通風空調精確仿真系統(tǒng)和用CFD方法研究高大空間動態(tài)響應特性

1、通風空調精確仿真系統(tǒng)和用通風空調精確仿真系統(tǒng)和用 CFDCFD 方法研究高大空間方法研究高大空間動態(tài)響應特性動態(tài)響應特性 通風空調精確仿真系統(tǒng)和用通風空調精確仿真系統(tǒng)和用 CFDCFD 方法研究高大空間方法研究高大空間動態(tài)響應特性動態(tài)響應特性 摘要 提出了通風空調精確仿真系統(tǒng)的概念，即將以分布參數模型為基礎的 CFD模擬和以集中參數模型為基礎的控制系統(tǒng)仿真相結合的新的仿真系統(tǒng)，與常規(guī)的集中參數模型仿真系統(tǒng)相比，精確仿真系統(tǒng)能更好地反映實際系統(tǒng)的性能，特別適用于高大空間氣流控制系統(tǒng)的仿真。通過瞬 摘要摘要 提出了通風空調精確仿真系統(tǒng)的概念，即將以分布參數模型為基礎的提出了通風空調精確仿真系統(tǒng)的概

2、念，即將以分布參數模型為基礎的 CFDCFD 模擬和模擬和以集中參數模型為基礎的控制系統(tǒng)仿真以集中參數模型為基礎的控制系統(tǒng)仿真相結合的新的仿真系統(tǒng)，與常規(guī)的集中參數模型仿真相結合的新的仿真系統(tǒng)，與常規(guī)的集中參數模型仿真系統(tǒng)相比，精確仿真系統(tǒng)能更好地反映實際系統(tǒng)的性能，特別適用于高大空間氣流控制系統(tǒng)系統(tǒng)相比，精確仿真系統(tǒng)能更好地反映實際系統(tǒng)的性能，特別適用于高大空間氣流控制系統(tǒng)的仿真。通過瞬態(tài)的仿真。通過瞬態(tài) CFDCFD 模擬的模擬的 方法方法 得到了高大空間恒溫室的動態(tài)響應特性，如時間延遲、得到了高大空間恒溫室的動態(tài)響應特性，如時間延遲、時間常數和比例系數等，并用實驗進行了驗證。時間常數和比

3、例系數等，并用實驗進行了驗證。 關鍵詞關鍵詞 精確仿真系統(tǒng)精確仿真系統(tǒng) 高大空間高大空間 CFDCFD 模擬模擬 仿真時間比仿真時間比 最優(yōu)采樣周期最優(yōu)采樣周期 控制系統(tǒng)控制系統(tǒng) 動態(tài)動態(tài)響應特性響應特性 實驗實驗 研究研究 1 1 引言引言 近年來，隨著 經濟 的 發(fā)展 ，越來越多的具有高精度濕濕度要求和舒適性要求的高大空間出現了，研究高大空間的氣流控制系統(tǒng)成為一項重要的研究課題。很多學者對高大空間的氣流組織進行了深入地研究，這些研究大多采用穩(wěn)態(tài)的模型，本文的研究重點是氣流控制系統(tǒng)，即對高大空間氣流動態(tài)變化及其控制系統(tǒng)的研究，采用動態(tài)的 CFD 模擬和動態(tài)控制系統(tǒng)仿真模型。 本文的研究對象（

4、見圖 1）是一個存在不均勻分布熱源的高大空間精度恒溫空調系統(tǒng)。針對擾動和控制對象的特點，通過方案比較，本文采用非貼附型下送風方形散流器上送下回氣流組織方式，風口的具體布置見圖 1，并在穩(wěn)態(tài) CFD 模擬的基礎上，確定了最優(yōu)的送回風系統(tǒng)參數，即最優(yōu)的送風溫差（3）、送風速度（2.15m/s）、空調分區(qū)大?。?m 5m，共 36 個）和風口尺寸（800mm800mm）。本文將在此基礎上對高大空間氣流控制系統(tǒng)的動態(tài)仿真進行研究。 論文代寫 http:/ 圖 1 高大空間結構及設備布置 對于高大空間氣流控制系統(tǒng)的動態(tài)仿真，本文提出 2 套解決方案，并分別進行了研究： （1）常規(guī)的集中參數模型控制系統(tǒng)仿

5、真，其中高大空間動態(tài)響應特性預選采用 CFD 方法進行模擬； （2）精確仿真系統(tǒng)，即將以集中參數模型為基礎的控制系統(tǒng)仿真和以分布參數模型為基礎的 CFD 模擬無縫結合，實現對高大空間的精確仿真。 2 2 集中參數仿真系統(tǒng)及高大空間動態(tài)響應特性集中參數仿真系統(tǒng)及高大空間動態(tài)響應特性 CFDCFD 模擬模擬 21 集中參數仿真系統(tǒng) 常規(guī)的集中參數模型仿真系統(tǒng)示意圖見圖 2，它具有以下的特點： （1）對傳感器、變送器和執(zhí)行器等，由于它們傳遞信號的部位體積都很小，而且它們相應的信號參數分布基本上是均勻的，因此可以將它們處理成集中參數模型。 （2）對于高大空間，空間內各點的參數是不一樣的，即各點的參數不

