稳态传热量代替非稳态传热量，可以使问题得以简化，故式(2-1)中各项热量表达式如下：
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第 3 章 现代温室供热系统的设计分析..............25
3.1 种植物生长的温度条件......................25
3.2 供热系统热负荷及组成....................26
3.3 室内外设计温度的确定....................27
3.4 围护结构和地面的传热...........................29
3.5 设计热负荷的概算与精算..................30
3.6 期间热负荷计算、采暖期的确定及温室能耗分析..................35
3.7 采暖系统的设计 ...................38
3.8 设计系统示意图 .......................43
3.9 本章小结 ......................44
第 4 章 温室数值模拟理论与分析..................45
4.1 温室几何模型建立 ........................45
4.2 有限容积法（FVM）及离散方程的建立 .............46
4.3 湍流流动及其数值模拟方法.......................48
4.4 网格划分 ..................52
4.5 Fluent 软件介绍 .............53
4.6 本章小结 ....................53
第5章 应用 FLUENT 软件模拟的结果和分析
本章在温室模型建立的基础上，设定求解策略和边界条件，对第 3 章设计温室进行数值模拟。并在此基础上，对散热器不同位置布置情况、按一般室外设计温度能耗条件情况进行了模拟，分析温度场的分布特点。
5.1 边界条件的确定
5.1.1 圆翼型散热器（D79）的简化
圆翼型散热器(D79)通过在圆管上增加肋片，大大增加了散热器的散热面积，但因此其几何结构也很复杂，在 CFD 模拟中，如不加以简化，CFD模型将过于复杂，且网格数目太多而导致无法计算。以散热器散热量相等为前提，可将圆翼型散热器简化为不同管径的圆管散热器。肋环散热量：
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结论
本文应用传热学知识，结合温室自身特点，建立温室传热的动态模型，建立稳态传热关系式，对简化后的温室进行了传热闭合求解。将一般建筑供暖理论知识应用到温室冬季供热上，设计了哈尔滨冬季条件下的温室供热系统；在此基础上，采用数值模拟技术，利用模拟软件 FLUENT 对设计温室进行模拟实验。本论文主要的工作和结论如下：
1.温度是温室生产的首要影响因素，一般来说当气温和土温低于 10℃时，植物将停止生长甚至死亡。因此，设计温室的供热系统，必须根据当地冬季的气温条件及温室生产的特点，保证室内温度在植物最低界限温度以上。
2.根据传热学知识，在对温室系统简化的基础上，建立温室动态传热模型。将温室根据辐射换热理论抽象成有三个表面组成的空腔，列出温室稳态传热的热平衡方程组，结合设计温室进行了闭合求解。
3.温室负荷室外计算温度不同于一般建筑，以哈尔滨为例，一般建筑冬季室外计算温度为-26℃，而对于温室是-30℃。同时由于围护结构的传热系数大，导致热负荷较大，这是 温室供暖的突出特点。且考虑温室室内生产的需要，供暖系统要求简单、易管理和维护，因而在现代温室工程中，普遍采用以圆翼散热器为放热管，复式串联连接的系统。本文设计温室即以此为供热系统。
4.计算流体力学(CFD)被广泛的应用于流动传热问题，本文即利用计算流体力学的办法来模拟温室冬季极端低温下供热状态室内温度场。运用CFD 模拟软件 FLUENT，检验了设计温室的正确性，室内温度场均匀且基本保证在设计温度 10℃以上。对以-26℃为室外设计计算温度的供热系统温室进行了-30℃低温下的模拟实验，证明其错误性。对放热管不同位置布置情况亦进行了模拟实验，通过比较，证明放热管靠墙布置的必要性。
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参考文献（略）