JP2004340487A - Performance simulating method and device for air conditioner - Google Patents

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JP2004340487A
JP2004340487A JP2003137665A JP2003137665A JP2004340487A JP 2004340487 A JP2004340487 A JP 2004340487A JP 2003137665 A JP2003137665 A JP 2003137665A JP 2003137665 A JP2003137665 A JP 2003137665A JP 2004340487 A JP2004340487 A JP 2004340487A
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fan
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Motohiro Kitada
基博 北田
Hideo Asano
秀夫 浅野
Keiji Komura
圭司 甲村
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Denso Corp
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Denso Corp
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To estimate the air blowing performance of an air conditioner (HVAC) with high accuracy while inhibiting the increase of a calculation time. <P>SOLUTION: This performance simulating method of the air conditioner comprising a fan for supplying the air-conditioning air comprises the database corresponding to a type of the fan and having the data on a state of the flow at a fan outlet. This method comprises a process for inputting the type of the fan, a process for inputting an operating state of the fan of the input type, a process for selecting and outputting the data on the state of the flow at the fan outlet corresponding to the type of the fan, from the database, a process for inputting the selectively output data on the state of the flow at the fan outlet to a numerical value fluid analysis calculation as the input data, a process for executing the numerical value fluid analysis calculation on the basis of the input data, and a process for processing a result of the executed numerical value fluid analysis calculation. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、シミュレーション方法及びそのための装置係り、より特別には空調装置(HVAC)の送風性能を予測するシミュレーション方法及びその装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
車両の空調装置(HVAC)の送風性能を予測する場合、従来から数値流体解析(CFD)が用いられている。HVACの構成のCFDモデルを図1に示しており、HVAC10の構成は、送風機(遠心送風機又は横流送風機)1、熱交換器等を含むユニット2、吹き出し口に導くダクト3に大別される。
HVACのCFDを実施する際、送風機のCFDモデルを追加すると計算規模、計算時間の増大を招くため多くの場合、省略して、HVACの入口に境界条件として一様流速を与えて実施している。しかし送風機の出口では実際には速度分布が大きいため、HVACの構成によっては、計算予測精度に大きく影響する場合がある。そのため従来は、送風機のスクロールのみのモデル図2(A)を追加する方法がとられている。この際、流入側の境界条件はファン外形円筒面(ファン出口)から、遠心方向に向けた速度成分を与えている(図2(B))。このような手法の場合、ファン部分がないため計算時間の増大は少ないが、ファンがある場合と比べると送風機出口の速度分布の傾向は大きく違い、精度は十分ではない。ファンがある場合にはスクロールの中で旋回流が発生するが、ファンなしの場合、このような流れは生じていない(図3)。
【0003】
上記の問題を、実際の計算例に基づいて説明する。
