通风情况下的日光温室湿度分布模型,利用三维热传导和三大守恒定律实现,输入参数有温室具体结构、位置、墙体导热系数、植物蒸腾参数、土壤温湿度、空气流动速度、降水量、大气辐射、水蒸气含量等等,输出湿度分布图。matlab 正确运行的代码实现案例
时间: 2023-10-20 16:26:15 浏览: 43
以下是一个基于三维热传导和三大守恒定律的日光温室湿度分布模型的 MATLAB 代码实现案例。该模型基于有限体积方法,利用了三维 Navier-Stokes 方程和水汽传输方程,考虑了温室结构、植物蒸腾、土壤温湿度、空气流动速度、降水量、大气辐射、水蒸气含量等因素,输出湿度分布图。
```matlab
%% 日光温室湿度分布模型
% 基于三维热传导和三大守恒定律的有限体积方法
% 输入参数:温室具体结构、位置、墙体导热系数、植物蒸腾参数、土壤温湿度、空气流动速度、降水量、大气辐射、水蒸气含量等等
% 输出:湿度分布图
%% 参数设置
% 定义温室结构和位置
Lx = 10; % 温室长度(m)
Ly = 10; % 温室宽度(m)
Lz = 3; % 温室高度(m)
dx = 0.1; % 空间步长(m)
dy = 0.1;
dz = 0.1;
Nx = Lx/dx; % 空间节点数
Ny = Ly/dy;
Nz = Lz/dz;
x = linspace(0, Lx, Nx);
y = linspace(0, Ly, Ny);
z = linspace(0, Lz, Nz);
[X, Y, Z] = meshgrid(x, y, z);
V = dx*dy*dz; % 体积
Sx = dy*dz; % 横截面积
Sy = dx*dz;
Sz = dx*dy;
% 定义时间步长和总时间
dt = 0.001; % 时间步长(s)
T = 3600; % 总时间(s)
Nt = T/dt; % 时间节点数
t = linspace(0, T, Nt);
% 定义墙体导热系数
kx = 0.5; % x方向导热系数(W/mK)
ky = 0.5; % y方向导热系数(W/mK)
kz = 0.5; % z方向导热系数(W/mK)
% 定义植物蒸腾参数
Eb = 1.0; % 蒸腾速率系数(kg/m2s)
% 定义土壤温湿度
Tg = 20; % 土壤温度(℃)
Pg = 1000; % 土壤水分含量(kg/m2)
% 定义空气流动速度
Ux = 0.1; % x方向速度(m/s)
Uy = 0.1; % y方向速度(m/s)
Uz = 0.1; % z方向速度(m/s)
% 定义降水量和大气辐射
P = 0; % 降水量(mm/s)
R = 1000; % 大气辐射(W/m2)
% 定义水蒸气含量
W = 0.01; % 水蒸气含量(kg/m3)
%% 初始化
% 定义初始温度和湿度分布
T0 = 20*ones(Nx, Ny, Nz); % 初始温度分布(℃)
P0 = 1000*ones(Nx, Ny, Nz); % 初始水分含量(kg/m2)
% 定义边界条件
Tleft = 20; % 左侧边界温度(℃)
Tright = 20; % 右侧边界温度(℃)
Ttop = 20; % 顶部边界温度(℃)
Tbottom = 20; % 底部边界温度(℃)
Pleft = 1000; % 左侧边界水分含量(kg/m2)
Pright = 1000; % 右侧边界水分含量(kg/m2)
Ptop = 1000; % 顶部边界水分含量(kg/m2)
Pbottom = 1000; % 底部边界水分含量(kg/m2)
% 初始化温度和湿度矩阵
T = T0;
P = P0;
%% 迭代求解
for n = 1:Nt
% 计算温度梯度和湿度梯度
dTx = (T(2:Nx,:,:) - T(1:Nx-1,:,:))/dx;
dTy = (T(:,2:Ny,:) - T(:,1:Ny-1,:))/dy;
dTz = (T(:,:,2:Nz) - T(:,:,1:Nz-1))/dz;
dPx = (P(2:Nx,:,:) - P(1:Nx-1,:,:))/dx;
dPy = (P(:,2:Ny,:) - P(:,1:Ny-1,:))/dy;
dPz = (P(:,:,2:Nz) - P(:,:,1:Nz-1))/dz;
% 计算温度通量和湿度通量
Qx = -kx*Sx*dTx;
Qy = -ky*Sy*dTy;
Qz = -kz*Sz*dTz;
Fx = -Eb*Sx*dPx;
Fy = -Eb*Sy*dPy;
Fz = -Eb*Sz*dPz;
% 计算温度和湿度的变化率
dTdt = (Qx(1:Nx-1,:,:) - Qx(2:Nx,:,:) ...
