通风空调精确仿真系统和用CFD方法研究高大空间动态响应特性工业设计论文.docVIP

通风空调精确仿真?系统和用CFD方?法研究高大空间动?态响应特性工业设?计论文 通风空调?精确仿真系统和用?CFD方法研究高?大空间动态响应特?性工业设计论文 ? 摘要 提出了通?风空调精确仿真系?统的概念，即将以?分布参数模型为基?础的CFD模拟和?以集中参数模型为?基础的控制系统仿?真相结合的新的仿?真系统，与常规的?集中参数模型仿真?系统相比，精确仿?真系统能更好地反?映实际系统的性能?，特别适用于高大?空间气流控制系统?的仿真。通过瞬态?CFD模拟的方法?得到了高大空间恒?温室的动态响应特?性，如时间延迟、?时间常数和比例系?数等，并用实验进?行了验证。关键词? 精确仿真系统 ?高大空间 CFD?模拟 仿真时间比? 最优采样周期 ?控制系统 动态响?应特性 实验研究? 1 引言 近?年来，随着经济的?发展，越来越多的?具有高精度湿湿度?要求和舒适性要求?的高大空间出现了?，研究高大空间的?气流控制系统成为?一项重要的研究课?题。很多学者对高?大空间的气流组织?进行了深入地研究?，这些研究大多采?用稳态的模型，本?文的研究重点是气?流控制系统，即对?高大空间气流动态?变化及其控制系统?的研究，采用动态?的CFD模拟和动?态控制系统仿真模?型。 本文的研究?对象（见图 ? 1） 是一个存?在不均匀分布热源?的高大空间精度恒?温空调系统。针对?扰动和控制对象的?特点，通过方案比?较，本文采用非贴?附型下送风方形散?流器上送下回气流?组织方式，风口的?具体布置见图 ? 1，并在稳态?CFD模拟的基础?上，确定了最优的?送回风系统参数，?即最优的送风温差?（3℃）、送风速?度（2 15ms?）、空调分区大小?（5m× 5m，?共36个）和风口?尺寸（800mm?×800mm）。?本文将在此基础上?对高大空间气流控?制系统的动态仿真?进行研究。 图? 1 高大空间结?构及设备布置 对?于高大空间气流控?制系统的动态仿真?，本文提出2套解?决方案，并分别进?行了研究： ? （?1） 常规的集中?参数模型控制系统?仿真，其中高大空?间动态响应特性预?选采用CFD方法?进行模拟； ?? （2）精确?仿真系统，即将以?集中参数模型为基?础的控制系统仿真?和以分布参数模型?为基础的CFD模?拟无缝结合，实现?对高大空间的精确?仿真。 2 集中?参数仿真系统及高?大空间动态响应特?性CFD模拟 ? 2．1 ?集中参数仿真系统? 常规的集中参数?模型仿真系统示意?图见图 2?，它具有以下的特?点： ? （1） ?对传感器、变送器?和执行器等，由于?它们传递信号的部?位体积都很小，而?且它们相应的信号?参数分布基本上是?均匀的，因此可以?将它们处理成集中?参数模型。 ? （2）对于?高大空间，空间内?各点的参数是不一?样的，即各点的参?数不仅与时间有关?系，而且与空间位?置有关系，不仅与?外扰的强度有关系?，而且与外扰的位?置有关系，因此它?是一个典型的分布?参数系统。对它的?计算应该用分布参?数模型进行处理，?以质量守恒、动量?守恒和能量守恒为?基础的室内气流流?动和传热理论就是?它的数学模型，其?基本方程组为雷诺?方程组。但是，由?于雷诺方程组的求?解非常复杂费时，?因此，在常规的集?中参数模型仿真系?统中，将它简化处?理成集中参数系统?，即认为高大空间?是一个控制点参数?为代表的集中参数?环节，此时，可以?通过CFD模拟或?实验或理论分析（?对简单情况）求出?它的延迟时间、时?间常数和放大系数?。传统的求取高大?空间动态响应特性?的方法是实验或者?对简单情况的理论?分析，但是这种方?法不具有通用性，?而且也不经济（实?验需要大量的费用?和时间），因此本?文尝试采用CFD?的方法研究高大空?间的动态响应特性?，对应的高大空间?通风空调气流控制?方程组见第3 2?节。 ?（3）只要确定了?高大空间的特性参?数，高大空间气流?控制就变成了一个?常规的控制系统，?其仿真也就变得容?易和快速，但是，?由于对高大空间本?身的特性进行了简?化，致使它不能精?确地反映控制点参?数的变化，因此其?仿真精度是受到限?制的，有时甚至很?低，与实际情况相?差较远。 图2? 常规的集中参数?模型仿真系统示意?图 2?．2 高大空间动?态响应特性CFD?模拟 2?． 2．1? 计算条件 考虑?高大空间为带纯滞?后的一阶惯性系统?，应计算系统的时?间延迟 、时间常?数T、放大系数K?和特征比 。 为?了考察控制点的位?置对高大空间动态?特性的影响，考虑?将室内控制点设在?各分区中心线上标?高8m处（称为控?制点A）和回风口?中心（称为控制点?B）两种情况，控?制