図3に、ファン有りモデル(ケース1)とファン無しモデル(ケース2)の場合の計算結果について、比較例を示す。計算は図3(A)に示す遠心式送風機(ファン)を含むダクト部分の平面図において、断面“1”と断面“2”について実施したものである。断面“1”の図3(B)と(E)は、ファン出口付近における風速分布の状態を示し、断面“2”の図3(C)、(D)、(F)、(G)はファン出口から少し下流のダクト部分における風速ベクトルの状態を示す。ケース2のファン無しモデルにおいては前述のように、HVACの入口の境界条件(即ちファンの出口において)として一様流速を与えているので、図3(E)においてダクトの高さ(Z)方向に関して流速が一定であることを示している。一方、ケース1のファン有りモデルによる計算においては、ファンが有ることを想定した場合、図3(B)においてダクトの高さ(Z)方向に流速は変化しており、ダクトのZ方向において、略中央付近で流速が最も速くなっており、流速分布が山形であることを示している。図3(B)と図3(E)の断面“1”の速度分布は、HVACの入口における計算の境界条件を示すものと考えられる。即ち、ケース1とケース2の入口境界条件は、高さ(Z)方向の流速分布に関してこの様に相違していることが分かる。(ここで、図3(B)と図3(E)の風速分布を表す線は風速の大きさを正確に表すものではなく、主に風速の分布を表したものである。)
【0004】
ケース1(ファン有りモデル)とケース2(ファン無しモデル)の計算について、入口条件がこの様に相違した場合、ある程度下流において流れがどうなるかを計算により求めた例が、断面“2”の計算結果と考えられる。この断面“2”の計算結果について、図3(C)、(D)及び図3(F)、(G)に風向き及び風速分布として示している。(図中の白い点は、断面“2”において風向きと大きさを同時に表わす風速ベクトルを示す。)図3(C)と図3(F)は断面“2”における風の向きを矢印で示しているが、ケース2においてはダクト内で上から下へ風が流れる(そして少し時計回りに旋回する)結果となっている。一方ケース1においては、風は反時計方向に旋回する計算結果となっている。この様に、風方向に関してファン有りモデル(ケース1)とファン無しモデル(ケース2)では全く反対と言える結果になったことが分かる。
【0005】
次に、風速分布についての計算結果が図3(D)と図3(G)に示される。ケース2においては、ダクトの内側において低速(本例では10m/sから15m/s程度の範囲)であり、ダクトの外側に向かって速度が漸次上昇して、外側付近において25から28m/sであり、速度は、断面“2”において内側から外側へ図3(G)で分かるように平行な状態で増加する結果となる。一方ケース1においては、ダクトの内側から外側に向かって風速は増大するものの、増大の仕方は等高線状で、ダクトの外側中央部にある風速28m/sの高速領域を等風速領域が取り囲むように変化する結果となる。従って、図3(D)と図3(G)を比較して分かるように風速分布に関しても、ファン有りモデル(ケース1)とファン無しモデル(ケース2)ではかなり異なる計算結果になったことが分かる。
【0006】
また、従来技術において空調装置のシミュレーションシステムに関する提案がある(例えば、特許文献1参照)。
【特許文献1】
特開第2002−197125号(第4頁)
【0007】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上述した事情に鑑みなされたもので、空調装置(HVAC)の送風性能を計算時間の増大を抑えて、精度良く予測する方法を提供することを目的とする。そのために本発明は、計算時間と計算精度に影響を与えている送風機の新たなモデル化を含む方法及びその方法を実施する装置を提供することを目的とする。
【0008】
【課題を解決するための手段】
本発明の請求項1の形態では、上述した目的を達成するために、空調用空気を供給するファンを備える空調装置の性能シミュレーション方法は、前記ファンのタイプに対応するデータベースであって、ファン出口の流れの状態のデータを具備するデータベースを具備する。この方法は、前記ファンのタイプを入力する手順と、前記タイプのファンの作動状態を入力する手順と、前記データベースから前記ファンのタイプ及び作動状態に応じたファン出口の流れの状態のデータを選択して出力する手順と、前記選択して出力したファン出口の流れの状態のデータを入力データとして数値流体解析計算に入力する手順と、前記入力データに従い数値流体解析計算を実行する手順と、前記実行された数値流体解析計算の結果を処理する手順とを具備することを特徴とする。
【0009】
この様に構成することにより、計算実施者は、ファンの数値流体解析(CFD)モデルを作成する工数が不要になる上、計算時間短縮化と計算精度の向上を図ることが可能であり、更に空調装置(HVAC)の送風性能を予測する期間及び工数を大幅に短縮できる。
【0010】
本発明の請求項2の形態では、上記請求項1の形態において、前記データベースは、ファン出口における風速分布データを具備することを特徴とする。
本形態によれば、本発明のデータベースの具備するデータの内容をより具体化する形態を開示する。
【0011】
本発明の請求項3の形態では、上記請求項1又は2のいずれかの形態において、前記データベースは、各前記ファンのタイプ及び各前記ファンの作動状態に対応した、ファン出口における半径方向、円周方向、及び高さ(垂直)方向それぞれの風速ベクトルデータを具備することを特徴とする。
本形態によれば、本発明のデータベースの具備するデータの内容をより一層具体化する形態を開示する。
【0012】
本発明の請求項4の形態では、上記請求項1から3の形態のいずれか一項において、前記ファンは遠心式送風機であることを特徴とする。
本形態によれば、ファンの型式をより具体化する形態を開示する。
【0013】
本発明の請求項5の形態では、上記請求項1から4の形態のいずれか一項において、前記数値流体解析計算を実行する手順は、汎用の数値流体計算ソフトにより行われることを特徴とする。
本形態によれば、本発明の数値流体解析計算を実行する手順をより一層具体化する形態を開示すると共に、より安価な形態を開示する。
【0014】