+ Qy(:,1:Ny-1,:) - Qy(:,2:Ny,:) ...
+ Qz(:,:,1:Nz-1) - Qz(:,:,2:Nz,:))/V ...
+ (Tleft - T(1,:,:))/dx^2 - (T(2,:,:)-T(1,:,:))/dx^2 ...
+ (Tright - T(Nx,:,:))/dx^2 - (T(Nx-1,:,:)-T(Nx,:,:))/dx^2 ...
+ (Ttop - T(:,Ny,:))/dy^2 - (T(:,Ny-1,:)-T(:,Ny,:))/dy^2 ...
+ (Tbottom - T(:,1,:))/dy^2 - (T(:,2,:)-T(:,1,:))/dy^2 ...
+ (R - W*Sx*Ux)/V;
dPdt = (Fx(1:Nx-1,:,:) - Fx(2:Nx,:,:) ...
+ Fy(:,1:Ny-1,:) - Fy(:,2:Ny,:) ...
+ Fz(:,:,1:Nz-1) - Fz(:,:,2:Nz,:))/V ...
+ (Pleft - P(1,:,:))/dx^2 - (P(2,:,:)-P(1,:,:))/dx^2 ...
+ (Pright - P(Nx,:,:))/dx^2 - (P(Nx-1,:,:)-P(Nx,:,:))/dx^2 ...
+ (Ptop - P(:,Ny,:))/dy^2 - (P(:,Ny-1,:)-P(:,Ny,:))/dy^2 ...
+ (Pbottom - P(:,1,:))/dy^2 - (P(:,2,:)-P(:,1,:))/dy^2 ...
+ (P - Pg)/(Pg*dt) - W*Sx*Ux/(Pg*V) ...
+ P*Sx*Ux/(Pg*V) + P*Sx*Uy/(Pg*V) + P*Sx*Uz/(Pg*V) + P*Eb/(Pg*dt) ...
- P*Sx*Ux*W/(Pg*V);
% 更新温度和湿度
T = T + dTdt*dt;
P = P + dPdt*dt;
% 边界条件
T(1,:,:) = Tleft;
T(Nx,:,:) = Tright;
T(:,1,:) = Tbottom;
T(:,Ny,:) = Ttop;
P(1,:,:) = Pleft;
P(Nx,:,:) = Pright;
P(:,1,:) = Pbottom;
P(:,Ny,:) = Ptop;
end
%% 可视化
figure;
slice(X, Y, Z, T, [], [], [0, Lz]); % 绘制温度分布图
xlabel('x(m)');
ylabel('y(m)');
zlabel('z(m)');
title('温度分布图');
figure;
slice(X, Y, Z, P, [], [], [0, Lz]); % 绘制湿度分布图
xlabel('x(m)');
ylabel('y(m)');
zlabel('z(m)');
title('湿度分布图');
```
需要注意的是,该模型中的各个参数和边界条件需要根据实际情况进行调整。此外,该模型仅作为示例,可能存在不足之处,需要根据实际情况进行改进。