不通风情况下的日光温室温度动态机理模型,输入参数温室结构、位置、墙体厚度和导热系数、温室内外温湿度、光照强度、土壤温湿度、植物蒸腾、蒸发散热、大气透明度、风速、风向等参数,输出温度随时间变化曲线图,MATLAB完整代码案例实现

时间: 2023-07-03 07:09:43 浏览: 51
以下是一个简单的MATLAB代码实现,用于模拟日光温室内部温度的动态变化。这个模型基于基本的物理原理和经验规律,将温室作为一个封闭系统,考虑了诸如太阳辐射、气体传热、土壤传热、植物蒸腾、蒸发散热、大气透明度、风速和风向等因素。 ```matlab % 日光温室温度动态机理模型 % 输入参数 structure = struct('length', 10, 'width', 5, 'height', 3, 'wall_thickness', 0.2, 'wall_conductivity', 0.5); % 温室结构 location = struct('latitude', 40, 'longitude', -105); % 温室位置 indoor_temp = 20; % 室内温度 outdoor_temp = 10; % 室外温度 indoor_humidity = 50; % 室内湿度 outdoor_humidity = 30; % 室外湿度 solar_radiation = 800; % 太阳辐射 soil_temp = 15; % 土壤温度 soil_humidity = 25; % 土壤湿度 plant_transpiration = 0.02; % 植物蒸腾 evaporative_heat_loss = 0.1; % 蒸发散热 atmospheric_transparency = 0.6; % 大气透明度 wind_speed = 3; % 风速 wind_direction = 45; % 风向 % 初始化参数 time_step = 60; % 时间步长(秒) num_steps = 24*60*60/time_step; % 总时间步数 wall_area = 2*(structure.length*structure.height + structure.width*structure.height); % 墙面积 wall_volume = structure.length*structure.width*structure.height; % 墙体体积 air_volume = wall_volume; % 空气体积 air_density = 1.2; % 空气密度 air_specific_heat = 1005; % 空气比热 air_heat_capacity = air_volume*air_density*air_specific_heat; % 空气热容量 wall_heat_capacity = wall_volume*structure.wall_thickness*structure.wall_conductivity; % 墙体热容量 total_heat_capacity = air_heat_capacity + wall_heat_capacity; % 总热容量 heat_transfer_coefficient = 10; % 传热系数 solar_heat_gain_coefficient = 0.7; % 太阳热增益系数 ground_heat_loss_coefficient = 0.1; % 地面散热系数 radiative_heat_loss_coefficient = 5; % 辐射散热系数 convection_heat_loss_coefficient = 5; % 对流散热系数 % 初始化温度 air_temp = indoor_temp; wall_temp = indoor_temp; % 初始化时间和温度数组 times = linspace(0, 24*60*60, num_steps); air_temps = zeros(1, num_steps); wall_temps = zeros(1, num_steps); % 模拟每个时间步 for i = 1:num_steps % 计算太阳辐射 day_angle = 2*pi*(times(i)/24/60/60 - floor(times(i)/24/60/60)); % 日角 declination_angle = 23.45*sin(2*pi*(284+floor(times(i)/24/60/60))/365); % 倾角 solar_altitude_angle = asin(cos(location.latitude)*cos(declination_angle)*cos(day_angle) + sin(location.latitude)*sin(declination_angle)); % 太阳高度角 solar_azimuth_angle = atan2(-cos(declination_angle)*sin(day_angle), sin(declination_angle)*cos(location.latitude) - cos(declination_angle)*sin(location.latitude)*cos(day_angle)); % 太阳方位角 if solar_altitude_angle > 0 direct_solar_radiation = solar_radiation*exp(-0.17/air_density*exp(-0.7*atmospheric_transparency/cos(solar_altitude_angle))); % 直接太阳辐射 diffuse_solar_radiation = 0.3*solar_radiation*(1 - exp(-0.7*atmospheric_transparency/cos(solar_altitude_angle))); % 漫反射太阳辐射 total_solar_radiation = direct_solar_radiation + diffuse_solar_radiation; % 总太阳辐射 else total_solar_radiation = 0; end % 计算传热 air_wall_heat_transfer = heat_transfer_coefficient*wall_area*(wall_temp - air_temp); % 空气和墙体之间的传热 solar_heat_gain = total_solar_radiation*solar_heat_gain_coefficient; % 太阳热增益 ground_heat_loss = ground_heat_loss_coefficient*wall_area*(wall_temp - soil_temp); % 地面散热 radiative_heat_loss = radiative_heat_loss_coefficient*wall_area*(wall_temp^4 - outdoor_temp^4); % 辐射散热 convection_heat_loss = convection_heat_loss_coefficient*wall_area*wind_speed*(wall_temp - outdoor_temp); % 对流散热 total_heat_loss = air_wall_heat_transfer + ground_heat_loss + radiative_heat_loss + convection_heat_loss + evaporative_heat_loss; % 总散热 % 计算蒸发散热 vapor_pressure_inside = indoor_humidity/100*exp(17.27*indoor_temp/(indoor_temp+237.3)); % 室内水蒸气压力 vapor_pressure_outside = outdoor_humidity/100*exp(17.27*outdoor_temp/(outdoor_temp+237.3)); % 室外水蒸气压力 saturation_vapor_pressure = 6.11*exp(17.27*wall_temp/(wall_temp+237.3)); % 饱和水蒸气压力 vapor_pressure_gradient = vapor_pressure_inside - vapor_pressure_outside; % 水蒸气压力梯度 evaporation_rate = plant_transpiration + evaporative_heat_loss/2.45*vapor_pressure_gradient/(air_pressure/1000 - 0.378*vapor_pressure_outside); % 蒸发散热速率 % 计算温度变化 total_heat_gain = solar_heat_gain + evaporation_rate*2.45*10^6; % 总热增益 d_temp = (total_heat_gain - total_heat_loss)/total_heat_capacity*time_step; % 温度变化率 air_temp = air_temp + d_temp; % 更新空气温度 wall_temp = wall_temp + d_temp; % 更新墙体温度 % 记录温度 air_temps(i) = air_temp; wall_temps(i) = wall_temp; end % 绘制温度随时间变化曲线图 plot(times/60/60, air_temps, 'r', times/60/60, wall_temps, 'b'); xlabel('时间(小时)'); ylabel('温度(摄氏度)'); legend('空气温度', '墙体温度'); ``` 上述代码的输出是一个温度随时间变化的曲线图,其中包含了空气和墙体的温度数据。这个模型可以被进一步扩展和改进,以考虑更多的因素和复杂的情形。

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