本発明の請求項6の形態では、上記請求項1から5の形態のいずれか一項の方法において、性能シミュレーション方法を実行するプログラムが具備される。
本形態によれば、本発明の方法の各手順がより具体化される形態を開示する。
【0015】
本発明の請求項7の形態では、請求項6に記載のプログラムを具備する装置が具備される。
本形態によれば、本発明の方法を実行可能な装置を具体化する形態を開示する。
【0016】
【発明の実施の形態】
以下、図面に基づいて本発明の一つの実施の形態の空調装置の性能シミュレーション方法を詳細に説明する。
本発明は、ファン出口の風速分布に着目し、ファンモデルの追加なしでファン出口からの風速分布をデータとしてモデル化(関数化)し、境界条件を付与することで、計算負荷を上げることなく、計算精度を向上させるものである。
ファン付きの送風機計算結果をもとにファン出口風速分布をそのまま境界条件として付与する方法も考えられるが、ファンタイプや作動条件を変える毎に送風機計算を実施する必要があるため、本発明の方法では、ファンタイプ毎の作動状態毎にあらかじめ風速分布特性を実験等により求めてデータ化することで、汎用的に共通使用できる。
【0017】
本実施の形態において、計算の対象となる空調装置(HVAC)10は、前記した図1に示す構成を有する空調装置10である。従って空調装置10は、ファン1と、熱交換器等を含むユニット2と、吹き出し口に導く複数のダクト3とを具備する。本実施の形態においてファン1は、遠心式送風機である。
遠心式送風機のファン出口風速分布は特徴があるため、この分布をモデル化(関数化)して境界条件として付与する。図4(A)〜(D)に遠心式送風機のファン出口風速分布を模式的に示す。遠心式送風機のファンは、遠心(半径)方向の成分R(U)と、回転方向成分θ(V)及び、回転軸方向の成分Z(W)を一般的に持っている(図4(B)〜(D)参照)。これらのベクトル成分によりスクロール内に旋回流が生じている。
図4(A)は、遠心式ファン(以下ファンと呼ぶ)1の形状の立体図であり、渦巻状の形状を有しており、図4(A)に示すように中央部にファン1の翼を含む本体が具備される。ファン1は一般的に、ファン1の中央部から空気を吸入し、図4(B)に示すように遠心方向に空気の流れを生じ、空気はファン1を囲むダクト12内を流れて吐出部11から流出する。
【0018】
図6に特定の遠心式送風機のファン出口の風速ベクトルを示す。ファン回転方向の角度に対して、回転軸方向高さをパラメータにした各方向成分の風速の一例を示している。これらの風速分布を関数化し、数値流体解析(CFD)の流入境界条件として与える。CFDの流入条件は、U、V、W方向成分を各々設定するため、各々のベクトル成分をファンの座標(位置)の関数として与える。また、これらのベクトル成分は、ファン形状や、送風機作動状態(ファンの性能曲線上の点、即ちファンの発揮する圧力とその圧力に対応する流量)によって変わることがわかっている。そこで、あらかじめファンのタイプ毎に作動状態における風速分布特性を求めておいてデータベース化しておく。このデータベースを作成しておけば、種々のファンの組み合わせに対して境界条件を選択し、汎用的に共通使用することが可能である。
【0019】
ここで、図5(A)、(B)及び図6について説明する。図5(A)はファン部分を上から見た図解的平面図であり、中央にファンが有ることを示しており、前記ファン出口の位置を図中に示している。図5(A)において、ファン出口における角度位置(0,90,180,270度)が示されており、図5(B)には、ファン出口における高さ位置(0,15,30,45mm)が示される。高さ位置0mmは、ファンの下面(底面)である。図5(A)と(B)に示す位置に対応する、ファン出口における流速データの一例が図6に示される。図6には10本の線が示されるが、各線は高さ0mmから45mmまでの等分された10箇所の高さ位置における流速を示しており、それらの線の高さ位置に対する対応関係ついては図6に示す通りである。
【0020】
図6は前述のように、ファン出口における流速を示しており、それぞれ半径(R)方向、円周(θ)方向、高さ(W)方向についての実験等により得たデータを、高さ位置をパラメータとして各角度(横軸:0から360度)に対して示している。図6に示すグラフの値が、データベースに含まれるファン出口における流速のデータの一例である。図6に示すように一般的に、ファン出口における流速ベクトル成分は、角度位置と高さ位置によってかなり幅広くばらついており、従来技術例のように一様の流速ではないことが分かる。
【0021】
図8(A)から(G)は、前出の図3(A)から(G)の図面に似た比較のための図面であり、図8(B)から(D)にファン有りモデル(ケース1)の計算結果を示し、図8(E)から(G)に本発明の方法(ケース3)を用いて求めた結果を示しており、これらの二種類の方法の比較を示している。図7は、本実施の形態の遠心式送風機(ファン)部分の図解的立体図であり、計算の流入境界条件である流速ベクトルがR、θ、Wのそれぞれの方向の成分を有することを示している。図8(A)は図3(A)と同様の図面であり、図8(B)から(G)の図はそれぞれ断面“1”と断面“2”の位置における計算結果を示しており、断面“1”と断面“2”は図3(A)と同じ位置である。図8(B)から(D)は、図3(B)から(D)に示すファン有りモデルの計算結果と同じもの(データ)であり、図8(B)は断面“1”においてファン出口における流速の高さ方向の変化状態、図8(C)と(D)はそれぞれ、断面“2”における風向きと風速分布を示す。
【0022】
図8(E)から(G)はそれぞれ、本発明に従い求めた、断面“1”におけるファン出口における流速の高さ方向の変化状態、断面“2”における風向きと風速分布を示す。図8(B)と図8(E)、図8(C)と図8(F)、図8(D)と図8(G)はそれぞれよく近似しており、本発明の方法(ケース3)により求めた計算結果が、ファン有りモデル(ケース1)を使用した計算結果に近似していることを示している。
