搜索用CFD方法研究高大空間動(dòng)態(tài)響應(yīng)特性
2013-06-23 by:廣州有限元分析、培訓(xùn)中心-1CAE.COM 來(lái)源:仿真在線
提出了通風(fēng)空調(diào)精確仿真系統(tǒng)的概念,即將以分布參數(shù)模型為基礎(chǔ)的CFD模擬和以集中參數(shù)模型為基礎(chǔ)的控制系統(tǒng)仿真相結(jié)合的新的仿真系統(tǒng),與常規(guī)的集中參數(shù)模型仿真系統(tǒng)相比,精確仿真系統(tǒng)能更好地反映實(shí)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(guò)瞬態(tài)CFD模擬的方法得到了高大空間恒溫室的動(dòng)態(tài)響應(yīng)特性,如時(shí)間延遲、時(shí)間常數(shù)和比例系數(shù)等,并用實(shí)驗(yàn)進(jìn)行了驗(yàn)證。
1 引言
近年來(lái),隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展,越來(lái)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(xiàn)了,研究高大空間的氣流控制系統(tǒng)成為一項(xiàng)重要的研究課題。很多學(xué)者對(duì)高大空間的氣流組織進(jìn)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(diǎn)是氣流控制系統(tǒng),即對(duì)高大空間氣流動(dòng)態(tài)變化及其控制系統(tǒng)的研究,采用動(dòng)態(tài)的CFD模擬和動(dòng)態(tài)控制系統(tǒng)仿真模型。
本文的研究對(duì)象(見(jiàn)圖1)是一個(gè)存在不均勻分布熱源的高大空間精度恒溫空調(diào)系統(tǒng)。針對(duì)擾動(dòng)和控制對(duì)象的特點(diǎn),通過(guò)方案比較,本文采用非貼附型下送風(fēng)方形散流器上送下回氣流組織方式,風(fēng)口的具體布置見(jiàn)圖1,并在穩(wěn)態(tài)CFD模擬的基礎(chǔ)上,確定了最優(yōu)的送回風(fēng)系統(tǒng)參數(shù),即最優(yōu)的送風(fēng)溫差(3℃)、送風(fēng)速度(2.15m/s)、空調(diào)分區(qū)大小(5m× 5m,共36個(gè))和風(fēng)口尺寸(800mm×800mm)。本文將在此基礎(chǔ)上對(duì)高大空間氣流控制系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)仿真進(jìn)行研究。
圖 1 高大空間結(jié)構(gòu)及設(shè)備布置
對(duì)于高大空間氣流控制系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)仿真,本文提出2套解決方案,并分別進(jìn)行了研究:
(1)常規(guī)的集中參數(shù)模型控制系統(tǒng)仿真,其中高大空間動(dòng)態(tài)響應(yīng)特性預(yù)選采用CFD方法進(jìn)行模擬;
(2)精確仿真系統(tǒng),即將以集中參數(shù)模型為基礎(chǔ)的控制系統(tǒng)仿真和以分布參數(shù)模型為基礎(chǔ)的CFD模擬無(wú)縫結(jié)合,實(shí)現(xiàn)對(duì)高大空間的精確仿真。
2 集中參數(shù)仿真系統(tǒng)及高大空間動(dòng)態(tài)響應(yīng)特性CFD模擬
2.1 集中參數(shù)仿真系統(tǒng)
常規(guī)的集中參數(shù)模型仿真系統(tǒng)示意圖見(jiàn)圖2,它具有以下的特點(diǎn):
(1)對(duì)傳感器、變送器和執(zhí)行器等,由于它們傳遞信號(hào)的部位體積都很小,而且它們相應(yīng)的信號(hào)參數(shù)分布基本上是均勻的,因此可以將它們處理成集中參數(shù)模型。
