MATLAB 第3次 案例及实验1:冷却模型

2025-06-09

案例:冷却模型

某天中午12:00时,在一个住宅内发现一具受害者尸体。法医于12:35赶到现场,立即测得死者体温是30.8℃,一个小时以后再次测得体温为29.0℃,法医还注意到当时室温是28.0℃,请你建立一个数学模型来推断出受害者的死亡时间。

1. 问题分析

这是一个带有许多不定因素问题。首先人体的外形差异大,室温条件是否变化不知道,热在人体内部的分布不知道,热的传播有幅射、传导、对流三种不同的方式,等等。我们建立的模型有可能是偏微分方程。为简化问题,可以认为人体每一点的温度都一样,只考虑传导过程,室温在冷却过程中保持不变,热交换只在物体与空气的接触面进行,而且在接触面两侧的温度差就是物体与空气的温度差。

2. 基本假设

(1)假设房间足够大,放入温度较低或较高的物体时,室内温度基本不受影响。

(2)物体各点的温度总是保持一致。

(3)只考虑热传导过程。

(4)设人体的正常体温为37.5℃。

(5)以死亡时刻为记时初始时刻,时间以分钟为单位。

3. 变量说明

4. 建立模型

我们已知,在物理学中有

牛顿冷却(加热)定律:将温度为T的物体放入处于常温 m 的介质中时,T的变化速率正比于T与周围介质的温度差。

所以建立微分方程,

dT k(T m) dt T(0) 37.5

其中参数k>0,室温m=18。

并且有:在t0时刻,温度T=30.8℃; 在t0+60时刻,温

度T=29℃。而t0就是从死亡时刻到12:35所经过的时间。

求解程序:

syms T t t0 k m ;

yy = dsolve('DT = -k*(T-m)','T(0)=37.5', 't'); yy=subs(yy,m,28);

yy0=subs(yy,t,t0);

yy60=subs(yy,t,t0+60);

yy0=char(yy0);

yy0=strcat(yy0,'-30.8=0');

yy60=char(yy60);

yy60=strcat(yy60,'-29=0');

[kk,tt0]=solve(yy0,yy60,k,t0);

kk=double(kk);

tt0=double(tt0);

ht=12-fix(tt0./60);

mt=fix(35-mod(tt0,60));

exp1=strcat('该受害者的死亡时间为:',

num2str(ht), '时',num2str(mt),'分');

disp(exp1)

结论:

该受害者的死亡时间为:11时23分

5. 练习与思考

a、某天中午8:00时,在另一个住宅内发现一具受害者尸体。法医于8:30赶到现场,立即测得死者体温是35.8℃,一个小时以后再次测得体温为34.6℃,法医还注意到当时室温是26.0℃,请你建立一个数学模型来推断出受害者的死亡时间。

b、前面我们做了一些假设使问题简化,如果改变某些假设比如说室温不是恒定不变的,要求大家选择一个比较合适的室温变化关系式,我们的模型会怎么样变化。


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