[发明专利]一种venlo型温室环境的高分辨率降阶建模方法

权利要求书

1.一种venlo型温室环境的高分辨率降阶建模方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤1，利用计算流体力学工具对温室环境作稳态数值仿真，构造不同温室外部条件下的温度场与风速流场数据集；步骤2，通过本征正交分解技术构造数据集的特征向量；步骤3，传感器测量室外太阳辐射强度、室外温度与机械通风口风速；步骤4，根据传感器测量值和数据集的特征向量推算温室内局部作物区域的温度分布和空气流场；

所述步骤1中，温室外部条件包括太阳辐射强度、室外温度和温室通风口风速；温室内部温度场与风速流场数据集的建立步骤如下：

步骤1.1根据历史天气数据对温室外部太阳辐射强度和干球温度的逐时值分档，对温室机械通风口风速分档，每档确定一个典型气象值；步骤1.2利用计算流体力学工具建立温室环境的三维几何模型，确定温室边界条件、合理选择湍流模型；步骤1.3针对外部条件各个典型值分别求取控制域内质量、动量及能量方程的稳态解，提取其中的温度分布与风速流场组成数据集；

所述步骤4中，外部条件实测值对应的温室内部温度分布和风速流场通过公式和推算得来,上式中，表示室外太阳辐射强度，表示室外干球温度，表示温室通风口风速；

特征向量系数b的取值通过多维插值方法得到。

2.根据权利要求1所述的一种venlo型温室环境的高分辨率降阶建模方法，其特征在于：步骤1.1具体为：太阳辐射强度分为400瓦，500瓦,600瓦，700瓦和800瓦共五档；干球温度分为26度，27度，28度，29度，30度，31度，32度，33度，34度，35度共十档；温室通风口风速分为0.5米/秒，1.0米/秒，1.5米/秒，2.0米/秒，2.5米/秒共5档。

3.根据权利要求1所述的一种venlo型温室环境的高分辨率降阶建模方法，其特征在于：步骤1.2具体为：所述湍流模型采用标准k-ε模型；Fluent求解器设置为解算质量、动量与能量方程的稳态解；边界条件除进出口外，假定边界上无物质和能量上的传递，覆盖层边界条件设定为热流常量，以模拟覆盖层吸收太阳热辐射后以自然对流的形式向室内释放热量；对建立的几何模型划分网格。

4.根据权利要求1所述的一种venlo型温室环境的高分辨率降阶建模方法，其特征在于：所述步骤2中，构造数据集特征向量的基本步骤如下：

步骤2.1考虑由不同外部条件典型值仿真得到m个温度场和风速流场，将它们拉直为列向量，并组成n×m维矩阵S^θ和S^u：

S^θ＝(θ₁，…，θ_m)和S^u＝(u₁，…，u_m) (1)

这里S^θ是拉直后的温度场矩阵，…S^u是拉直后的风速流场矩阵，n是温室内网格点总数；

步骤2.2定义相关矩阵C^θ和C^u：

和

其中C^θ为温度场矩阵的相关矩阵，C^u为风速流场矩阵的相关矩阵，T表示矩阵转置；计算其特征值问题：

C^θχ^θ＝λ^θχ^θ和C^uχ^u＝λ^uχ^u (2)

这里λ^θ、λ^u分别代表温度场与风速流场相关矩阵的特征值，χ^θ与χ^u分别代表温度场与风速流场相关矩阵的特征向量；

步骤2.3由公式(1)，(2)计算温度场与风速流场数据集的特征向量Φ^θ(x)和Φ^u(x)：

和

这里p表示保留前p个主导特征向量；这样，外部条件变化下的温室内部温度场和风速流场可描述为p个特征向量及其系数b的线性组合：

上式中，表示室外太阳辐射强度，表示室外干球温度，表示温室通风口风速。

5.根据权利要求1所述的一种venlo型温室环境的高分辨率降阶建模方法，其特征在于：所述步骤3中，传感器型号具体为光照传感器采用拓普瑞TP-LUX，温度传感器采用拓普瑞TP402，风速传感器采用三相超声波风速风向仪WXT510。