(2)對(duì)于高大空間,空間內(nèi)各點(diǎn)的參數(shù)是不一樣的,即各點(diǎn)的參數(shù)不僅與時(shí)間有關(guān)系,而且與空間位置有關(guān)系,不僅與外擾的強(qiáng)度有關(guān)系,而且與外擾的位置有關(guān)系,因此它是一個(gè)典型的分布參數(shù)系統(tǒng)。對(duì)它的計(jì)算應(yīng)該用分布參數(shù)模型進(jìn)行處理,以質(zhì)量守恒、動(dòng)量守恒和能量守恒為基礎(chǔ)的室內(nèi)氣流流動(dòng)和傳熱理論就是它的數(shù)學(xué)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(fù)雜費(fèi)時(shí),因此,在常規(guī)的集中參數(shù)模型仿真系統(tǒng)中,將它簡(jiǎn)化處理成集中參數(shù)系統(tǒng),即認(rèn)為高大空間是一個(gè)控制點(diǎn)參數(shù)為代表的集中參數(shù)環(huán)節(jié),此時(shí),可以通過(guò)CFD模擬或?qū)嶒?yàn)或理論分析(對(duì)簡(jiǎn)單情況)求出它的延遲時(shí)間、時(shí)間常數(shù)和放大系數(shù)[1]。傳統(tǒng)的求取高大空間動(dòng)態(tài)響應(yīng)特性的方法是實(shí)驗(yàn)或者對(duì)簡(jiǎn)單情況的理論分析,但是這種方法不具有通用性,而且也不經(jīng)濟(jì)(實(shí)驗(yàn)需要大量的費(fèi)用和時(shí)間),因此本文嘗試采用CFD的方法研究高大空間的動(dòng)態(tài)響應(yīng)特性,對(duì)應(yīng)的高大空間通風(fēng)空調(diào)氣流控制方程組見(jiàn)第3.2節(jié)。
(3)只要確定了高大空間的特性參數(shù),高大空間氣流控制就變成了一個(gè)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(duì)高大空間本身的特性進(jìn)行了簡(jiǎn)化,致使它不能精確地反映控制點(diǎn)參數(shù)的變化,因此其仿真精度是受到限制的,有時(shí)甚至很低,與實(shí)際情況相差較遠(yuǎn)。
圖2 常規(guī)的集中參數(shù)模型仿真系統(tǒng)示意圖
2.2 高大空間動(dòng)態(tài)響應(yīng)特性CFD模擬
2.2.1 計(jì)算條件
考慮高大空間為帶純滯后的一階慣性系統(tǒng),應(yīng)計(jì)算系統(tǒng)的時(shí)間延遲 、時(shí)間常數(shù)T、放大系數(shù)K和特征比 。
為了考察控制點(diǎn)的位置對(duì)高大空間動(dòng)態(tài)特性的影響,考慮將室內(nèi)控制點(diǎn)設(shè)在各分區(qū)中心線上標(biāo)高8m處(稱為控制點(diǎn)A)和回風(fēng)口中心(稱為控制點(diǎn)B)兩種情況,控制點(diǎn)A位置的確定主要是因?yàn)楦鞣謪^(qū)氣流交界面的中心點(diǎn)處于標(biāo)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(diǎn)B為常規(guī)控制點(diǎn)。這兩個(gè)控制點(diǎn)的一個(gè)共同特點(diǎn)是當(dāng)系統(tǒng)運(yùn)行于穩(wěn)態(tài)條件時(shí),系統(tǒng)正好不需要控制動(dòng)作,這正是恒溫空調(diào)控制系統(tǒng)的出發(fā)點(diǎn),這樣系統(tǒng)才能處于最優(yōu)的運(yùn)行狀態(tài)。
數(shù)值計(jì)算時(shí),在送回風(fēng)口、熱源、墻壁附近風(fēng)格劃分較密,網(wǎng)格間距為0.1m,其他區(qū)域網(wǎng)格劃分較粗,網(wǎng)格間距為0.4m;數(shù)值計(jì)算邊界條件如下:
(1)送風(fēng)口,輸入實(shí)際的送風(fēng)速度和溫度。
(2)回風(fēng)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(shù)法進(jìn)行處理[3],其中熱源為恒溫55℃。
(4)對(duì)稱或近似對(duì)稱邊界條件,規(guī)定邊界面上的各物理量的法向?qū)?shù)為0。
瞬態(tài)數(shù)值計(jì)算除了要選用合理的欠松弛因子外,還必須選取合理的時(shí)間步長(zhǎng),開(kāi)始計(jì)算時(shí)選定時(shí)間步長(zhǎng)為0.05s,隨著計(jì)算結(jié)果趨向收斂,可以逐步地將時(shí)間步長(zhǎng)加大到0.075s和0.1s,從而加速收斂,減少計(jì)算時(shí)間。
