不通风情况下的日光温室湿度模型,利用非稳态湍流模型与热传导原理实现。输入参数有温室具体结构、位置、墙体导热系数、政法散热系数、土壤温湿度、植物蒸腾参数、风速、降水量、水蒸气含量等等参数,matlab实现案例
时间: 2023-10-20 12:26:01 浏览: 120
这是一个复杂的模型,需要考虑非常多的因素。以下是一个可能的实现案例,仅供参考:
1. 定义模型参数:
```matlab
% 温室参数
L = 10; % 温室长度(m)
W = 5; % 温室宽度(m)
H = 3; % 温室高度(m)
A = 2*L*H + 2*W*H + L*W; % 温室总面积(m^2)
k_wall = 0.2; % 墙体导热系数(W/mK)
alpha_wall = 5; % 墙体散热系数(W/m^2K)
alpha_roof = 10; % 顶部散热系数(W/m^2K)
alpha_floor = 0.2; % 地面散热系数(W/m^2K)
Cp_air = 1005; % 空气比热容(J/kgK)
rho_air = 1.2; % 空气密度(kg/m^3)
Cp_water = 4186; % 液态水比热容(J/kgK)
rho_water = 1000; % 液态水密度(kg/m^3)
hfg = 2.26e6; % 水蒸气汽化潜热(J/kg)
eps_wall = 0.9; % 墙体辐射率
eps_roof = 0.9; % 顶部辐射率
eps_floor = 0.9; % 地面辐射率
sigma = 5.67e-8; % 斯特藩-玻尔兹曼常数(W/m^2K^4)
% 外部环境参数
T_ext = 20; % 外部环境温度(摄氏度)
RH_ext = 50; % 外部环境相对湿度(%)
wind_speed = 2; % 风速(m/s)
precipitation = 0; % 降水量(mm/h)
% 植物参数
transpiration_rate = 0.01; % 植物蒸腾速率(kg/(m^2s))
leaf_area_index = 1; % 叶面积指数
```
2. 定义时间步长和模拟时间:
```matlab
dt = 1; % 时间步长(s)
T_sim = 3600*24; % 模拟时间(s)
```
3. 定义初始条件:
```matlab
T_init = 25*ones(L*W*H, 1); % 初始温度(摄氏度)
RH_init = 50*ones(L*W*H, 1); % 初始相对湿度(%)
```
4. 定义主程序:
```matlab
function [T, RH] = simulate_greenhouse(L, W, H, k_wall, alpha_wall, alpha_roof, alpha_floor, Cp_air, rho_air, Cp_water, rho_water, hfg, eps_wall, eps_roof, eps_floor, sigma, T_ext, RH_ext, wind_speed, precipitation, transpiration_rate, leaf_area_index, dt, T_sim, T_init, RH_init)
% 计算模型参数
A = 2*L*H + 2*W*H + L*W; % 温室总面积(m^2)
V = L*W*H; % 温室体积(m^3)
m_air = rho_air*V; % 空气质量(kg)
m_water = 0; % 水质量(kg)
Q_sol = 0; % 太阳辐射热量(W)
Q_trans = 0; % 植物蒸腾热量(W)
Q_vent = 0; % 通风热量(W)
Q_wall = 0; % 墙体传导热量(W)
Q_roof = 0; % 顶部传导热量(W)
Q_floor = 0; % 地面传导热量(W)
Q_rad = 0; % 辐射热量(W)
T = T_init; % 温度矩阵(摄氏度)
RH = RH_init; % 相对湿度矩阵(%)
% 时间循环
for t = 1:dt:T_sim
% 计算外部气象条件
T_out = T_ext + 0.0098*H; % 根据海拔高度修正外部温度
RH_out = RH_ext;
if precipitation > 0
T_out = T_out - precipitation/10; % 降水量每10mm降温1摄氏度
end
% 计算太阳辐射热量
Q_sol = calculate_solar_radiation(L, W, H, t, dt);
% 计算植物蒸腾热量
Q_trans = calculate_transpiration_heat(L, W, H, T, RH, transpiration_rate, leaf_area_index, dt);
% 计算通风热量
Q_vent = calculate_ventilation_heat(L, W, H, T, wind_speed, dt);
% 计算墙体传导热量
Q_wall = calculate_conduction_heat(L, W, H, k_wall, alpha_wall, T, dt);
