用MATLAB求解以下数学模型设水滴半径为 $r$，体积为 $V$，初始时水滴位于容器底部，此时水滴表面积为 $S_0=4\pi r^2$。设容器内空气的初始相对湿度为 $RH_0$。则在初始时刻，水滴周围的空气中含有最大的水汽量，即达到饱和状态。随着时间的推移，水滴蒸发，水汽逐渐扩散到空气中，空气的相对湿度也会随之发生变化。假设在某个时刻 $t$，水滴半径为 $r_t$，此时水滴表面积为 $S_t=4\pi r_t^2$，体积为 $V_t=\frac{4}{3}\pi r_t^3$。设此时空气中的相对湿度为 $RH_t$，则有： $$RH_t=\frac{\text{水汽分压}}{\text{饱和水汽分压}}=\frac{e_t}{e_{sat}(T)}$$ 其中，$e_t$ 表示当前时刻水汽的分压，$e_{sat}(T)$ 表示在当前温度下的饱和水汽分压。根据经验公式，$e_{sat}(T)$ 可以表示为： $$e_{sat}(T)=611.2\exp\left[\frac{17.67(T-273.15)}{T-29.65}\right]\ \text{Pa}$$ 对于水滴的蒸发过程，可以假设其遵循 Fick 定律，即水汽的扩散速率与水汽浓度梯度成正比。因此，可以得到以下的微分方程组： $$\begin{cases} \frac{dV_t}{dt}=-kS_t\sqrt{\frac{RH_t}{RH_0}}\ \frac{dS_t}{dt}=-2kS_t\sqrt{\frac{RH_t}{RH_0}}\ \end{cases}$$ 其中，$k$ 是水的蒸发速率常数，可根据实验数据估算得到。

我们可以使用 MATLAB 中的数值求解函数 ode45 来求解这个微分方程组。首先，需要将微分方程组转化为函数形式，具体实现代码如下：

function dydt = water_evaporation(t, y, k, RH0)
r = (3*y(1)/(4*pi))^(1/3); % 求解当前时刻水滴半径
S = 4*pi*r^2; % 求解当前时刻水滴表面积
V = 4/3*pi*r^3; % 求解当前时刻水滴体积
RHt = y(2); % 当前时刻相对湿度
T = 25+273.15; % 温度设定为 25 度
esat = 611.2*exp(17.67*(T-273.15)/(T-29.65)); % 计算当前时刻的饱和水汽分压
et = esat*RHt; % 计算当前时刻水汽的分压
dydt = zeros(2,1); % 初始化返回的微分方程组值
dydt(1) = -k*S*sqrt(RHt/RH0)*et/V; % 计算体积的变化率
dydt(2) = -2*k*S*sqrt(RHt/RH0)*et/esat; % 计算相对湿度的变化率
end

在上述函数中，t 和 y 分别表示当前时刻和对应的状态变量，k 和 RH0 分别表示水的蒸发速率常数和空气的初始相对湿度。在函数中，我们首先根据当前时刻水滴半径计算出水滴的表面积和体积，然后根据当前时刻的相对湿度和温度计算出饱和水汽分压和水汽分压。接着，根据微分方程组的定义，计算出体积和相对湿度的变化率，并将其保存在 dydt 中返回。

接下来，我们可以使用 ode45 函数来求解微分方程组。具体实现代码如下：

k = 1e-10; % 设置水的蒸发速率常数
RH0 = 0.8; % 设置初始相对湿度
r0 = 1e-3; % 设置初始水滴半径
tspan = [0 3600]; % 设置求解时间范围
y0 = [r0^3*pi*4/3 RH0]; % 设置初始状态变量
[t, y] = ode45(@(t,y)water_evaporation(t,y,k,RH0), tspan, y0); % 求解微分方程组

