课题组设施农业抗风方向三位同学通过硕士学位论文答辩

2026年5月16日，李勋煜、余字秉、张芙榕三位硕士研究生在研发楼811室进行了硕士学位论文答辩，并顺利通过。

答辩委员会

01

论文题目：《热带海岛典型农业温室风荷载干扰效应的数值模拟研究》

摘要：

海南省地处热带海岛，受热带气旋影响显著，台风及强风活动频繁，农业温室结构在极端风荷载作用下易发生风致破坏。揭示台风风场下温室表面风压分布规律及体型系数，对提升其抗台风设计水平具有重要工程意义。此外，温室多以群体形式布置，群体间干扰效应会显著改变局部流场结构并影响风压分布。因此，系统开展农业温室风荷载干扰效应研究，对完善设施农业抗风设计体系具有重要工程价值。针对农业温室风致破坏问题，本文以热带海岛典型农业温室为研究对象，综合采用现场实测、风洞试验与数值模拟方法，系统开展了农业温室风荷载数值模拟与验证、台风风场下风荷载特性及风致干扰效应研究。主要研究内容如下：

（1）基于热带海岛近地面良态风场实测数据与风洞测压试验，采用Realizablek-ε模型模拟温室表面平均风压，结合NSRFG方法（Narrowband Synthesis Random Flow Generation）与大涡模拟（LES）提升脉动风压模拟精度。数值模拟结果与风洞试验数据吻合良好，验证了数值模拟的可靠性。研究表明，斜风作用下温室表面负压及脉动风压显著增大，双坡形温室在45°、60°风向角下平均风压系数峰值分别达-1.81、-1.76，较0°风向增幅为163%~170%；相同风向角下，其脉动风压系数峰值较圆拱形温室高16%~70%，气动敏感性更强。基于屋面风压分布的非均匀性，结合规范划分屋面局部分区，明确屋脊及屋面边缘为风致易损核心区域。

（2）基于超强台风“摩羯”实测风场数据，开展台风风场下典型农业温室风荷载研究。结果表明，台风风场在10m高度处湍流强度较良态风场增大约129%，风速谱呈现宽频谱、高湍流能量特征。两类风场下风压分布趋势总体一致，但台风显著放大风压水平。圆拱形温室平均风压增幅为30%~70%，脉动风压增幅为13%~35%；双坡形温室部分风向角下平均风压增幅达50%~300%，局部脉动风压增幅超过50%。给出适用于热带海岛台风多发区的温室体型系数建议值，并进一步提出台风风场影响因子，其中圆拱形温室为1.3~1.9，双坡形温室局部区域超过2.5。

（3）系统研究圆拱形温室在串列、并列及错列布置下的风荷载干扰效应。串列布置以遮挡效应为主，0°~60°风向角时最显著，当纵向间距（Ly）为1.25时，B2区I摘要的干扰因子（IF）为0.44，75°~90°风向角出现局部放大，Ly≥2.50时干扰效应基本消失；并列布置呈“先放大后遮挡”，0°~45°风向角时放大效应显著，当横向间距（Lx）为1.10时，B1区的IF值高达1.42，60°~90°风向角时以遮挡效应为主，当Lx≥1.50时干扰效应基本消失；错列布置同时存在放大与遮挡效应，小间距下最显著，当Ly=1.25，Lx=1.10时，B1区的IF值为1.27。当Ly≥2.25且Lx≥1.50时，干扰效应基本消失。综合考虑不同布置方式，圆拱形温室相互干扰系数（η）建议取0.80~1.15。

02

论文题目：《热带海岛连栋农业温室风荷载自干扰效应的风洞试验研究》

摘要：

相较于单栋温室，连栋温室在生产规模、环境控制及机械化作业效率等方面优势显著。海南省地处热带季风海洋性气候区，热带气旋及台风活动频繁。连栋温室为轻型风敏感结构，整体安全储备较低；加之当地温室设计未充分结合区域气候特征，致使其在强/台风作用下极易损毁与倒塌。因此，系统开展连栋农业温室的风压分布特征及气动自干扰机理研究，对建立适用于热带海岛地区的连栋温室设计标准，以减少区域农业温室风致灾害具有重要理论与工程指导意义。

本文以热带海岛典型圆拱形、双坡形连栋农业温室为研究对象，采用风洞测压试验，系统开展两类连栋温室的风压分布特征、整体与局部体型系数、风荷载自干扰效应以及单风向与全角度风向下极值风压研究。主要研究内容与结果如下：

（1）基于风洞测压数据，分析圆拱形、双坡形连栋温室在不同风向角、连栋数及栋位下的平均与脉动风压分布规律，并总结干扰机理及强度。结果表明，0°~30°风向下，遮挡效应显著，两者风压呈“首尾大、中间小”特征；高压区向迎风角部迁移，双坡温室受锥形涡影响，脉动风压在30°达峰值。45°~60°风向下，圆拱形温室遮挡效应消失，受峡谷效应影响呈“中间栋强化”特征；双坡形温室则因能量逐级耗散，风压峰值单调递减，并在45°达平均负压峰值。75°~90°风向下，两者风压均呈迎风边缘主导的顺风向快速衰减规律，并受气流汇聚影响，均表现出“中间栋局部放大”特征。

（2）将试验所得整体体型系数与我国规范对比后发现，0°风向下，圆拱形连栋温室中间栋屋面中部、尾栋背风屋面、迎风墙及首栋侧墙与规范吻合良好，规范低估首栋迎风屋面及首、尾栋屋面中部的负压值，却高估首栋和中间栋背风屋面、尾栋和中间栋迎风屋面等区域的负压值；双坡形连栋温室首栋迎风屋面、迎风墙及首栋侧墙与规范吻合良好，却高估第3栋及以后中间栋、尾栋的迎风、背风屋面等区域的负压值。90°风向下，除侧墙与规范偏差较大外，两种连栋温室各栋其余分区与规范吻合良好。

（3）提出自干扰下连栋温室屋面的局部分区方案，总结两种连栋温室屋面局部分区最不利体型系数，并确定可供抗风设计参考的干扰因子IF。结果表明，两种连栋温室均是中间栋干扰效应最为显著，尾栋干扰效应次之，首栋干扰效应最小；圆拱形连栋温室屋面约68%区域呈现遮挡效应，约32%区域呈现放大效应，干扰因子范围在0.46~1.85，最大增幅为85%。双坡形连栋温室屋面约74%区域呈现遮挡效应，约26%区域呈现放大效应，干扰因子范围在0.70~1.47，最大增幅为47%。

（4）基于广义Pareto分布（GPD）、广义极值分布（GEV）与峰值因子法计算极值风压。结果表明，GPD法相较于GEV法和峰值因子法，在数值精度与统计检验两方面均表现最优。采用GPD法计算极值风压发现，单风向角下，两种温室类型屋面极值风压随风向角变化规律与平均、脉动风压类似。全角度风向下，两种温室表现出不同的分布规律：圆拱形连栋温室整体呈“中间大、首尾小”的分布；而双坡形连栋温室由于斜风（15°~45°）锥形涡效应占据主导，掩盖横风下的中间栋峡谷放大特征，最终呈现“边缘大、中间小”的分布特征。

03