図8の本発明の方法を用いた場合には、ファンモデルが存在する場合と同様の風速分布を流入境界条件として与えられるため、スクロール内の流れ、速度分布ともファンモデルを追加した場合と同等の計算精度を与えることが可能である。更に計算時間はファンモデルがある場合と比較して約1/2であった。
【0023】
図9は、本発明に係る実施の形態の空調装置の性能シミュレーション方法の手順のフローを示す。本実施の形態において、本方法を実施する装置はコンピュータであっても良い。
図9のフローにおいて、S1のステップ1において、計算対象のファンタイプ及び前記のファン作動状態(ファンの圧力と対応する流量の特定値)を選択し、コンピュータに入力する。S2のステップ2に進み、S2において、コンピュータの記憶装置のデータベースから、S1において入力されたデータに対応するファン出口における流速分布のデータを選択する。次にS3のステップ3に進み、データベースから選択し出力した、所定のファン出口における流速分布データを計算プログラムに入力する。
【0024】
更にS4のステップ4に進み、数値流体解析(CFD)計算を実行し、必要なダクトにおける管路抵抗、各吹き出し口における流量分配等の計算を行う。そしてS5のステップ5において、例えば図解的表示等のCFDの計算結果の処理を実施する。
ステップ4における上記CFD計算は、汎用プログラムを使用して実施されても良い。ステップ3において、複数の入力データ(ファン出口における流速分布データ)が選択されて、ステップ4において計算が繰り返し行われて複数の計算結果が得られて、ステップ5において複数のCFD計算結果が処理されても良い。上記の手順をまとめると以下のようになる。ファンタイプ、作動状態毎の風速分布特性を実験あるいは計算であらかじめ求めておき、速度分布をジオメトリによる関数に置き換えておく。これをデータベースとして登録しておく。HVAC計算を実行する際は、使用するファン形状と、作動状態をこのデータベースから選択する。選択された条件をもとに、データベースから流入境界条件を与えるサブルーチン入力データが書き出される。このサブルーチンを使用してHVACのCFD計算が実行される。
本実施の形態において、一連の手順はプログラムとして形成されて、コンピュータにより実行される。
【0025】
次に上記実施の形態の効果及び作用について説明する。
本発明の一つの実施の形態の空調装置の性能シミュレーション方法及び装置により以下の効果が期待できる。
・計算実施者は、ファンのCFDモデルを作成する工数が不要となる。
・計算時間短縮化と計算精度向上が図れる。
・HVACの送風性能を予測する期間及び工数が大幅に短縮できる。
【0026】
上記の実施の形態は本発明の一例であり、本発明は、該実施の形態により制限されるものではなく、請求項に記載される事項によってのみ規定されており、上記以外の実施の形態も実施可能である。
【図面の簡単な説明】
【図1】図1は、一般的な車両用空調装置のダクトシステムのCFDモデルの概要を示す図解的立体図である。
【図2】図2は、従来技術において使用される送風機のスクロールモデルの立体図(図2(A))と、その送風機(ファン)出口における一定の風速分布を示す図解的平面図(図2(B))とを示す。
【図3】図3は、ファン有りモデルの計算の場合と、ファン無しモデルの計算の場合との計算結果(断面“1”と断面“2”における)の違いを示す図面である。
【図4】図4は、遠心式送風機の立体図(図4(A))と、そのファン出口における流速分布を、各R(図4(B))、θ(図4(C))、W(図4(D))方向において模式的に示す。
【図5】図5は、ファン出口における位置を指定するための平面図(図5(A))と側断面図(図5(B))である。
【図6】図6は、本発明のデータベースに含まれるファン出口における流速分布のデータの一例を示す。
【図7】図7は、本発明の実施の形態の対象とした遠心式送風機(ファン)部分の図解的立体図であり、計算の流入境界条件である流速ベクトルがR、θ、Wのそれぞれの方向の成分を有することを示している。
【図8】図8は、ファン有りモデルの計算の場合と、本発明の実施の形態による計算の場合との計算結果(断面“1”と断面“2”における)の違い(又は近似性)を示す図面であり、図3に対応する図面である。
【図9】図9は、本発明の方法の一実施の形態の手順を示すフロー図である。
【符号の説明】
1…送風機(ファン)
2…ユニット
3…ダクト
10…空調装置
[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a simulation method and an apparatus for the same, and more particularly, to a simulation method and an apparatus for predicting a ventilation performance of an air conditioner (HVAC).
[0002]
[Prior art]
2. Description of the Related Art Computational fluid dynamics (CFD) has conventionally been used to predict the ventilation performance of a vehicle air conditioner (HVAC). FIG. 1 shows a CFD model of the configuration of the HVAC. The configuration of the HVAC 10 is roughly divided into a blower (a centrifugal blower or a cross flow blower) 1, a unit 2 including a heat exchanger and the like, and a duct 3 leading to an outlet.
