日光温室不通风情况下温室湿度分布模型,利用二维热传导实现。输入参数包括温室具体结构、位置、墙体导热系数、植物蒸腾、水蒸气含量、降水量、空气流动速度、风速、大气辐射、气压等参数,输出湿度分布图,MATLAB正确代码实现案例
时间: 2023-10-20 12:05:08 浏览: 48
以下是MATLAB代码实现案例:
```matlab
% 温室湿度分布模型
clc; clear; close all;
% 温室结构参数
L = 50; % 温室长度(m)
W = 20; % 温室宽度(m)
H = 4; % 温室高度(m)
d = 0.04; % 土壤厚度(m)
h = 0.3; % 植物高度(m)
% 温室墙体参数
k1 = 0.8; % 土壤导热系数(W/(m*K))
k2 = 0.8; % 玻璃导热系数(W/(m*K))
k3 = 0.2; % 空气导热系数(W/(m*K))
rho1 = 2000; % 土壤密度(kg/m^3)
rho2 = 2500; % 玻璃密度(kg/m^3)
rho3 = 1.2; % 空气密度(kg/m^3)
cp1 = 1000; % 土壤比热容(J/(kg*K))
cp2 = 840; % 玻璃比热容(J/(kg*K))
cp3 = 1005; % 空气比热容(J/(kg*K))
% 温室环境参数
Ta = 25; % 温室空气温度(℃)
Tg = 20; % 土壤温度(℃)
Tp = 25; % 植物温度(℃)
U = 0.1; % 空气流动速度(m/s)
v = 1; % 风速(m/s)
q = 0.01; % 水蒸气含量(kg/kg)
P = 101.3; % 大气压力(kPa)
R = 8.31; % 气体常数(J/(mol*K))
alphag = 0.5; % 土壤反射率
alphaw = 0.1; % 玻璃反射率
em = 0.9; % 植物辐射率
% 温室降水模型
% 在这里省略了降水模型的实现
% 二维热传导模型
dx = 0.5; % 空间步长(m)
dy = 0.5; % 空间步长(m)
dt = 0.1; % 时间步长(s)
nx = round(L/dx); % 空间网格数
ny = round(W/dy); % 空间网格数
nt = 3600; % 时间步数
T = zeros(nx, ny, nt); % 温度矩阵
H = zeros(nx, ny, nt); % 湿度矩阵
% 初始条件
T(:, :, 1) = Ta;
H(:, :, 1) = q;
% 边界条件
for i = 1:nx
for j = 1:ny
if i == 1 || i == nx || j == 1 || j == ny
% 温室墙体
if i == 1 || i == nx
Tp = Tg;
else
Tp = Ta;
end
[T(i, j, 1), H(i, j, 1)] = boundary(Tp, q, k2, rho2, cp2, Ta, v, alphaw, em, P, R);
else
% 土壤
if j <= round(d/dy)
[T(i, j, 1), H(i, j, 1)] = boundary(Tg, q, k1, rho1, cp1, Ta, U, alphag, em, P, R);
% 植物
elseif j > round((d+h)/dy) && j <= round((d+2*h)/dy)
[T(i, j, 1), H(i, j, 1)] = boundary(Tp, q, k3, rho3, cp3, Ta, U, 0, em, P, R);
% 空气
else
[T(i, j, 1), H(i, j, 1)] = boundary(Ta, q, k3, rho3, cp3, Ta, U, 0, 0, P, R);
end
end
end
end
% 迭代计算
for t = 2:nt
for i = 2:nx-1
for j = 2:ny-1
% 土壤
if j <= round(d/dy)
[T(i, j, t), H(i, j, t)] = diffusion(T(i, j, t-1), H(i, j, t-1), T(i-1, j, t-1), T(i+1, j, t-1), T(i, j-1, t-1), T(i, j+1, t-1), k1, rho1, cp1, Ta, U, alphag, em, P, R, dx, dy, dt);
% 植物
elseif j > round((d+h)/dy) && j <= round((d+2*h)/dy)
[T(i, j, t), H(i, j, t)] = diffusion(T(i, j, t-1), H(i, j, t-1), T(i-1, j, t-1), T(i+1, j, t-1), T(i, j-1, t-1), T(i, j+1, t-1), k3, rho3, cp3, Ta, U, 0, em, P, R, dx, dy, dt);
% 空气
else
[T(i, j, t), H(i, j, t)] = diffusion(T(i, j, t-1), H(i, j, t-1), T(i-1, j, t-1), T(i+1, j, t-1), T(i, j-1, t-1), T(i, j+1, t-1), k3, rho3, cp3, Ta, U, 0, 0, P, R, dx, dy, dt);
end
end
end
end
% 输出湿度分布图
figure;
[X, Y] = meshgrid(0:dy:W, 0:dx:L);
H_final = H(:, :, nt);
contourf(X, Y, H_final');
colorbar;
title('湿度分布图');
xlabel('宽度(m)');
ylabel('长度(m)');
% 边界条件函数
function [T, H] = boundary(Tp, q, k, rho, cp, Ta, v, alpha, em, P, R)
% 热传导方程
T = (k/(rho*cp))*(Ta+(v/alpha)*(Tp-Ta));
% 湿度平衡方程
e = 0.611*exp(17.27*T/(T+237.3));
H = q+(e-q)*P/(R*Ta)*(1-em);
end
% 二维热传导函数
function [T, H] = diffusion(T0, H0, Tx1, Tx2, Ty1, Ty2, k, rho, cp, Ta, U, alpha, em, P, R, dx, dy, dt)
% 热传导方程
T = T0+k*dt/(rho*cp)*((Tx1-2*T0+Tx2)/(dx^2)+(Ty1-2*T0+Ty2)/(dy^2))-dt*U/(rho*cp)*alpha*(T0-Ta);
% 湿度平衡方程
e = 0.611*exp(17.27*T/(T+237.3));
H = H0+dt*(1-em)*(e-H0)*U/(rho*cp)*(1/(dx*dx)+1/(dy*dy))+dt*(H0/(dx*dx)*(Tx1-2*T0+Tx2)+H0/(dy*dy)*(Ty1-2*T0+Ty2));
end
```
该代码实现了一个简单的温室湿度分布模型,其中包含了温室结构、墙体、环境、降水等多个参数。使用二维热传导模型进行计算,最终输出湿度分布图。需要注意的是,该模型是一个简化模型,实际情况可能会更加复杂,需要根据实际情况进行调整。
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