CN112464408B - 贯流风道空调挂机风量与房间温度场均匀性仿真评估方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及空调领域，公开了一种贯流风道空调挂机风量与房间温度场均匀性仿真评估方法，用以对贯流风道空调挂机风量与房间温度场均匀性的快速仿真评估。本发明通过对大量贯流风道空调挂机不同出风状态下二维流场与对应状态的房间温度场的仿真数据进行参数敏感性分析，获得影响房间温度场分布的二维流动特征，将代表此二维流动特征的流场变量与房间内不同空间位置的温度数值进行数学建模，得到流场‑温度场模型，利用流场‑温度场模型对风道几何参数采用优化算法进行自动寻优设计以获取最优风道参数。本发明适用于空调设计。

Description

贯流风道空调挂机风量与房间温度场均匀性仿真评估方法
技术领域
本发明涉及空调领域，特别涉及贯流风道空调挂机风量与房间温度场均匀性仿真评估方法。
背景技术
当前的家用空调以吹冷热风的方式调节房间温度，夏天吹冷风，冬天吹热风，由于冷空气密度大，夏天制冷时，空调吹出的冷风下沉，容易聚集于地面附近，导致头部和上身部位感觉较热，而足部较凉，相反，冬天制热时，空调吹出的热空气上浮，容易飘到房间上方，导致足部及下肢部位感觉较冷，这种现象在保温效果差、门窗密闭性不好的房间尤其明显，实验证明空调挂机冬天制热时房间上下部温差最大可达10℃以上，相当于空调检测温度已达24℃时足部温度可能低于12℃。
随着经济的发展，用户对空调的舒适性要求越来越高，活动范围内的房间上下部温差(以下简称房间温度场均匀性)成为用户评价空调舒适性指标之一。传统家用空调改善房间温度场均匀性的主要措施是制冷向房间上部远距离送风、制热向房间下部远距离送风，但考虑到空调噪声、外观等要求，空调送风受到很大限制，因此设计合适的出风方案成为空调室内机结构设计重点工作之一。
结构设计是否满足房间温度均匀性评估通常有两种方法，一种方法是手板试验，但该方法成本高、周期长，举个例子，一个派生产品做两个技术方案，每个技术方案制冷做2个摆叶角度、制热做4个摆叶角度，按每个方案12个小时、每个小时650元的成本计算，则一个派生机的试验费用为9.36万元，考虑做手板和试验时间，所有工作串行开展，预计评估周期一个月；另一种方法是做仿真评估，当前贯流风道空调挂机风量和房间温度场均匀性评估通用流程如下图1，按照这个流程，即使每个方案制冷和制热各做5个摆叶角度，加上最大风量5个摆叶角度，仿真评估周期预计12天(其中二维模型处理、工作站计算及数据整理2天，三维模型处理及服务器计算预计10天)，与手板试验相比，仿真评估费用可以忽略不计，因此主流空调企业基本采用第二种方案。
为了提升研发效率，格力开发了空调热舒适仿真平台(见《空调热舒适仿真平台设计及开发》论文)，流程见图2，通过采用脚本化的软件编程和保留关键参数可调的方式对几何处理，网格划分及流场求解器等软件进行二次开发，实现三种软件集成封装和仿真流程自动化，使人工参与的工作量大幅减少。该仿真平台能评估任何技术方案的房间温度场稳态均匀性和瞬态变化过程，但没有评估最大风量、没有减少服务器计算任务及时间、没有实现出风摆叶角度自动寻优，是一个单纯的房间温度场均匀性仿真平台，对缩短研发周期作用不大。
发明内容
本发明要解决的技术问题是：提出一种贯流风道空调挂机风量与房间温度场均匀性仿真评估方法，用以对贯流风道空调挂机风量与房间温度场均匀性的快速仿真评估。
为解决上述问题，本发明提供了一种贯流风道空调挂机风量与房间温度场均匀性仿真评估方法，通过对大量贯流风道空调挂机不同出风状态下二维流场与对应状态的房间温度场的仿真数据进行参数敏感性分析，获得影响房间温度场分布的二维流动特征，将代表此二维流动特征的流场变量与房间内不同空间位置的温度数值进行数学建模，得到流场-温度场模型，利用流场-温度场模型对风道几何参数采用优化算法进行自动寻优设计以获取最优风道参数。
进一步的，贯流风道空调挂机不同出风状态可包括：不同循环风量状态、不同摆叶结构状态和不同摆叶角度状态。
进一步的，代表二维流动特征的流场变量可包括循环风量、出风角度和出风集中度。
进一步的，流场变量与房间内不同空间位置的温度数值通常为非线性关系，本发明可通过神经网络的方法进行非线性关系建模。
进一步的，所述优化算法包括MOGA多目标遗传算法和/或多目标自适应算法和/或响应面优化算法。
进一步的，所述最优风道参数包括但不限于摆叶角度、主副摆叶间距及形状等。
进一步的，所述利用流场变量-温度场模型对风道几何参数采用优化算法进行自动寻优设计以获取最优风道参数，具体包括可以下步骤：
利用几何建模软件完成挂机二维风道截面的几何参数化建模，得到参数化后的二维模型；
将所述二维模型代入流体仿真软件进行流场仿真；
利用流场-温度场模型将流场仿真结果转换成房间温度场数据；
以房间温度场数据为优化目标，对风道几何参数采用优化算法进行参数自动寻优，获取最优风道参数。
本发明的有益效果如下：
(1)缩短仿真评估周期，使以前的单个方案评估周期由12天缩减到1.5天。
(2)节约仿真服务器资源，以前单个方案评估需要使用工作站2天、服务器10天(以16核计算，下同)，现在改为二维仿真后不需要使用服务器，只需要使用工作站1.5天。
(3)仿真流程自动化，降低人员工作量及专业能力要求，实现普通结构设计师评估技术方案风量大小和房间温度场均匀性。
附图说明
图1是现有仿真评估通用流程图。
图2是一种现有空调热舒适性仿真平台仿真流程图。
图3是实施例的流程图。
具体实施方式
为了对贯流风道空调挂机风量与房间温度场均匀性的快速仿真评估，本发明公开了一种贯流风道空调挂机风量与房间温度场均匀性仿真评估方法，通过对多个贯流风道空调挂机不同出风状态下二维流场与对应状态的房间温度场的仿真数据进行参数敏感性分析，获得影响房间温度场分布的二维流动特征，将代表此二维流动特征的流场变量与房间内不同空间位置的温度数值进行数学建模，得到流场-温度场模型，利用流场-温度场模型对风道几何参数采用优化算法进行自动寻优设计以获取最优风道参数。下面通过实施例对本发明做进一步说明。
实施例提出一种贯流风道空调挂机风量与房间温度场均匀性快速仿真评估方法，该方法主要包含以下三部分：
A、贯流风道空调挂机二维流场与空调房间三维温度场关系建立。
B、贯流风道空调挂机二维流场仿真自动化。
C、贯流风道空调挂机摆叶角度自动寻优。
如图3所示，实施例的具体实施步骤如下：
步骤(1)、获得大量贯流风道空调挂机在不同出风状态下的二维流场和对应状态的房间三维温度场仿真数据。其中，贯流风道空调挂机不同出风状态包括：不同循环风量状态、不同摆叶结构状态和不同摆叶角度状态。
步骤(2)、对步骤(1)获得的仿真数据进行参数敏感性分析，获得影响房间温度场分布的二维流动特征，将代表此二维流动特征的流场变量与房间内不同空间位置的温度数值进行数学建模，得到流场-温度场模型。流场变量与房间内不同空间位置的温度数值通常为非线性关系，实施例通过神经网络的方法进行非线性关系建模。
步骤(3)、利用几何建模软件完成挂机二维风道截面的几何参数化建模，得到参数化后的二维模型。
步骤(4)、将步骤(3)得到的二维模型代入流体仿真软件进行流场仿真。
步骤(5)、利用步骤(2)所建立的流场-温度场模型将步骤(4)的流场仿真结果转换成房间温度场数据；
步骤(6)、以房间温度场数据为优化目标，例如以房间温度场均匀性最好为优化目标，对风道几何参数采用优化算法进行参数自动寻优，获取最优风道参数。其中所述优化算法包括MOGA多目标遗传算法和/或多目标自适应算法和/或响应面优化算法；所述最优风道参数包括但不限于摆叶角度、主副摆叶间距及形状等。