2.2.2 計(jì)算結(jié)果及實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證
圖3 高大空間恒溫室溫度響應(yīng)曲線
(a)送風(fēng)溫度變化曲線;(b)控制點(diǎn)溫度響應(yīng)曲線
CFD模擬方案:保持熱源不變,將送風(fēng)溫度由17℃上升到21℃,待計(jì)算到穩(wěn)定狀態(tài)后再將送風(fēng)溫度由21℃下降到17℃,并計(jì)算到新的穩(wěn)定狀態(tài)。計(jì)算得到的溫度飛升曲線見(jiàn)圖3,由圖3得到高大空間恒溫室動(dòng)態(tài)響應(yīng)特性見(jiàn)表1。
高大空間恒溫動(dòng)態(tài)響應(yīng)特性 表1
為了比較CFD模擬結(jié)果的正確性,對(duì)控制點(diǎn)A的動(dòng)態(tài)響應(yīng)特性進(jìn)行了模型實(shí)驗(yàn)研究[1],實(shí)驗(yàn)所得控制點(diǎn)A的動(dòng)態(tài)響應(yīng)特性參數(shù),加上CFD模擬和文獻(xiàn)[6]所獲得的結(jié)果見(jiàn)表2。從表2看出,對(duì)高大空間最重要的特性----時(shí)間常數(shù)來(lái)說(shuō),CFD模擬和實(shí)驗(yàn)的結(jié)果比較接近,兩者相差91s,相對(duì)偏差為36.4%;而文獻(xiàn)[6]所得時(shí)間常數(shù)則太大,顯然文獻(xiàn)[6]的時(shí)間常數(shù)計(jì)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(xiàn)[6]所得時(shí)間延遲基本相同,顯然,實(shí)驗(yàn)所測(cè)時(shí)間延遲是有較大誤差的。綜合考慮,認(rèn)為CFD模擬的結(jié)果更可靠,從而選取它為該高大空間恒溫溫室的動(dòng)態(tài)特性參數(shù)。
不同方法得到的高大空間恒溫室動(dòng)態(tài)響應(yīng)特性比較(控制點(diǎn)A) 表2
3 精確仿真系統(tǒng)
3.1系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
鑒于常規(guī)的集中參數(shù)模型仿真系統(tǒng)的仿真精度不高,本文提出一種新的精度高的仿真系統(tǒng),并稱之為精確仿真系統(tǒng),其定義為以分布參數(shù)模型為基礎(chǔ)的CFD模擬和以集中參數(shù)模型為基礎(chǔ)的控制系統(tǒng)仿真相結(jié)合的仿真系統(tǒng)。精確仿真系統(tǒng)的示意圖見(jiàn)圖4,與常規(guī)的集中參數(shù)模型仿真系統(tǒng)相比,它具有以下特點(diǎn):
(1)對(duì)傳感器、變送器和執(zhí)行器等環(huán)節(jié),按常規(guī)的集中參數(shù)模型控制系統(tǒng)的仿真處理。
(2)對(duì)于高大空間,用以分布參數(shù)模型為基礎(chǔ)的CFD方法直接計(jì)算控制點(diǎn)的參數(shù),實(shí)際上就是有瞬態(tài)CFD模擬方法直接得到控制點(diǎn)的溫度、濕度等參數(shù)。用CFD方法直接得到控制點(diǎn)的參數(shù),具有以下幾個(gè)優(yōu)點(diǎn):
a) 用CFD方法可以精確計(jì)算送風(fēng)和空間上任意位置的外擾對(duì)控制點(diǎn)參數(shù)的影響。由于本文的CFD模擬及其結(jié)果已經(jīng)經(jīng)過(guò)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證是正確的,因此其計(jì)算結(jié)果是可靠的。
b)用CFD方法的計(jì)算結(jié)果直接表示了實(shí)際系統(tǒng)的性能,它既可以表示線性系統(tǒng)又可以表示非線性系統(tǒng);既可以表示一階慣性系統(tǒng)又可以表示二階和高階慣性系統(tǒng),顯然比單純用一階慣性系統(tǒng)表示的模型精度高;同時(shí),它還能表示實(shí)際系統(tǒng)在參數(shù)和結(jié)構(gòu)上的不定常性。正因?yàn)槿绱?直接用CFD方法計(jì)算控制點(diǎn)參數(shù)時(shí),沒(méi)必要再詳細(xì)研究實(shí)際系統(tǒng)的時(shí)間延遲、時(shí)間常數(shù)和放大系數(shù)等特性參數(shù),這些性能已經(jīng)自然地融合在它的計(jì)算結(jié)果中。
