2023亚太杯数学建模B题思路 - 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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