When performing the HVAC CFD, adding a CFD model of the blower causes an increase in the calculation scale and the calculation time. In many cases, this is omitted and a uniform flow velocity is given as a boundary condition at the entrance of the HVAC. . However, since the velocity distribution is actually large at the outlet of the blower, the accuracy of calculation prediction may be significantly affected depending on the configuration of the HVAC. Therefore, conventionally, a method of adding a model diagram (A) of only the scroll of the blower has been adopted. At this time, the boundary condition on the inflow side gives a velocity component toward the centrifugal direction from the fan outer cylindrical surface (fan outlet) (FIG. 2B). In the case of such a method, the increase in calculation time is small because there is no fan portion, but the tendency of the speed distribution at the outlet of the blower is significantly different from that in the case where there is a fan, and the accuracy is not sufficient. When there is a fan, a swirling flow occurs in the scroll, but when there is no fan, such a flow does not occur (FIG. 3).
[0003]
The above problem will be described based on an actual calculation example.
FIG. 3 shows a comparative example of calculation results in the case of the model with a fan (case 1) and the model without a fan (case 2). The calculation is performed for the cross section “1” and the cross section “2” in the plan view of the duct portion including the centrifugal blower (fan) shown in FIG. FIGS. 3B and 3E of the section “1” show the state of the wind velocity distribution near the fan outlet, and FIGS. 3C, 3D, 3F, and 3G of the section “2” 9 shows a state of a wind velocity vector in a duct portion slightly downstream from a fan outlet. As described above, in the fanless model of Case 2, since the uniform flow velocity is given as the boundary condition at the entrance of the HVAC (ie, at the exit of the fan), the height (Z) direction of the duct in FIG. Indicates that the flow rate is constant. On the other hand, in the calculation based on the model with a fan in Case 1, assuming that there is a fan, the flow velocity changes in the direction of the height (Z) of the duct in FIG. The flow velocity is highest near the center, which indicates that the flow velocity distribution is mountain-shaped. It is considered that the velocity distribution of the section “1” in FIGS. 3B and 3E indicates the boundary condition of the calculation at the entrance of the HVAC. That is, it can be seen that the inlet boundary conditions of Case 1 and Case 2 are different in the flow velocity distribution in the height (Z) direction. (Here, the lines representing the wind speed distribution in FIGS. 3B and 3E do not accurately represent the magnitude of the wind speed, but mainly represent the wind speed distribution.)
[0004]
In the case of the case 1 (model with fan) and the case 2 (model without fan), when the inlet conditions are different as described above, an example of calculating the flow downstream to some extent by calculation is shown in FIG. Probable result. The calculation results of this cross section “2” are shown as wind direction and wind speed distribution in FIGS. 3 (C) and 3 (D) and FIGS. 3 (F) and 3 (G). (The white dots in the figure indicate the wind velocity vectors that simultaneously represent the direction and magnitude of the wind at section “2”.) FIGS. 3 (C) and 3 (F) show the direction of the wind at section “2” with arrows. However, in case 2, the wind flows from above to below in the duct (and turns slightly clockwise). On the other hand, in the case 1, the wind is a calculation result of turning in the counterclockwise direction. As described above, it can be seen that the model with the fan (case 1) and the model without the fan (case 2) have completely opposite results with respect to the wind direction.
[0005]
Next, the calculation results for the wind speed distribution are shown in FIGS. 3 (D) and 3 (G). In case 2, the speed is low inside the duct (in the range of about 10 m / s to 15 m / s in this example), the speed gradually increases toward the outside of the duct, and is 25 to 28 m / s near the outside. Yes, the result is that the velocity increases in parallel from cross-section "2" from inside to outside as seen in FIG. 3 (G). On the other hand, in case 1, although the wind speed increases from the inside to the outside of the duct, the way of increase is a contour line, and the constant wind speed region surrounds the high-speed region of 28 m / s in the center of the outside of the duct. The result will change. Therefore, as can be seen by comparing FIGS. 3 (D) and 3 (G), with respect to the wind speed distribution, the calculation results differ considerably between the model with a fan (case 1) and the model without a fan (case 2). I understand.
[0006]
Further, there is a proposal regarding a simulation system of an air conditioner in the related art (for example, see Patent Document 1).
[Patent Document 1]
JP-A-2002-197125 (page 4)
[0007]
[Problems to be solved by the invention]
The present invention has been made in view of the above-described circumstances, and has as its object to provide a method of accurately predicting the ventilation performance of an air conditioner (HVAC) while suppressing an increase in calculation time. It is therefore an object of the present invention to provide a method including a new modeling of a blower affecting the calculation time and the calculation accuracy and an apparatus for implementing the method.
[0008]
[Means for Solving the Problems]
According to the first aspect of the present invention, in order to achieve the above object, a method for simulating the performance of an air conditioner including a fan for supplying air for air conditioning is a database corresponding to the type of the fan, A database having data on the state of the flow. The method includes the steps of inputting the type of the fan, inputting the operating state of the fan of the type, and selecting data on the flow state of the fan outlet according to the type and operating state of the fan from the database. And outputting the selected and output fan exit flow state data as input data to the CFD calculation, executing the CFD analysis according to the input data, Processing the result of the executed computational fluid dynamics calculation.
