deltz=Lf*1000(n-1);deltt=t(m-1);ltz单位改为mm
tic
各物质的网格内的循环计算
fori=1:
m-1
forj=2:
n-1
u_Su(i+1,j)=u_Su(i,j)+(D_Su*(u_Su(i,j-1)-2*u_Su(i,j)+u_Su(i,j+1))deltz^2-0.0278*x_Su_f*u_Su(i,j)(0.5+u_Su(i,j)))*deltt;x_Su为su微生物体积分数30*8086400反应系数都改为s
u_Bu(i+1,j)=u_Bu(i,j)+(D_Bu*(u_Bu(i,j-1)-2*u_Bu(i,j)+u_Bu(i,j+1))deltz^2-0.0185*x_Bu_f*u_Bu(i,j)(0.2+u_Bu(i,j))+0.00325*x_Su_f*u_Su(i,j)(0.5+u_Su(i,j)))*deltt;
u_Pro(i+1,j)=u_Pro(i,j)+(D_Pro*(u_Pro(i,j-1)-2*u_Pro(i,j)+u_Pro(i,j+1))deltz^2-0.01204*x_Pro_f*u_Pro(i,j)(0.1+u_Pro(i,j))+0.00675*x_Su_f*u_Su(i,j)(0.5+u_Su(i,j)))*deltt;
u_Ac(i+1,j)=u_Ac(i,j)+(D_Ac*(u_Ac(i,j-1)-2*u_Ac(i,j)+u_Ac(i,j+1))deltz^2-0.00837*x_Ac_e_f*u_Ac(i,j)((0.001+u_Ac(i,j))*(1+exp(-38.28*u_v(i,j))))-.......0.007407*x_Ac_AM_f*u_Ac(i,j)(0.15+u_Ac(i,j))+0.01025*x_Su_f*u_Su(i,j)(0.5+u_Su(i,j))+0.0139*x_Bu_f*u_Bu(i,j)(0.2+u_Bu(i,j))+0.00658667*x_Pro_f*u_Pro(i,j)(0.1+u_Pro(i,j)))*deltt;生物膜电势η
u_v(i+1,j)=12*(u_v(i,j-1)+u_v(i,j+1))-(90856*x_Ac_e_f*u_Ac(i,j)((u_Ac(i,j)+0.001)*(1+exp(-38.28*u_v(i,j))))+781.76*x_Ac_e_f(1+exp(-38.28*u_v(i,j))))*(deltz*0.001)^2(2*k_bio);Udeltz单位是mm,需要转换成m
u_H(i+1,j)=u_H(i,j)+(D_H*(u_H(i,j-1)-2*u_H(i,j)+u_H(i,j+1))deltz^2-0.0324*x_H_f*u_H(i,j)(7*10^(-6)+u_H(i,j))+0.00477*x_Su_f*u_Su(i,j)(0.5+u_Su(i,j))+0.00348*x_Bu_f*u_Bu(i,j)(0.2+u_Bu(i,j))+0.00497*x_Pro_f*u_Pro(i,j)(0.1+u_Pro(i,j)))*deltt;
u_CH4(i+1,j)=u_CH4(i,j)+(D_CH4*(u_CH4(i,j-1)-2*u_CH4(i,j)+u_CH4(i,j+1))deltz^2+0.00704*x_Ac_AM_f*u_Ac(i,j)(0.15+u_Ac(i,j))+0.0305*x_H_f*u_H(i,j)(7*10^(-6)+u_H(i,j)))*deltt;
end
左边界(电极表面)条件
u_Su(i+1,n)=u_Su(i+1,n-1);特别说明物质浓度计算是从生物膜表面到电极表面即第一列n=1为生物膜表面n=n为电极表面
u_Bu(i+1,n)=u_Bu(i+1,n-1);特别说明物质浓度计算是从生物膜表面到电极表面即第一列n=1为生物膜表面n=n为电极表面
u_Pro(i+1,n)=u_Pro(i+1,n-1);特别说明物质浓度计算是从生物膜表面到电极表面即第一列n=1为生物膜表面n=n为电极表面
u_Ac(i+1,n)=u_Ac(i+1,n-1);特别说明物质浓度计算是从生物膜表面到电极表面即第一列n=1为生物膜表面n=n为电极表面
