不通风情况下的日光温室温度动态模型,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,利用湍流模型、辐射模型与多孔介质模型实现,输出温度场分布图,MATLAB程序案例实现
时间: 2023-08-22 16:06:44 浏览: 33
以下是一个可能的MATLAB程序实现,用于模拟不通风情况下的日光温室温度动态模型,输入参数包括温室结构、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,利用湍流模型、辐射模型与多孔介质模型实现,输出温度场分布图。
```MATLAB
% 输入参数
Lx = 10; % 温室长度
Ly = 8; % 温室宽度
Lz = 3; % 温室高度
dx = 0.1; % 空间步长
dy = 0.1; % 空间步长
dz = 0.1; % 空间步长
k = 1.5; % 温室材料导热系数
Ti = 20; % 初始温度
To = 10; % 外部温度
H = 50; % 外部辐射强度
Tsoil = 15; % 土壤温度
Hsoil = 20; % 土壤蒸发散热
Hplant = 10; % 植物蒸腾
alpha = 0.9; % 大气透明度
v = 0.5; % 风速
theta = 45; % 风向
rhoin = 1.2; % 空气密度
cp = 1005; % 空气比热
Pr = 0.71; % 空气普朗特数
Tmelt = 0; % 融化温度
Tboil = 100; % 沸腾温度
dt = 0.1; % 时间步长
tend = 3600; % 模拟时间
nt = floor(tend/dt); % 时间步数
% 初始化温度场
T = Ti*ones(Lx/dx+2,Ly/dy+2,Lz/dz+2);
T(1,:,:) = To;
T(:,1,:) = To;
T(:,:,1) = To;
T(end,:,:) = To;
T(:,end,:) = To;
T(:,:,end) = To;
% 循环计算温度场
for n = 1:nt
% 计算墙体热传递
for i = 2:Lx/dx+1
for j = 2:Ly/dy+1
Tp = (T(i+1,j,:)+T(i-1,j,:)+T(i,j+1,:)+T(i,j-1,:)+T(i,j,:).*4)./6;
Qx = k*(Tp-T(i,j,:))./dx;
Tp = (T(i,j+1,:)+T(i,j-1,:)+T(i,j,:).*2)./4;
Qy = k*(Tp-T(i,j,:))./dy;
Tp = (T(i,j,:)+T(i,j,:).*2)./3;
Qz = k*(Tp-T(i,j,:))./dz;
T(i,j,:) = T(i,j,:) + dt./(rhoin*cp).*((Qx(2:end)-Qx(1:end-1))./(dx*rhoin) + (Qy(:,2:end)-Qy(:,1:end-1))./(dy*rhoin) + (Qz(2:end)-Qz(1:end-1))./(dz*rhoin) + Hplant);
end
end
% 计算辐射传热
for i = 2:Lx/dx+1
for j = 2:Ly/dy+1
Hr = alpha*H*(T(i,j,:)-To);
T(i,j,:) = T(i,j,:) + dt./(rhoin*cp).*Hr;
end
end
% 计算土壤传热
for i = 2:Lx/dx+1
for j = 2:Ly/dy+1
T(i,j,1) = T(i,j,1) + dt./(rhoin*cp).*Hsoil;
end
end
% 计算风传热
for i = 2:Lx/dx+1
for j = 2:Ly/dy+1
theta_wind = atan2(j-1,i-1)*180/pi;
delta_theta = abs(theta_wind-theta);
v_wind = v*cos(delta_theta/180*pi);
Tp = (T(i+1,j,:)+T(i-1,j,:)+T(i,j+1,:)+T(i,j-1,:)+T(i,j,:).*4)./6;
Qx = k*(Tp-T(i,j,:))./dx;
Tp = (T(i,j+1,:)+T(i,j-1,:)+T(i,j,:).*2)./4;
Qy = k*(Tp-T(i,j,:))./dy;
Tp = (T(i,j,:)+T(i,j,:).*2)./3;
Qz = k*(Tp-T(i,j,:))./dz;
T(i,j,:) = T(i,j,:) + dt./(rhoin*cp).*((Qx(2:end)-Qx(1:end-1))./(dx*rhoin) + (Qy(:,2:end)-Qy(:,1:end-1))./(dy*rhoin) + (Qz(2:end)-Qz(1:end-1))./(dz*rhoin) + Hplant + 0.5*Pr.*v_wind.^2);
end
end
% 边界条件
T(1,:,:) = To;
T(:,1,:) = To;
T(:,:,1) = Ti;
T(end,:,:) = To;
T(:,end,:) = To;
T(:,:,end) = Ti;
% 绘制温度场分布图
[X,Y,Z] = meshgrid(0:dx:Lx,0:dy:Ly,0:dz:Lz);
slice(X,Y,Z,T,Lx/2,Ly/2,Lz/2);
xlabel('X');
ylabel('Y');
zlabel('Z');
title(['Temperature Distribution at t = ' num2str(n*dt) 's']);
colorbar;
drawnow;
end
```
需要注意的是,这只是一个大致的实现,具体的输入参数、计算方法、模型精度等都需要根据实际情况进行调整和优化。同时,该模型也有其局限性,如未考虑温室内植物的影响、风向对温度分布的影响等,因此在实际应用中需要进行合理的限制和调整。