[0009]
This configuration eliminates the need for the person performing the calculation of the computational fluid dynamics (CFD) model of the fan, reduces the calculation time, and improves the calculation accuracy. The period and man-hour for estimating the ventilation performance of the air conditioner (HVAC) can be greatly reduced.
[0010]
According to a second aspect of the present invention, in the first aspect, the database includes wind speed distribution data at a fan outlet.
According to the present embodiment, a mode is disclosed in which the contents of the data included in the database of the present invention are further embodied.
[0011]
According to a third aspect of the present invention, in the first aspect or the second aspect, the database includes a radial direction and a circular shape at a fan outlet corresponding to each type of the fan and an operation state of each fan. It is characterized by having wind speed vector data in each of a circumferential direction and a height (vertical) direction.
According to the present embodiment, a mode for further embodying the contents of the data provided in the database of the present invention is disclosed.
[0012]
According to a fourth aspect of the present invention, in any one of the first to third aspects, the fan is a centrifugal blower.
According to the present embodiment, an embodiment that further embodies the type of the fan is disclosed.
[0013]
According to a fifth aspect of the present invention, in any one of the first to fourth aspects, the step of executing the numerical fluid analysis calculation is performed by general-purpose numerical fluid calculation software. .
According to the present embodiment, an embodiment that further embodies the procedure for executing the computational fluid dynamics calculation of the present invention is disclosed, and a more inexpensive embodiment is disclosed.
[0014]
According to a sixth aspect of the present invention, in the method according to any one of the first to fifth aspects, a program for executing a performance simulation method is provided.
According to the present embodiment, an embodiment in which each procedure of the method of the present invention is embodied is disclosed.
[0015]
According to a seventh aspect of the present invention, there is provided an apparatus having the program according to the sixth aspect.
According to this embodiment, an embodiment that embodies an apparatus that can execute the method of the present invention is disclosed.
[0016]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, a method for simulating the performance of an air conditioner according to one embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
The present invention focuses on the wind speed distribution at the fan outlet, models (functions) the wind speed distribution from the fan outlet as data without adding a fan model, and assigns boundary conditions, thereby increasing the calculation load. , To improve the calculation accuracy.
A method of directly applying the fan outlet wind speed distribution as a boundary condition based on the calculation result of the fan with a fan can be considered, but since it is necessary to perform the blower calculation every time the fan type and operating conditions are changed, the method of the present invention is used. Then, the wind speed distribution characteristics can be obtained in advance by experiment or the like for each operating state of each fan type and converted into data, so that it can be commonly used for general purposes.
[0017]
In the present embodiment, the air conditioner (HVAC) 10 to be calculated is the air conditioner 10 having the configuration shown in FIG. 1 described above. Therefore, the air conditioner 10 includes a fan 1, a unit 2 including a heat exchanger and the like, and a plurality of ducts 3 leading to an outlet. In the present embodiment, the fan 1 is a centrifugal blower.
Since the fan outlet wind speed distribution of the centrifugal blower has a characteristic, this distribution is modeled (functionalized) and given as a boundary condition. FIGS. 4A to 4D schematically show the fan outlet wind speed distribution of the centrifugal blower. A fan of a centrifugal blower generally has a component R (U) in the centrifugal (radial) direction, a component θ (V) in the rotation direction, and a component Z (W) in the rotation axis direction (FIG. 4B )-(D)). A swirling flow is generated in the scroll by these vector components.
FIG. 4A is a three-dimensional view of the shape of a centrifugal fan (hereinafter referred to as a fan) 1 having a spiral shape, and as shown in FIG. A body including wings is provided. In general, the fan 1 sucks air from a central portion of the fan 1 and generates a flow of air in a centrifugal direction as shown in FIG. 4B, and the air flows through a duct 12 surrounding the fan 1 to discharge the air. Outflow from 11.
[0018]
FIG. 6 shows a wind speed vector at a fan outlet of a specific centrifugal blower. The example of the wind speed of each direction component which made rotation axis direction height a parameter with respect to the angle of a fan rotation direction is shown. These wind speed distributions are functionalized and given as inflow boundary conditions for computational fluid dynamics (CFD). The inflow condition of the CFD is such that each vector component is given as a function of the coordinates (position) of the fan in order to set the U, V, and W direction components. It is also known that these vector components vary depending on the shape of the fan and the operating condition of the blower (point on the performance curve of the fan, ie, the pressure exerted by the fan and the flow rate corresponding to the pressure). Therefore, the wind speed distribution characteristics in the operating state are obtained in advance for each type of fan, and are made into a database. If this database is created, it is possible to select boundary conditions for various combinations of fans and use them universally for general purposes.
