日光温室通风情况下的温度场分布模型,利用湍流模型结合三大守恒定律实现,输入参数包括温室结构、位置、导热系数、折射率与反射率、土壤温湿度、传热系数、通风率、光照强度、水分蒸发、太阳辐射、植物蒸腾参数等等,输出温度分布图,matlab实现案例
时间: 2023-11-29 17:25:07 浏览: 120
基于MATLAB日光温室土壤二维传热模型的建立与应用_毕业论文.pdf
这是一个比较复杂的问题,需要对温室内的物理过程进行建模和求解。以下是一个简单的实现案例,仅供参考。
首先,我们需要定义温室的几何结构和材料参数。假设温室是一个长方体,长、宽、高分别为 $L_x$、$L_y$、$L_z$,由玻璃构成,导热系数为 $k_g$,折射率为 $n$,反射率为 $R$。假设温室内种植了植物,植物的蒸腾参数为 $E$。
我们还需要定义温室内的热量和质量守恒方程。假设温室内的温度场为 $T(x,y,z)$,湿度场为 $H(x,y,z)$,通风率为 $Q$,光照强度为 $I$,土壤温度为 $T_s$,土壤湿度为 $H_s$,传热系数为 $h$,太阳辐射为 $S$。则热量守恒方程为:
$$\rho c_p\frac{\partial T}{\partial t} = -\nabla\cdot\mathbf{q} + Q\rho c_p(T_{\text{out}}-T) + S - E$$
其中,$\rho$ 是空气密度,$c_p$ 是空气比热容,$\mathbf{q}$ 是热流密度,$T_{\text{out}}$ 是外部温度。质量守恒方程为:
$$\frac{\partial H}{\partial t} = -\nabla\cdot\mathbf{j} + Q(H_{\text{out}}-H) + E$$
其中,$\mathbf{j}$ 是水汽流密度,$H_{\text{out}}$ 是外部湿度。
我们需要考虑通风对温室内温度场的影响。假设通风速率为 $v$,通风口面积为 $A$,则通风对温室内温度场的影响可以表示为:
$$Q = \frac{vA}{V}\sqrt{\frac{T-T_{\text{out}}}{T_{\text{out}}}}$$
其中,$V$ 是温室的体积。
接下来,我们需要考虑太阳辐射对温室内温度场的影响。假设太阳辐射强度为 $I_0$,太阳高度角为 $\theta$,大气透过率为 $k$,则太阳辐射对温室内温度场的影响可以表示为:
$$S = \alpha I_0\cos\theta k$$
其中,$\alpha$ 是温室的表面积。
最后,我们需要考虑边界条件。假设温室底部和侧面与地面和外界的热交换可以忽略,则边界条件为:
$$T(x,y,0) = T_s$$
$$\frac{\partial T}{\partial z}\bigg|_{z=L_z} = 0$$
$$\frac{\partial T}{\partial x}\bigg|_{x=0,L_x} = 0$$
$$\frac{\partial T}{\partial y}\bigg|_{y=0,L_y} = 0$$
$$H(x,y,0) = H_s$$
$$\frac{\partial H}{\partial z}\bigg|_{z=L_z} = 0$$
$$\frac{\partial H}{\partial x}\bigg|_{x=0,L_x} = 0$$
$$\frac{\partial H}{\partial y}\bigg|_{y=0,L_y} = 0$$
现在,我们可以使用 Matlab 对上述方程进行求解。由于温室内的物理过程比较复杂,我们可以使用有限元方法对其进行离散化。具体步骤如下:
1. 将温室划分为若干个网格,计算每个网格的体积和表面积。
2. 将温度场和湿度场在每个网格内进行离散化,得到温度和湿度的节点值。
3. 将热量和质量守恒方程在每个网格内进行离散化,得到节点上的方程组。
4. 将通风和太阳辐射对温室内温度场的影响加入节点上的方程组。
5. 将边界条件加入方程组,得到完整的线性方程组。
6. 使用 Matlab 中的矩阵求解函数求解方程组,得到温度和湿度的节点值。
7. 将节点值插值到整个温室内部,得到温度和湿度分布图。
需要注意的是,由于温室内的物理过程比较复杂,上述模型只是一个简化的模型,实际情况会更加复杂。因此,上述模型只能作为初步的参考,具体的实现需要根据实际情况进行调整和优化。
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