在上述代码中，我们首先设置了水的蒸发速率常数和初始相对湿度，并设定了初始时刻的水滴半径、求解时间范围和初始状态变量。接着，使用 ode45 函数来求解微分方程组，其中第一个参数 @(t,y)water_evaporation(t,y,k,RH0) 表示微分方程组的函数句柄，tspan 表示求解时间范围，y0 表示初始状态变量。求解完成后，t 和 y 分别表示求解出的时间和对应的状态变量。

最后，我们可以使用 plot 函数将求解结果可视化。具体实现代码如下：

r = (3*y(:,1)/(4*pi)).^(1/3); % 计算对应时刻的水滴半径
V = y(:,1); % 计算对应时刻的水滴体积
RH = y(:,2); % 计算对应时刻的相对湿度
figure; % 新建一个图形窗口
subplot(2,2,1); plot(t, r*1e6); xlabel('Time (s)'); ylabel('Radius (\mum)'); % 绘制水滴半径随时间变化的曲线
subplot(2,2,2); plot(t, V*1e9); xlabel('Time (s)'); ylabel('Volume (nL)'); % 绘制水滴体积随时间变化的曲线
subplot(2,2,3); plot(t, RH); xlabel('Time (s)'); ylabel('Relative Humidity'); % 绘制相对湿度随时间变化的曲线
subplot(2,2,4); plot(V*1e9, RH); xlabel('Volume (nL)'); ylabel('Relative Humidity'); % 绘制相对湿度与水滴体积的关系

在上述代码中，我们首先根据求解结果计算出对应时刻的水滴半径、体积和相对湿度，并将其分别保存在 r、V 和 RH 中。接着，使用 subplot 函数在同一个图形窗口中绘制出水滴半径、体积和相对湿度随时间变化的曲线，同时绘制出相对湿度与水滴体积的关系图。

完整代码如下：

function dydt = water_evaporation(t, y, k, RH0)
r = (3*y(1)/(4*pi))^(1/3); % 求解当前时刻水滴半径
S = 4*pi*r^2; % 求解当前时刻水滴表面积
V = 4/3*pi*r^3; % 求解当前时刻水滴体积
RHt = y(2); % 当前时刻相对湿度
T = 25+273.15; % 温度设定为 25 度
esat = 611.2*exp(17.67*(T-273.15)/(T-29.65)); % 计算当前时刻的饱和水汽分压
et = esat*RHt; % 计算当前时刻水汽的分压
dydt = zeros(2,1); % 初始化返回的微分方程组值
dydt(1) = -k*S*sqrt(RHt/RH0)*et/V; % 计算体积的变化率
dydt(2) = -2*k*S*sqrt(RHt/RH0)*et/esat; % 计算相对湿度的变化率
end

k = 1e-10; % 设置水的蒸发速率常数
RH0 = 0.8; % 设置初始相对湿度
r0 = 1e-3; % 设置初始水滴半径
tspan = [0 3600]; % 设置求解时间范围
y0 = [r0^3*pi*4/3 RH0]; % 设置初始状态变量
[t, y] = ode45(@(t,y)water_evaporation(t,y,k,RH0), tspan, y0); % 求解微分方程组

r = (3*y(:,1)/(4*pi)).^(1/3); % 计算对应时刻的水滴半径
V = y(:,1); % 计算对应时刻的水滴体积
RH = y(:,2); % 计算对应时刻的相对湿度
figure; % 新建一个图形窗口
subplot(2,2,1); plot(t, r*1e6); xlabel('Time (s)'); ylabel('Radius (\mum)'); % 绘制水滴半径随时间变化的曲线
subplot(2,2,2); plot(t, V*1e9); xlabel('Time (s)'); ylabel('Volume (nL)'); % 绘制水滴体积随时间变化的曲线
subplot(2,2,3); plot(t, RH); xlabel('Time (s)'); ylabel('Relative Humidity'); % 绘制相对湿度随时间变化的曲线
subplot(2,2,4); plot(V*1e9, RH); xlabel('Volume (nL)'); ylabel('Relative Humidity'); % 绘制相对湿度与水滴体积的关系