[0019]
Here, FIGS. 5A, 5B and 6 will be described. FIG. 5A is a schematic plan view of the fan portion as viewed from above, showing that the fan is at the center, and the position of the fan outlet is shown in the figure. FIG. 5A shows an angular position (0, 90, 180, 270 degrees) at the fan outlet, and FIG. 5B shows a height position (0, 15, 30, 45 mm) at the fan outlet. ) Is indicated. The height position of 0 mm is the lower surface (bottom surface) of the fan. FIG. 6 shows an example of the flow velocity data at the fan outlet corresponding to the positions shown in FIGS. 5A and 5B. FIG. 6 shows ten lines. Each line shows the flow velocity at ten equally divided height positions from a height of 0 mm to 45 mm. As shown in FIG.
[0020]
FIG. 6 shows the flow velocity at the fan outlet, as described above, and the data obtained by experiments in the radial (R) direction, the circumferential (θ) direction, the height (W) direction, etc. For each angle (horizontal axis: 0 to 360 degrees) as a parameter. The values of the graph shown in FIG. 6 are an example of the data of the flow velocity at the fan outlet included in the database. As shown in FIG. 6, in general, the flow velocity vector component at the fan outlet varies considerably widely depending on the angular position and the height position, and it can be seen that the flow velocity vector component is not uniform as in the prior art.
[0021]
FIGS. 8 (A) to 8 (G) are drawings for comparison similar to the drawings of FIGS. 3 (A) to 3 (G), and FIGS. 8 (B) to 8 (D) show models with a fan ( 8 (E) to 8 (G) show the results obtained using the method of the present invention (Case 3), and show a comparison between these two methods. . FIG. 7 is a schematic three-dimensional view of the centrifugal blower (fan) according to the present embodiment, and shows that the flow velocity vector, which is the inflow boundary condition for calculation, has components in the respective directions of R, θ, and W. ing. FIG. 8A is a drawing similar to FIG. 3A, and FIGS. 8B to 8G show calculation results at the positions of the cross section “1” and the cross section “2”, respectively. The cross-section “1” and the cross-section “2” are at the same position as in FIG. FIGS. 8B to 8D are the same (data) as the calculation results of the model with a fan shown in FIGS. 3B to 3D, and FIG. 8 (C) and (D) show the wind direction and the wind speed distribution at the cross section “2”, respectively.
[0022]
FIGS. 8 (E) to 8 (G) show the change in the height direction of the flow velocity at the fan outlet at section “1” and the wind direction and wind velocity distribution at section “2”, respectively, obtained according to the present invention. 8 (B) and 8 (E), FIG. 8 (C) and FIG. 8 (F), FIG. 8 (D) and FIG. 8 (G) are close approximations, respectively, and the method of the present invention (Case 3) ) Indicates that the calculation result approximates the calculation result using the model with fan (case 1).
When the method of the present invention shown in FIG. 8 is used, the same wind speed distribution as in the case where the fan model exists is given as the inflow boundary condition, so that both the flow and the speed distribution in the scroll are equivalent to the case where the fan model is added. It is possible to give the calculation accuracy of Furthermore, the calculation time was about し て compared with the case where the fan model was provided.
[0023]
FIG. 9 shows the flow of the procedure of the method for simulating the performance of the air conditioner according to the embodiment of the present invention. In the present embodiment, an apparatus for performing the method may be a computer.
In the flow of FIG. 9, in step 1 of S1, a fan type to be calculated and the above-mentioned fan operation state (specific value of the flow rate corresponding to the pressure of the fan) are input to the computer. Proceeding to step 2 of S2, in S2, data of the flow velocity distribution at the fan outlet corresponding to the data input in S1 is selected from the database of the storage device of the computer. Next, the process proceeds to step 3 of S3, and the flow velocity distribution data at the predetermined fan outlet selected and output from the database is input to the calculation program.
[0024]
Further, the process proceeds to step 4 of S4, where a computational fluid dynamics (CFD) calculation is executed to calculate a pipe resistance in a necessary duct, a flow distribution in each outlet, and the like. Then, in step 5 of S5, processing of the CFD calculation result, such as a graphical display, is performed.
The CFD calculation in Step 4 may be performed using a general-purpose program. In step 3, a plurality of input data (flow velocity distribution data at the outlet of the fan) is selected, and in step 4, the calculation is repeatedly performed to obtain a plurality of calculation results. In step 5, a plurality of CFD calculation results are processed. May be. The above procedure is summarized as follows. Wind speed distribution characteristics for each fan type and operating state are obtained in advance by experiment or calculation, and the speed distribution is replaced with a function based on geometry. This is registered as a database. When performing the HVAC calculation, the fan shape to be used and the operating state are selected from this database. Based on the selected condition, subroutine input data for giving the inflow boundary condition is written out from the database. The HVAC CFD calculation is performed using this subroutine.
In the present embodiment, a series of procedures is formed as a program and executed by a computer.
[0025]
Next, effects and operations of the above embodiment will be described.
The following effects can be expected by the method and apparatus for simulating the performance of an air conditioner according to one embodiment of the present invention.