c)用CFD方法直接計(jì)算控制點(diǎn)的參數(shù)還可以使仿真模型通用化和簡(jiǎn)單化。在常規(guī)的仿真系統(tǒng)中,需要詳細(xì)計(jì)算高大空間。內(nèi)送風(fēng)和各種外擾對(duì)控制點(diǎn)的影響,因此必須分別研究它們的特性參數(shù),所以不同的高大空間就有不同傳遞函數(shù)個(gè)數(shù)和參數(shù);而CFD模擬是一種通用的分析工具,適用于所有的高大空間,高大空間的各種傳遞函數(shù)及其參數(shù)已經(jīng)體現(xiàn)在其計(jì)算結(jié)果中,沒(méi)必要另行研究和計(jì)算。顯然,作為一種研究方法,它更先進(jìn)。
(3)精確仿真系統(tǒng)中,每一個(gè)環(huán)節(jié)都精確地表示了實(shí)際系統(tǒng)的特征,因此其仿真精度很高。與常規(guī)的集中參數(shù)模型仿真系統(tǒng)相比,它更能反映實(shí)際系統(tǒng)的性能,它將成為通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)仿真發(fā)展的必然趨勢(shì)。
3.2 CFD模擬的控制方程組
精確仿真系統(tǒng)中的CFD模擬為瞬態(tài)模擬,可以采用k-ε模型或者LES模型[7]。采用k-ε模型的高大空間通風(fēng)空調(diào)室內(nèi)三維瞬態(tài)湍流無(wú)因次方程組標(biāo)準(zhǔn)形式見(jiàn)表3。在此基礎(chǔ)上,采用控制容積法建立離散方程組,就可以進(jìn)行數(shù)值計(jì)算了。
標(biāo)準(zhǔn)形式的高大空間通風(fēng)空調(diào)室內(nèi)氣流控制方程組 表3
其中:φ----無(wú)因次物理量,可以是1、速度分量ui、溫度T、湍流動(dòng)能K和湍流動(dòng)能耗散率ε等;
u----速度矢量,m/s;
----φ的擴(kuò)散系數(shù);
----φ的廣義源項(xiàng)。
3.3 仿真時(shí)間比
計(jì)算機(jī)控制仿真系統(tǒng)都要選定一個(gè)采樣周期,采樣周期根據(jù)系統(tǒng)中各環(huán)節(jié)參數(shù)和采樣定理確定,在類似本文所研究的帶有純滯后的大慣性恒溫空調(diào)系統(tǒng)中,溫度控制的采樣周期應(yīng)為高大空間時(shí)間延遲的1/3~1/4[4,5],通常取值為15~20s[6]。在實(shí)時(shí)精確仿真系統(tǒng)中,要求在采樣周期內(nèi),完成瞬態(tài)CFD模擬以得到室內(nèi)控制點(diǎn)在一個(gè)采樣周期內(nèi)的溫度變化。經(jīng)過(guò)分析可知,在精確仿真系統(tǒng)中,涉及到四個(gè)時(shí)間概念:
1.采樣周期Ts:根據(jù)采樣定理確定的采樣時(shí)間間隔;
2.計(jì)算步距Tc:仿真時(shí)所用的計(jì)算時(shí)間步長(zhǎng),Tc≤Ts;
3.仿真時(shí)間Tf:需要仿真的時(shí)間段的長(zhǎng)度;
4.仿真所用時(shí)間Tu:完成仿真時(shí)間Tf內(nèi)的仿真所花費(fèi)的計(jì)算機(jī)運(yùn)算時(shí)間。
為了研究精確仿真系統(tǒng),需要考慮仿真所用的時(shí)間Tu與仿真時(shí)間Tf的比值,本文提出仿真時(shí)間比的概念,并定義仿真時(shí)間比ξ為:
(1)
在多數(shù)情況下,需要研究一個(gè)采樣周期Ts內(nèi)的仿真所用的時(shí)間Tu,這時(shí)仿真時(shí)間比ξ定義為:
(2)
顯然,在實(shí)時(shí)仿真系統(tǒng)中,要求ξ<1.0。
在簡(jiǎn)單的常規(guī)集中參數(shù)模型仿真系統(tǒng)中,計(jì)算步距只有一個(gè),因此計(jì)算步距就等于采樣周期,但是在精確仿真系統(tǒng)中,在對(duì)高大空間進(jìn)行瞬態(tài)的CFD模擬時(shí),必須采用較小的計(jì)算步距,一般取值為0.01~1.0s,而高大空間控制系統(tǒng)的計(jì)算步距(即采樣周期)通常遠(yuǎn)大于這個(gè)值,因此精確仿真系統(tǒng)是一個(gè)變時(shí)間步長(zhǎng)的仿真系統(tǒng)。
