通风情况下的日光温室湿度动态模型,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,输出某个月湿度随时间变化曲线图。利用matlab 实现案例
时间: 2023-10-20 15:24:21 浏览: 32
这是一个比较复杂的模型,需要考虑很多因素,下面是一个大致的模型框架:
1. 建立温室空气水分平衡方程
2. 确定温室内外环境参数,比如温度、湿度、辐射等
3. 计算温室内部的气流运动和热传递
4. 确定植物蒸腾参数和土壤温湿度,计算植物蒸腾和土壤蒸发量
5. 根据降水量、蒸发量和土壤水分含量计算温室内部水分平衡状态
6. 利用matlab进行模型求解和结果分析
下面是一些具体的步骤和代码示例:
1. 建立空气水分平衡方程
根据物质守恒定律和热力学第一定律,温室内空气水分平衡方程可以表示为:
dW/dt = G - E - D - S
其中,W表示温室内空气水分含量,G表示温室内水蒸气的产生量,E表示植物蒸腾和土壤蒸发的水分损失量,D表示温室内外的水分交换量,S表示空气流动引起的水分损失量。
2. 确定环境参数
温室内外环境参数包括温度、湿度、辐射等,可以通过气象观测数据或者数值模拟方法得到。下面是一些常用的环境参数计算公式:
温度计算公式:
T = Ta + (Tr - Ta) * exp(-k * L)
其中,T表示温室内的温度,Ta表示室外温度,Tr表示辐射天线的温度,L表示温室内外壁面距离,k表示壁面的导热系数。
湿度计算公式:
e = ea * exp((17.27 * T) / (237.3 + T))
其中,e表示温室内的水蒸气压力,ea表示室外水蒸气压力,T表示温度。
辐射计算公式:
Rn = Rs - (1 - albedo) * Rs + (1 - epsilon) * Rl
其中,Rn表示净辐射,Rs表示太阳辐射,albedo表示地面反射率,Rl表示长波辐射,epsilon表示温室内外表面的辐射发射率。
3. 计算气流运动和热传递
气流运动和热传递是温室内部的重要物理过程,可以通过CFD方法进行模拟,也可以采用经验公式进行估算。下面是一些常用的气流运动和热传递公式:
空气速度计算公式:
v = C * sqrt((T - Ta) / L)
其中,v表示空气速度,C表示空气流动系数,L表示温室内外壁面距离。
热传递计算公式:
Q = h * (T - Ta) * A
其中,Q表示热传递量,h表示传热系数,A表示传热面积。
4. 确定植物蒸腾参数和土壤温湿度
植物蒸腾参数和土壤温湿度是影响温室水分平衡的重要因素,可以通过实测数据或者模拟计算得到。下面是一些常用的植物蒸腾参数和土壤温湿度计算公式:
植物蒸腾计算公式:
E = Kc * Ks * ET0
其中,E表示植物蒸腾量,Kc和Ks分别表示作物系数和土壤水分系数,ET0表示标准蒸散量。
土壤温湿度计算公式:
θ = 0.0057 * T + 0.0007 * R * (T - 10) - 0.25 * (1 + 0.1 * W) * (T - 20)
其中,θ表示土壤含水量,T表示土壤温度,R表示降雨量,W表示蒸发量。
5. 计算水分平衡状态
根据空气水分平衡方程和环境参数,可以计算出温室内部水分平衡状态。下面是一个简单的水分平衡计算代码示例:
```matlab
function [W] = moisture_balance(G, E, D, S, W0, dt)
% G: water vapor generation rate
% E: water loss rate due to transpiration and soil evaporation
% D: water exchange rate between indoor and outdoor environment
% S: water loss rate due to air flow
% W0: initial water vapor content
% dt: time step
W = W0 + (G - E - D - S) * dt;
end
```
6. 利用matlab进行模型求解和结果分析
利用上述步骤和公式,可以建立一个完整的通风情况下的日光温室湿度动态模型。利用matlab,可以将模型转化为一个求解器,并进行模拟和结果分析。下面是一个简单的matlab代码示例:
```matlab
% set initial conditions
T0 = 25; % initial temperature
W0 = 0.01; % initial water vapor content
dt = 10; % time step
t = 0:dt:24*3600; % simulation time
% run simulation
for i = 1:length(t)
% calculate environment parameters
Ta = get_outdoor_temperature(t(i));
ea = get_outdoor_humidity(t(i));
Tr = get_antenna_temperature();
Rs = get_solar_radiation(t(i));
albedo = get_ground_albedo();
epsilon = get_emissivity();
% calculate air flow and heat transfer
v = get_air_velocity(T0, Ta);
h = get_heat_transfer_coefficient();
A = get_heat_transfer_area();
Q = h*(T0-Ta)*A;
% calculate plant transpiration and soil evaporation
Kc = get_crop_coefficient();
Ks = get_soil_moisture_coefficient();
ET0 = get_standard_evapotranspiration(t(i));
E = Kc*Ks*ET0;
% calculate soil moisture content
T = get_soil_temperature();
R = get_rainfall();
W = get_evaporation();
theta = calculate_soil_moisture_content(T, R, W);
% calculate water vapor generation rate
G = calculate_water_vapor_generation_rate();
% calculate water exchange rate
D = calculate_water_exchange_rate(T0, Ta, v, W0);
% calculate water loss due to air flow
S = calculate_water_loss_due_to_air_flow(v, W0);
% calculate moisture balance
W0 = moisture_balance(G, E, D, S, W0, dt);
% calculate temperature and humidity
T0 = temperature_balance(Q, E, T0, dt);
RH = humidity_balance(W0, T0, Ta);
% save results
temperature(i) = T0;
humidity(i) = RH;
end
% plot results
plot(t, humidity);
xlabel('Time (s)');
ylabel('Humidity (%)');
title('Humidity vs. Time');
```
需要注意的是,上述代码仅供参考,具体的模型实现和结果分析需要根据实际情况进行调整。