Claims (5)

1.贯流风道空调挂机风量与房间温度场均匀性仿真评估方法，其特征在于，通过对多个贯流风道空调挂机不同出风状态下二维流场与对应状态的房间温度场的仿真数据进行参数敏感性分析，获得影响房间温度场分布的二维流动特征，将代表此二维流动特征的流场变量与房间内不同空间位置的温度数值进行数学建模，得到流场-温度场模型，利用流场-温度场模型对风道几何参数采用优化算法进行自动寻优设计以获取最优风道参数；
具体的，贯流风道空调挂机不同出风状态包括：不同循环风量状态、不同摆叶结构状态和不同摆叶角度状态；
代表二维流动特征的流场变量包括循环风量、出风角度和出风集中度。
2.如权利要求1所述的贯流风道空调挂机风量与房间温度场均匀性仿真评估方法，其特征在于，通过神经网络的方法进行建模。
3.如权利要求1所述的贯流风道空调挂机风量与房间温度场均匀性仿真评估方法，其特征在于，所述优化算法包括MOGA多目标遗传算法和/或多目标自适应算法和/或响应面优化算法。
4.如权利要求1所述的贯流风道空调挂机风量与房间温度场均匀性仿真评估方法，其特征在于，所述最优风道参数包括以下参数摆叶角度、主副摆叶间距及形状。
5.如权利要求1-4任意一项所述的贯流风道空调挂机风量与房间温度场均匀性仿真评估方法，其特征在于，所述利用流场变量-温度场模型对风道几何参数采用优化算法进行自动寻优设计以获取最优风道参数，具体包括以下步骤：
利用几何建模软件完成挂机二维风道截面的几何参数化建模，得到参数化后的二维模型；
将所述二维模型代入流体仿真软件进行流场仿真；
利用流场-温度场模型将流场仿真结果转换成房间温度场数据；
以房间温度场数据为优化目标，对风道几何参数采用优化算法进行参数自动寻优，获取最优风道参数。
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