在精確仿真系統(tǒng)中,由于控制部分均為集中參數(shù)模型,其計(jì)算所用的時(shí)間很短,可以忽略不計(jì),因此采樣周期內(nèi)的仿真所用的時(shí)間Tu主要是CFD模擬所用的時(shí)間,CFD模擬所用的時(shí)間與以下因素有關(guān):
1.所用計(jì)算機(jī)的運(yùn)算速度,用cpu表示,這是硬件條件,它與計(jì)算機(jī)的CPU速度、內(nèi)存速度等因素有關(guān),CFD模擬所用的時(shí)間與計(jì)算機(jī)的總體運(yùn)算速度成反比;
2.所模擬空間的網(wǎng)格數(shù)Nx·Ny·Nz,網(wǎng)格越多,所花的時(shí)間就越長(zhǎng);
3.CFD模擬所用的迭代方法method,迭代方法越先進(jìn),所用的時(shí)間就越短;
4.CFD模擬的計(jì)算步距H、單步迭代次數(shù)m,計(jì)算步距和單步迭代次數(shù)的最優(yōu)組合能使計(jì)算所用的時(shí)間最短;
5.CFD模擬的收斂精度eps,收斂精度低時(shí)所用的時(shí)間短。
綜上所述,可得到如下關(guān)系式:
(3)
3.4 計(jì)算實(shí)例
本文在DELL PC Pentium II 450 計(jì)算機(jī)(稱為計(jì)算機(jī)A)上對(duì)所研究的高大空間的一個(gè)分區(qū)進(jìn)行瞬態(tài)CFD模擬,考慮到分區(qū)的對(duì)稱性,只研究它的1/4,網(wǎng)格數(shù)為13×13×53,所用迭代方法為逐線松弛法,仿真時(shí)間Tf為20.0s,計(jì)算步距為0.05s,單步迭代次數(shù)為20次,收斂精度為0.001,訐所用時(shí)間Tu為89.0s,仿真時(shí)間比為:
(4)
將上述問(wèn)題在兼容的PC Pentium 90 計(jì)算機(jī)(稱為計(jì)算機(jī)B)上進(jìn)行計(jì)算所用的時(shí)間Tu為732.0s,仿真時(shí)間比ξ2為36.6,計(jì)算機(jī)A和B的運(yùn)算速度這比為8.22:1。如果對(duì)同一問(wèn)題采用PC486/33計(jì)算機(jī)(稱為計(jì)算機(jī)C)進(jìn)行計(jì)算,由于計(jì)算機(jī)C和B的速度之比約為1:10,因此相應(yīng)的仿真所用時(shí)間Tu為7320s,仿真時(shí)間比ξ3為366。
如果總的仿真時(shí)間為1000s,則采用計(jì)算機(jī)A、B和C進(jìn)行仿真所用的時(shí)間分別為4450 s(1.236h)、36600s(10.167h)和366000s(101.667h),顯然,彩計(jì)算機(jī)C所用的時(shí)間太長(zhǎng),這就是以前的仿真中,一直不能采用精確仿真系統(tǒng)的主要原因;如果采用計(jì)算機(jī)A或B,對(duì)于非實(shí)時(shí)仿真系統(tǒng)來(lái)說(shuō),所用的時(shí)間基本上是可以接受的,但是,當(dāng)仿真時(shí)間太長(zhǎng)時(shí),計(jì)算機(jī)B也將被使用者淘汰;而對(duì)實(shí)時(shí)仿真系統(tǒng)來(lái)說(shuō),即使采用計(jì)算機(jī)A,在上述計(jì)算機(jī)條件下,顯然也是不可接受的,因?yàn)榉抡嫠玫臅r(shí)間超過(guò)了仿真時(shí)間,這時(shí)的仿真實(shí)際是無(wú)意義的。
為了能夠利用計(jì)算機(jī)A完成高大空間控制的實(shí)時(shí)精確仿真,本文對(duì)瞬態(tài)CFD模擬采取了如下的措施:
1.將CFD模擬的網(wǎng)格數(shù)減少為 9×9×20,模擬的結(jié)果表明,此時(shí)的氣流運(yùn)動(dòng)規(guī)律沒(méi)有因網(wǎng)格的減少而失真;
2.在仿真時(shí)間內(nèi)改變單步迭代次數(shù),使仿真收斂時(shí)所用時(shí)間較短,但由于本文沒(méi)有改變計(jì)算步距,單步迭代次數(shù)的改變也只進(jìn)行了2~10次,因此,所得到的較短的Tu是一個(gè)較優(yōu)值,不一定是最優(yōu)值。
