塑料拱棚是中国设施农业中广泛采用的一种设施类型。因其建造成本低、建设速度快、土地利用率高而广泛分布于我国南北方地区,但近年来随着设施农业对机械化水平要求的提高,传统拱棚因其尺寸较小已经不能满足机械化作业的要求,这对加大拱棚空间提出了迫切要求,因此非对称大跨度保温拱棚的理念由此形成,并且我国部分地区已开始这一理念的实践与探索。但目前针对非对称大跨度拱棚的使用缺乏理论指导,各项操作仍处在摸索之中,而且没有就非对称大拱棚内部的温度场和速度场进行详细的研究。基于以上问题,本论文以济南地区的新型非对称大跨度拱棚为研究对象,基于CFD研究了非对称大跨度拱棚内部的温度场和速度场分布,分析了不同天气、不同拱棚结构、不同通风口开度和外界风速对拱棚内部环境的影响,为非对称大跨度拱棚的使用和设计提供相应的理论依据。1.在低温典型晴天天气下,对济南地区的两座非对称大跨度拱棚进行了试验,发现13m+7m结构拱棚相较于15m+5m结构拱棚的昼平均温度、夜平均温度分别提高了1.8℃和1.6℃,本试验表明拱棚结构会对拱棚的保温性能产生影响。在典型高温天气下两拱棚内部温度数值差距不大。2.以13m+7m结构拱棚为例,采用Gambit软件进行网格划分,建立拱棚CFD模型,选用标准k-ε湍流模型,离散格式采用二阶迎风格式,利用solar ray tracing模拟阳光照射,采用DO太阳模型模拟太阳辐射,地温设置为恒温,棚膜两侧的换热通过耦合方式进行求解,棚内作物视为多孔介质,采用SIMPLE(semi-implicit method for pressure-linked equations)算法进行稳态求解。将模拟值与实测值对比发现,在1.5m、3.0m和4.5m三个测量高度上的误差分别为6.10%、6.30%、3.69%,表明建立的CFD模型有效。3.在以验证模型的基础上,对两座非对称大拱棚内部的温度场和速度场进行了详细分析,得出13m+7m结构拱棚在垂直方向和沿拱棚东西跨度方向上具有更好的温度梯度分布,整体温度更高,拱棚内速度场分布均匀,通风效果更好。对不同工况下非对称大跨度拱棚的使用情况进行了模拟:考虑棚内作物时,棚内作物区的温度上升了2.48℃左右;针对济南地区11m+9m结构的大拱棚具有最好的保温性能;低温环境下外界风速和顶通风口的开口大小对棚内温度具有显著影响;采用响应曲面法(Response Surface Methodology)建立了棚内温度与拱棚结构、外界风速和顶通风口之间的数学表达式,相关结论可以为非对称大拱棚的使用、设计和建造提供理论依据。4.为进一步提高非对称大拱棚在低温恶劣天气下的保温性能,通过数值模拟的方法研究了内保温对棚内温度的提升效果,求解计算后发现棚内温度提高了约2℃,能较好满足作物生长所需条件。