u_v(i+1,n)=u_v(i+1,n-1);生物膜表面无电势差特别说明电势计算是从电极表面到生物膜表面即第一列n=1为电极表面n=n为生物膜表面
u_H(i+1,n)=u_H(i+1,n-1);特别说明物质浓度计算是从生物膜表面到电极表面即第一列n=1为生物膜表面n=n为电极表面
u_CH4(i+1,n)=u_CH4(i+1,n-1);特别说明物质浓度计算是从生物膜表面到电极表面即第一列n=1为生物膜表面n=n为电极表面;
end
toc
计算电流以A,V,mol为单
tic
计算阳极电极表面电势
V_anod=0.187-0.0032653*log(u_Ac(m,1)642.5e-68);单位V
更新阳极表面η电势
u_v(:
1)=V_anod-E_KA;单位V
I=(V_cat-V_anod)R;电路电流计算单位A
I_1=(V_cat-u_v(m,n))R;电路电流计算单位A
V_cell=V_cat-V_anod-I*R_int;电池电压计算单位V
独立于体系之外
V_cell_1=V_cat-V_anod-I_1*R_int;单位V
toc
tic
每次循环保存到矩阵中m,kgCOD,s,A,V,L,,为单位
监测数据
c(1,k)=u_Su(m,1);c(2,k)=u_Bu(m,1);c(3,k)=u_Pro(m,1);c(4,k)=u_Ac(m,1);c(5,k)=u_H(m,1);特别说明第一列n=1为生物膜表面即阳极室内溶液主体浓度
c(6,k)=u_CH4(m,1);
电化学数据保存电流,电压数据到e矩阵中
e(1,k)=R;总电阻
e(2,k)=R-R_int;外接电阻
e(3,k)=I*1000;电流mA
e(4,k)=V_cell*1000;电压mV
e(5,k)=V_cell*I*1000A;功率密度mWm2
e(6,k)=V_anod;单位V
e(10,k)=I_1*1000;电流mA
e(20,k)=V_cell_1*1000;电压mVI
e(30,k)=V_cell_1*I*1000A;功率密度mWm2I
保存数据到a矩阵中,数据是以天为单位用作作图数据
ifk==1
w=k;w=1
保存阳极室内各物质浓度
a(1,w)=u_Su(m,1);a(2,w)=u_Bu(m,1);a(3,w)=u_Pro(m,1);别说明第一列n=1为生物膜表面即阳极室内溶液主体浓度
a(4,w)=u_Ac(m,1);a(5,w)=u_Su(m,1)+u_Bu(m,1)+u_Pro(m,1)+u_Ac(m,1);a(6,w)=u_H(m,1);a(7,w)=u_CH4(m,1);
a(10,w)=R;电阻
a(11,w)=R-R_int;外接电阻
a(12,w)=double(I)*1000;电流mA
a(13,w)=I*(R-R_int)*1000;电压mV
a(14,w)=I^2*(R-R_int)*10000.00143;率密度mWm2
a(20,w)=double(I_1)*1000;电流mA
a(21,w)=I_1*(R-R_int)*1000;电压mV
a(22,w)=I_1^2*(R-R_int)*10000.00143;率密度mWm2
end
ifmod(k,1440)==0
w=k1440+1;w=2
a(1,w)=u_Su(m,1);a(2,w)=u_Bu(m,1);a(3,w)=u_Pro(m,1);a(4,w)=u_Ac(m,1);a(5,w)=u_Su(m,1)+u_Bu(m,1)+u_Pro(m,1)+u_Ac(m,1);a(6,w)=u_H(m,1);a(7,w)=u_CH4(m,1);
a(10,w)=R;电阻
a(11,w)=R-R_int;外接电阻
a(12,w)=double(I)*1000;电流mA
a(13,w)=I*(R-R_int)*1000;电压mV
a(14,w)=I^2*(R-R_int)*10000.00143;率密度mWm2
a(20,w)=double(I_1)*1000;电流mA
a(21,w)=I_1*(R-R_int)*1000;电压mV
a(22,w)=I_1^2*(R-R_int)*10000.00143;率密度mWm2
end
保存数据到C矩阵中:
阳极室微生物浓度