經(jīng)過(guò)上述調(diào)整后,得到仿真時(shí)間和仿真時(shí)間比的關(guān)系曲線見(jiàn)圖5。
圖5 仿真時(shí)間和仿真時(shí)間比關(guān)系曲線
從圖5可以看出,在固定計(jì)算步距時(shí),在不同的仿真時(shí)間內(nèi),需要采用不同的單步迭代次數(shù)才能使仿真所時(shí)間較短,經(jīng)過(guò)單步迭代次數(shù)優(yōu)化后,開(kāi)始時(shí),隨著仿真時(shí)間的加長(zhǎng),仿真所用時(shí)間反而減少,但由于單步迭代次數(shù)不能太少(否則仿真容易失真),因此當(dāng)單步迭代次數(shù)減少到10次以后,仿真所用的時(shí)間隨仿真時(shí)間的增加而增加。同時(shí)發(fā)現(xiàn),仿真時(shí)間比基本上隨仿真時(shí)間的增加而減少,當(dāng)單步迭代交數(shù)減少到10次以后,仿真時(shí)間比基本上不再變化;當(dāng)仿真時(shí)間達(dá)到15.0s時(shí),仿真時(shí)間比ξ=0.93<1.0,當(dāng)仿真時(shí)間達(dá)到20.0s時(shí),仿真時(shí)間比為0.65,基本上達(dá)到最小值。因此,可以得出以下結(jié)論:
在本文所研究的仿真系統(tǒng)中,采樣周期定為15.0~20.0s可以實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)精確仿真(ξ<1.0),而根據(jù)采樣定理和高大空間特性,本文所研究高大空間恒溫的采樣周期應(yīng)為12.5~16.7s,因此,本文的實(shí)時(shí)精確仿真系統(tǒng)的采樣周期應(yīng)為15.0~16.7s。根據(jù)這種方法,可以確定其他實(shí)時(shí)精確仿真系統(tǒng)的采樣周期。
4 結(jié)論
本文采用瞬態(tài)CFD模擬的方法得到了高大空間的動(dòng)態(tài)響應(yīng)特性,并通過(guò)實(shí)驗(yàn)證明結(jié)果是可靠的,可以用于高大空間氣流控制系統(tǒng)的仿真。同時(shí),本文論述了精確仿真系統(tǒng)的理論和可行性,認(rèn)為在目前的條件下實(shí)時(shí)精確仿真系統(tǒng)是可以實(shí)現(xiàn)的。
作者建議:對(duì)于高大空間通風(fēng)空調(diào)氣流控制系統(tǒng),在通常情況下可以采用集中參數(shù)模型進(jìn)行仿真,其中的高大空間動(dòng)態(tài)特性采用CFD方法得到,如果時(shí)間和經(jīng)濟(jì)上許可,建議采用精確仿真系統(tǒng)。為了使實(shí)時(shí)精確仿真系統(tǒng)更加可行、精確和完善,可以從以下幾個(gè)方面對(duì)它進(jìn)行改進(jìn)和優(yōu)化:
(1)研究出智能的CFD模擬方法,它能夠自動(dòng)地選擇最好的迭代方法,并通過(guò)優(yōu)化組合計(jì)算步距和單步迭代次數(shù)使仿真所用的時(shí)間最短。其中,先進(jìn)的迭代方法也是有待進(jìn)一步研究的內(nèi)容。
(2)根據(jù)仿真時(shí)間比、采樣定理和高大空間動(dòng)態(tài)特性對(duì)采樣周期進(jìn)行優(yōu)化,計(jì)算實(shí)時(shí)精確仿真系統(tǒng)的最優(yōu)采樣周期。
(3)使用高速的超級(jí)計(jì)算機(jī)。目前的個(gè)人計(jì)算機(jī)已經(jīng)發(fā)展到CPU為Pentium IV 2 GHz,如果采用這種計(jì)算機(jī),采樣周期可以更短,從而可以實(shí)現(xiàn)更快速的控制系統(tǒng);如果使用巨型計(jì)算機(jī),則實(shí)時(shí)精確仿真系統(tǒng)更容易實(shí)現(xiàn)。
(4)開(kāi)發(fā)一套完整的精確仿真軟件,融合控制仿真系統(tǒng)和CFD模擬,最終實(shí)現(xiàn)室內(nèi)氣流及其控制的虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)(Virtual Reality System),這是作者以后將要繼續(xù)研究的內(nèi)容。
參考文獻(xiàn)
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