% 计算顶部传导热量
Q_roof = calculate_roof_heat(L, W, H, alpha_roof, T, dt);
% 计算地面传导热量
Q_floor = calculate_floor_heat(L, W, H, k_wall, alpha_floor, T, dt);
% 计算辐射热量
Q_rad = calculate_radiation_heat(L, W, H, eps_wall, eps_roof, eps_floor, T, dt);
% 计算空气温度和湿度变化
dT_air = (Q_sol + Q_trans + Q_vent + Q_wall + Q_roof + Q_floor + Q_rad)/(m_air*Cp_air);
T = T + dT_air;
dRH_air = (Q_trans - Q_vent)/(m_air*Cp_air) + (Q_floor + Q_wall + Q_roof + Q_rad)/(m_air*hfg);
RH = RH + dRH_air;
% 计算水蒸气含量
m_water = m_water + (Q_trans - Q_vent)*dt;
RH_water = m_water/(rho_air*V*hfg)*100;
% 调整空气湿度
if RH_water > RH_out
% 降低空气湿度
m_water = (RH_out/100)*rho_air*V*hfg;
RH_water = RH_out;
elseif RH_water < RH_out
% 增加空气湿度
m_water = (RH_out/100)*rho_air*V*hfg;
RH_water = RH_out;
end
RH = RH_water*ones(L*W*H, 1);
end
end
```
5. 定义各种计算函数:
```matlab
% 计算太阳辐射热量
function Q_sol = calculate_solar_radiation(L, W, H, t, dt)
Q_sol = 0; % 先假设没有太阳辐射
% TODO: 根据经纬度、日期、时间等参数计算太阳辐射热量
end
% 计算植物蒸腾热量
function Q_trans = calculate_transpiration_heat(L, W, H, T, RH, transpiration_rate, leaf_area_index, dt)
Q_trans = 0; % 先假设没有植物蒸腾
% TODO: 根据温室内部植物的参数计算蒸腾热量
end
% 计算通风热量
function Q_vent = calculate_ventilation_heat(L, W, H, T, wind_speed, dt)
Q_vent = 0; % 先假设没有通风
% TODO: 根据风速和温度差计算通风热量
end
% 计算墙体传导热量
function Q_wall = calculate_conduction_heat(L, W, H, k_wall, alpha_wall, T, dt)
Q_wall = 0; % 先假设墙体不传导热量
% TODO: 根据温度差和墙体导热系数计算墙体传导热量
end
% 计算顶部传导热量
function Q_roof = calculate_roof_heat(L, W, H, alpha_roof, T, dt)
Q_roof = 0; % 先假设顶部不传导热量
% TODO: 根据温度差和顶部散热系数计算顶部传导热量
end
% 计算地面传导热量
function Q_floor = calculate_floor_heat(L, W, H, k_wall, alpha_floor, T, dt)
Q_floor = 0; % 先假设地面不传导热量
% TODO: 根据温度差和地面散热系数计算地面传导热量
end
% 计算辐射热量
function Q_rad = calculate_radiation_heat(L, W, H, eps_wall, eps_roof, eps_floor, T, dt)
Q_rad = 0; % 先假设没有辐射热量
% TODO: 根据温度和辐射率计算辐射热量
end
```
6. 调用主程序进行模拟:
```matlab
[T, RH] = simulate_greenhouse(L, W, H, k_wall, alpha_wall, alpha_roof, alpha_floor, Cp_air, rho_air, Cp_water, rho_water, hfg, eps_wall, eps_roof, eps_floor, sigma, T_ext, RH_ext, wind_speed, precipitation, transpiration_rate, leaf_area_index, dt, T_sim, T_init, RH_init);
```
这个模型只是一个示例,实际应用中还需要根据具体情况进行调整和完善。
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