c(12,k)=c_Su;c(13,k)=c_Bu;c(14,k)=c_Pro;c(15,k)=c_Ac_AM;c(17,k)=c_H;c(18,k)=c_I;
监测微生物膜内各微生物组分
c(19,k)=c_Su_f;c(20,k)=c_Bu_f;c(21,k)=c_Pro_f;c(22,k)=c_Ac_AM_f;c(23,k)=c_Ac_e_f;c(24,k)=c_H_f;c(25,k)=c_I_f;
微生物体积分率
c(26,k)=x_Su_f;c(27,k)=x_Bu_f;c(28,k)=x_Pro_f;c(29,k)=x_Ac_AM_f;c(30,k)=x_Ac_e_f;c(31,k)=x_H_f;c(32,k)=x_I_f;
生物膜厚度变化
c(33,k)=Lf;
电极表面检测
c(34,k)=u_Su(m,n);c(35,k)=u_Bu(m,n);c(36,k)=u_Pro(m,n);c(37,k)=u_Ac(m,n);c(38,k)=u_H(m,n);c(39,k)=u_CH4(m,n);
阳极室组分变化更新右边界条件m,kgCOD,day,A,V,L为单位阳极室内反应速率表达式
r_Su=-0.03*c_Su*u_Su(m,1)(0.5+u_Su(m,1));单位kgCOD,day-1Lf2单位是m体积是1L边界条件第一列和第二列数据是一样的
r_Bu=-0.02*c_Bu*u_Bu(m,1)(0.2+u_Bu(m,1))+0.00351*c_Su*u_Su(m,1)(0.5+u_Su(m,1));
r_Pro=-0.013*c_Pro*u_Pro(m,1)(0.1+u_Pro(m,1))+0.00729*c_Su*u_Su(m,1)(0.5+u_Su(m,1));
r_Ac=-0.008*c_Ac_AM*u_Ac(m,1)(0.15+u_Ac(m,1))+0.01107*c_Su*u_Su(m,1)(0.5+u_Su(m,1))+0.01504*c_Bu*u_Bu(m,1)(0.2+u_Bu(m,1))+0.0071136*c_Pro*u_Pro(m,1)(0.1+u_Pro(m,1));
r_H=0.00513*c_Su*u_Su(m,1)(0.5+u_Su(m,1))+0.00376*c_Bu*u_Bu(m,1)(0.2+u_Bu(m,1))+
0.0052546*c_Pro*u_Pro(m,1)(0.1+u_Pro(m,1));-0.035*c_H*u_H(m,n)(7*10^(-6)+u_H(m,n));
c(77,k)=-0.035*c_H*u_H(m,1)(7*10^(-6)+u_H(m,1))+0.00513*c_Su*u_Su(m,1)(0.5+u_Su(m,1))+0.00376*c_Bu*u_Bu(m,1)(0.2+u_Bu(m,1))+0.0052546*c_Pro*u_Pro(m,1)(0.1+u_Pro(m,1))-4589*10^(-8)*(u_H(m,1)-u_H(m,n))Lf*t*0+u_H(m,1);Qs*t*(L_H-u_H(m,n))*1000影响较小
r_CH4=0.0076*c_Ac_AM*u_Ac(m,1)(0.15+u_Ac(m,1))+0.0329*c_H*u_H(m,1)(7*10^(-6)+u_H(m,1));ltz单位改为mm保存在c矩阵中监测反应速率数据
c(44,k)=r_Su*t*0;c(45,k)=r_Bu*t*0;c(46,k)=r_Pro*t*0;c(47,k)=r_Ac*t*0;c(48,k)=r_H*t*0;c(49,k)=r_CH4*t*0;
重新计算阳极室内的物质浓度同时更新矩阵右边界条件
u_Su(:
1)=r_Su*t0.00186400+Qs*t*(L_Su-u_Su(m,1))*1000+u_Su(m,1);不要忘了改乘时间段。
体积为0.001m3t的单位是s特别说明物质浓度计算是从生物膜表面到电极表面即第一列n=1为生物膜表面n=n为电极表面
u_Bu(:
1)=r_Bu*t*0+Qs*t*(L_Bu-u_Bu(m,1))*1000+u_Bu(m,1);特别说明物质浓度计算是从生物膜表面到电极表面即第一列n=1为生物膜表面n=n为电极表面
u_Pro(:
1)=r_Pro*t*0+Qs*t*(L_Pro-u_Pro(m,1))*1000+u_Pro(m,1);特别说明物质浓度计算是从生物膜表面到电极表面即第一列n=1为生物膜表面n=n为电极表面
u_Ac(:
1)=r_Ac*t*0+Qs*t*(L_Ac-u_Ac(m,1))*1000+u_Ac(m,1);特别说明物质浓度计算是从生物膜表面到电极表面即第一列n=1为生物膜表面n=n为电极表面
u_H(:
1)=r_H*t*0+Qs*t*(L_H-u_H(m,1))*1000+u_H(m,1);特别说明物质浓度计算是从生物膜表面到电极表面即第一列n=1为生物膜表面n=n为电极表面
u_CH4(:
1)=r_CH4*t*0+Qs*t*(L_CH4-u_CH4(m,1))*1000+u_CH4(m,1);特别说明物质浓度计算是从生物膜表面到电极表面即第一列n=1为生物膜表面n=n为电极表面
保存数据在c矩阵中同时监测数据储槽各物质浓度
c(52,k)=L_Su;c(53,k)=L_Bu;c(54,k)=L_Pro;c(55,k)=L_Ac;c(56,k)=L_H;c(57,k)=L_CH4;
储槽微生物浓度
c(62,k)=L_c_Su;c(63,k)=L_c_Bu;c(64,k)=L_c_Pro;c(65,k)=L_c_Ac_AM;c(67,k)=L_c_H;c(68,k)=L_c_I;
储槽中的各物质浓度浓度计算同时更新物质浓度
L_Su=(-0.03*L_c_Su*L_Su(0.5+L_Su))*2*t*+Qs*t*(u_Su(m,1)-L_Su)*500+L_Su;不要忘了改乘时间段。
(-0.03*L_c_Su*L_Su(0.5+L_Su))*2体积为0.002m3-0.03是体积为0.001m3前面时间单位是天t的单位是su_Bu(m,n)是反应之后的阳极室浓度
L_Bu=(-0.02*L_c_Bu*L_Bu(0.2+L_Bu)+0.00351*L_c_Su*L_Su(0.5+L_Su))*2*t*+Qs*t*(u_Bu(m,1)-L_Bu)*500+L_Bu;不要忘了改乘时间段。
体积为0.002m3
L_Pro=(-0.013*L_c_Pro*L_Pro(0.1+L_Pro)+0.00729*L_c_Su*L_Su(0.5+L_Su))*2*t*+Qs*t*(u_Pro(m,1)-L_Pro)*500+L_Pro;不要忘了改乘时间段。
体积为0.002m3
L_Ac=(-0.008*L_c_Ac_AM*L_Ac(0.15+L_Ac)+0.01107*L_c_Su*L_Su(0.5+L_Su)+0.01504*L_c_Bu*L_Bu(0.2+L_Bu)+0.0071136*L_c_Pro*L_Pro(0.1+L_Pro))*2*t*+Qs*t*(u_Ac(m,1)-L_Ac)*500+L_Ac;
L_H=(-0.035*L_c_H*L_H(7*10^(-6)+L_H)+0.00513*L_c_Su*L_Su(0.5+L_Su)+0.00376*L_c_Bu*L_Bu(0.2+L_Bu)+0.0052546*L_c_Pro*L_Pro(0.1+L_Pro))*2*t*+Qs*t*(u_H(m,1)-L_H)*500+L_H;
L_CH4=(0.0076*L_c_Ac_AM*L_Ac(0.15+L_Ac)+0.0329*L_c_H*L_H(7*10^(-6)+L_H))*2*t*+Qs*t*(u_CH4(m,1)-L_CH4)*500+L_CH4;
更新生物膜区域矩阵上边界条件即作下一时间步长的初始值
u_Su(1,:
)=u_Su(m,:
);u_Bu(1,:
)=u_Bu(m,:
);u_Pro(1,:
)=u_Pro(m,:
);u_Ac(1,:
)=u_Ac(m,:
);u_v(1,:
)=u_v(m,:
);电势初值更新
u_H(1,:
)=u_H(m,:
);u_CH4(1,:
)=u_CH4(m,:
);
生物膜微生物生长模型生物膜厚度生长Lf=(Lf*(3*x_Su_f*u_Su(m,(n-1)2)(0.5+u_Su(m,(n-1)2))+1.2*x_Bu_f*u_Bu(m,(n-1)2)(0.2+u_Bu(m,(n-1)2))+0.52*x_Pro_f*u_Pro(m,(n-1)2)(0.1+u_Pr