2023亚太杯数学建模B题思路分析 - 玻璃温室中的微气候法规

1 赛题

问题B 玻璃温室中的微气候法规

温室作物的产量受到各种气候因素的影响，包括温度、湿度和风速[1]。其中，适 宜的温度和风速是植物生长[2]的关键。为了调节玻璃温室内的温度、风速等气候因素 , 温室的设计通常采用带有温室风扇的通风系统，如图1所示。温室风机的位置和暖风 出口的速度影响着温室内速度场和温度场的分布和均匀性。因此，如何优化温室风机, 获得合适的风速和温度，提高其均匀性，是当前玻璃温室设计需要解决的重要问题。

图1。玻璃温室

玻璃温室是密封的，放置在室内，不考虑外部因素，如温室门、通风条、太阳辐射 等环境因素。 目前设计的玻璃温室的尺寸为10米！3m!2米（长度！宽度高度)和温室风 扇的大小为0.5米！0.5米，位于温室的左侧。温室扇的中心位于距地面1.3米处，如图 2所示。温室风机侧的边界条件设置为速度入口条件，在水平方向40“吹暖风，平均速度为2 m/s。温室的外玻璃和底土被设置为墙体条件，主要是交换

能量与整个温室通过对流传热和传导[3]。初始温度设置为20 ”。当作物在温室内种植时，有必要考虑作物的冠层阻力。作物模型可以简化为尺寸为8米的多孔介质！2m ! 0.5米（长度！宽度高度)[4]，放置在温室的中心。温室内作物生长的适宜风速为0.31m/s，适宜温度为23-26 ”。

图2。玻璃温室结构示意图

问题1：请建立一个无作物的玻璃温室内的温度和风速分布的数学模型。显示温室高度
0的截面风速和温度分布。5米。

问题2：请建立一个有种植作物的玻璃温室内的温度和风速分布的数学模型。呈现温室 内两个横截面的风速和温度分布：一个在0.5米高度（作物冠层水平），另一个在0.1米高度（作物冠层内）。分析这些条件是否适合作物生长。

问题3：请提供以下两种情况下玻璃温室内的温度和风速分布，并与第二个问题中提出 的解决方案进行比较。在方案1中，将暖风出口的速度从2 m/s增加到3 m/s。在方案2中，通过将温室风扇从1.3米移动到1米，来降低它的位置。

问题4：您的团队能否从温室扇的数量、位置、风速、吹风温度、规格、不同作物等因
素等方面进一步优化玻璃温室的温室扇设计。

参考文献
[1] Singh M C，Singh J P，Pandey S K，等。影响温室黄瓜栽培性能的因素-一篇综 述。《国际当前微生物学与应用科学杂志》，2017年，第6（10）： 2304-2323页。
[2] Liu Y，李D，万S，等。一种基于长期短期记忆的温室气候预测模型。国际智能系 统杂志，2022年，37(1)： 135151。
[3] Norton T，太阳D W，Grant J，等。计算流体动力学（CFD）在农业通风系统建模 和设计中的应用：一篇综述。生物资源技术》，2007年，98（12）： 2386-2414。
[4]，庞等，等。利用计算流体动力学优化温室昆虫的筛选。生物系统工程学，2006年 , 93(3)：301-312。

2 解题思路

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