6、僅與時間有關系，而且與空間位置有關系，不僅與外擾的強度有關系，而且與外擾的位置有關系，因此它是一個典型的分布參數系統(tǒng)。對它的 計算 應該用分布參數模型進行處理，以質量守恒、動量守恒和能量守恒為基礎的室內氣流流動和傳熱 理論 就是它的數學模型，其基本方程組為雷諾方程組1。但是，由于雷諾方程組的求解非常復雜費時，因此，在常規(guī)的集中參數模型仿真系統(tǒng)中，將它簡化處理成集中參數系統(tǒng)，即認為高大空間是一個控制點參數為代表的集中參數環(huán)節(jié)，此時，可以通過 CFD 模擬或實驗或理論 分析 （對簡單情況）求出它的延遲時間、時間常數和放大系數1。傳統(tǒng)的求取高大空間動態(tài)響應特性的方法是實驗或者對簡單情況的理論分析，但

7、是這種方法不具有通用性，而且也不經濟（實驗需要大量的費用和時間），因此本文嘗試采用 CFD 的方法研究高大空間的動態(tài)響應特性，對應的高大空間通風空調氣流控制方程組見第 3.2 節(jié)。 作文 http:/ （3）只要確定了高大空間的特性參數，高大空間氣流控制就變成了一個常規(guī)的控制系統(tǒng)，其仿真也就變得容易和快速，但是，由于對高大空間本身的特性進行了簡化，致使它不能精確地反映控制點參數的變化，因此其仿真精度是受到限制的，有時甚至很低，與實際情況相差較遠。 圖 2 常規(guī)的集中參數模型仿真系統(tǒng)示意圖 22 高大空間動態(tài)響應特性 CFD 模擬 221 計算條件 考慮高大空間為帶純滯后的一階慣性系統(tǒng)，應計算系

8、統(tǒng)的時間延遲 、時間常數 T、放大系數 K 和特征比 。 為了考察控制點的位置對高大空間動態(tài)特性的 影響 ，考慮將室內控制點設在各分區(qū)中心線上標高 8m 處（稱為控制點 A）和回風口中心（稱為控制點 B）兩種情況，控制點 A 位置的確定主要是因為各分區(qū)氣流交界面的中心點處于標高 8m 左右，穩(wěn)態(tài)條件下，該位置的空氣溫度約為 20，正好為系統(tǒng)平衡溫度；控制點 B 為常規(guī)控制點。這兩個控制點的一個共同特點是當系統(tǒng)運行于穩(wěn)態(tài)條件時，系統(tǒng)正好不需要控制動作，這正是恒溫空調控制系統(tǒng)的出發(fā)點，這樣系統(tǒng)才能處于最優(yōu)的運行狀態(tài)。 論文代寫 http:/ 數值計算時，在送回風口、熱源、墻壁附近風格劃分較密，網格

9、間距為 0.1m，其他區(qū)域網格劃分較粗，網格間距為 0.4m;數值計算邊界條件如下： （1）送風口，輸入實際的送風速度和溫度。 （2）回風口，規(guī)定出口壓力為 0。 （3）熱源和墻壁，均為固體壁面，要用壁面函數法進行處理3，其中熱源為恒溫55。 （4）對稱或近似對稱邊界條件，規(guī)定邊界面上的各物理量的法向導數為 0。 瞬態(tài)數值計算除了要選用合理的欠松弛因子外，還必須選取合理的時間步長，開始計算時選定時間步長為 0.05s，隨著計算結果趨向收斂，可以逐步地將時間步長加大到 0.075s 和0.1s，從而加速收斂，減少計算時間。 222 計算結果及實驗驗證 圖 3 高大空間恒溫室溫度響應曲線 （a）送

10、風溫度變化曲線；（b）控制點溫度響應曲線 CFD 模擬方案：保持熱源不變，將送風溫度由 17上升到 21，待計算到穩(wěn)定狀態(tài)后再將送風溫度由 21下降到 17，并計算到新的穩(wěn)定狀態(tài)。計算得到的溫度飛升曲線見圖 3，由圖 3 得到高大空間恒溫室動態(tài)響應特性見表 1。 作文 http:/ 高大空間恒溫動態(tài)響應特性 表 1 簡歷大全 http:/ 特性參數 時間延遲 （s） 時間常數 T（s） 放大系數 K（/） 特征比 控制點 A 50 250 0.983 0.200 控制點 B 80 280 0.985 0.286 為了比較 CFD 模擬結果的正確性，對控制點 A 的動態(tài)響應特性進行了模型實驗研究1，實驗所得控制點 A 的動態(tài)響應特性參數，加上 CFD 模擬和 文獻 6所獲得的結果見表 2。從表 2看出，對高大空間最重要的特性-時間常數來說，CFD 模擬和實驗的結果比較接近，兩者相差 91s，相對偏差為 36.4%；而文獻6所得時間常數則太大，顯然文獻6的時間常數計算公式不適用于本文所研究的高大空間。另一方面，CFD 模擬和文獻6所得時間延遲基本相同，顯然，實驗所測時間延遲是有較大誤差的。綜合考慮，認為 CFD 模擬的結果更可靠，從而選取它