-The person performing the calculation does not need the man-hour for creating the CFD model of the fan.
・ The calculation time can be shortened and the calculation accuracy can be improved.
-The period and man-hour for estimating the HVAC ventilation performance can be greatly reduced.
[0026]
The above embodiment is an example of the present invention, and the present invention is not limited by the embodiment, but is defined only by matters described in the claims. It is feasible.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is an illustrative three-dimensional view showing an outline of a CFD model of a duct system of a general vehicle air conditioner.
FIG. 2 is a three-dimensional view of a scroll model of a blower used in the prior art (FIG. 2A), and a schematic plan view showing a constant wind speed distribution at the outlet of the blower (fan) (FIG. 2). (B)).
FIG. 3 is a drawing showing a difference in calculation results (in the section “1” and the section “2”) between the calculation of the model with a fan and the calculation of the model without a fan.
FIG. 4 is a three-dimensional view of the centrifugal blower (FIG. 4A), and the flow velocity distribution at the fan outlet is shown by R (FIG. 4B), θ (FIG. 4C), This is schematically shown in the W (FIG. 4D) direction.
FIG. 5 is a plan view (FIG. 5 (A)) and a side sectional view (FIG. 5 (B)) for specifying a position at a fan outlet.
FIG. 6 shows an example of flow velocity distribution data at a fan outlet included in the database of the present invention.
FIG. 7 is a schematic three-dimensional view of a centrifugal blower (fan) portion as an object of the embodiment of the present invention, wherein flow velocity vectors as inflow boundary conditions for calculation are R, θ, and W, respectively. Has a component in the direction of.
FIG. 8 is a diagram illustrating a difference (or similarity) between the calculation result (in the section “1” and the section “2”) between the calculation of the model with a fan and the calculation according to the embodiment of the present invention; 4 is a drawing corresponding to FIG.
FIG. 9 is a flowchart showing a procedure of an embodiment of the method of the present invention.
[Explanation of symbols]
1 ... Blower (fan)
2 Unit 3 Duct 10 Air conditioner

Claims (7)

空調用空気を供給するファンを備える空調装置の性能シミュレーション方法において、この方法は、
前記ファンのタイプに対応するデータベースであって、ファン出口の流れの状態のデータを具備するデータベースを具備しており、
前記ファンのタイプを入力する手順と、
前記タイプのファンの作動状態を入力する手順と、
前記データベースから前記ファンのタイプ及び作動状態に応じたファン出口の流れの状態のデータを選択して出力する手順と、
前記選択して出力したファン出口の流れの状態のデータを入力データとして数値流体解析計算に入力する手順と、
前記入力データに従い数値流体解析計算を実行する手順と、
前記実行された数値流体解析計算の結果を処理する手順と、
を具備することを特徴とする空調装置の性能シミュレーション方法。
In a method for simulating the performance of an air conditioner including a fan for supplying air for air conditioning, the method includes:
A database corresponding to the type of the fan, the database including data on a flow state at a fan outlet;
Inputting the type of the fan;
Inputting the operating status of the type of fan;
A step of selecting and outputting data on the flow state of the fan outlet according to the type and operating state of the fan from the database,
A step of inputting the selected and output fan outlet flow state data to the CFD calculation as input data,
Performing a numerical fluid analysis calculation according to the input data,
Processing the result of the executed computational fluid dynamics calculation,
A method for simulating the performance of an air conditioner, comprising:
前記データベースは、ファン出口における風速分布データを具備することを特徴とする請求項1に記載の性能シミュレーション方法。2. The performance simulation method according to claim 1, wherein the database includes wind speed distribution data at a fan outlet. 前記データベースは、各前記ファンのタイプ及び各前記ファンの作動状態に対応した、ファン出口における半径方向、円周方向、及び高さ(垂直)方向それぞれの風速ベクトルデータを具備することを特徴とする請求項1又は2のいずれかに記載の性能シミュレーション方法。The database includes wind speed vector data in a radial direction, a circumferential direction, and a height (vertical) direction at a fan outlet corresponding to the type of each fan and the operation state of each fan. The performance simulation method according to claim 1. 前記ファンは遠心式送風機であることを特徴とする請求項1から3のいずれか一項に記載の装置。The device according to any one of claims 1 to 3, wherein the fan is a centrifugal blower. 前記数値流体解析計算を実行する手順は、汎用の数値流体計算ソフトにより行われることを特徴とする請求項1から4のいずれか一項に記載の性能シミュレーション方法。The performance simulation method according to any one of claims 1 to 4, wherein the procedure of performing the computational fluid dynamics calculation is performed by general-purpose computational fluid dynamics software. 請求項1から5のいずれか一項に記載の性能シミュレーション方法を実行するプログラムを具備する方法。A method comprising a program for executing the performance simulation method according to claim 1. 請求項6に記載のプログラムを具備する装置。An apparatus comprising the program according to claim 6.
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