基于仿真的制冷系統(tǒng)穩(wěn)健設(shè)計方法研究.pdf

1、制冷系統(tǒng)仿真模擬技術(shù)已經(jīng)有了相當(dāng)?shù)陌l(fā)展,在制冷系統(tǒng)匹配設(shè)計、控制設(shè)計以及以樓宇為代表的區(qū)域制冷空調(diào)系統(tǒng)的設(shè)計與控制上都有廣泛的應(yīng)用。仿真模擬技術(shù)的出發(fā)點是為設(shè)計提供一個虛擬實驗室,但并不是有了實驗室就可以設(shè)計出好產(chǎn)品,關(guān)于產(chǎn)品設(shè)計還有一套先進(jìn)的方法學(xué)。穩(wěn)健設(shè)計又稱魯棒設(shè)計,是一種基于不確定因素來優(yōu)化產(chǎn)品質(zhì)量的重要方法,它不僅可以優(yōu)化產(chǎn)品性能,還可以優(yōu)化產(chǎn)品性能波動。發(fā)達(dá)國家非常重視穩(wěn)健設(shè)計,并已取得了巨大的經(jīng)濟效益。傳統(tǒng)的穩(wěn)健設(shè)計方法是

2、基于試驗的,很難在制冷系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計中發(fā)揮作用。事實上基于準(zhǔn)確、可靠的工程模型,各類產(chǎn)品設(shè)計方法都可以獲得更為全面深入地研究和應(yīng)用。但是,在制冷空調(diào)領(lǐng)域,將產(chǎn)品設(shè)計方法學(xué)與仿真模擬技術(shù)相結(jié)合的研究還寥寥無幾。
　　 本文提出了基于仿真的制冷系統(tǒng)穩(wěn)健設(shè)計方法,并探討其在制冷空調(diào)裝置設(shè)計中的應(yīng)用。本文的工作開創(chuàng)了仿真理論與產(chǎn)品質(zhì)量設(shè)計相結(jié)合的新型設(shè)計模式,有助于全面理解與改進(jìn)產(chǎn)品質(zhì)量設(shè)計的過程。本文的主要研究內(nèi)容包括:
　　

3、 1.本文提出了基于仿真的制冷系統(tǒng)穩(wěn)健設(shè)計方法。該方法是田口方法體系的拓展,既保留了田口方法通用性強、便于逐步校驗與分析的優(yōu)點,又將工程模型引入穩(wěn)健優(yōu)化設(shè)計,克服了傳統(tǒng)方法無法預(yù)測產(chǎn)品質(zhì)量及其波動的弱點。本文應(yīng)用MATLAB優(yōu)化和統(tǒng)計學(xué)工具箱,實現(xiàn)了穩(wěn)健設(shè)計方法與制冷系統(tǒng)仿真模擬技術(shù)的結(jié)合,在MATLAB上開發(fā)了結(jié)合穩(wěn)健設(shè)計理論的制冷空調(diào)裝置質(zhì)量優(yōu)化設(shè)計綜合仿真平臺。
　　 2.本文探討了穩(wěn)健設(shè)計對制冷系統(tǒng)仿真模型提出的要求,在

4、此基礎(chǔ)上建立制冷系統(tǒng)和部件的仿真模型,并進(jìn)行了實驗驗證。
　　 a)建立了風(fēng)冷翅片管換熱器仿真模型,采用考慮制冷劑支路實際連接方式的三維模型,能夠反映換熱器內(nèi)制冷劑和空氣不均勻流動對換熱器性能的影響。實驗驗證結(jié)果表明,該模型對換熱量的預(yù)測誤差在±5％之間;
　　 b)提出了一種新的壓縮機“灰箱”模型:基于效率損失的壓縮機神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型。確定了最優(yōu)的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)、輸入?yún)?shù)組合和傳遞函數(shù)類型。建立的模型不僅在回歸范圍內(nèi)有相當(dāng)高

5、的精度,在回歸范圍外也有非常好的外推性,且適用于多種容積式壓縮機;
　　 c)提出了一種精簡的毛細(xì)管和短管流量特性的無量綱關(guān)聯(lián)式,將無量綱參數(shù)的定義從亞臨界拓展到跨臨界,同時保證了參數(shù)的連續(xù)性,顯著提高了神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型的通用性,模型對多種亞臨界工質(zhì)和超臨界CO2均適用;
　　 d)建立了制冷系統(tǒng)的仿真平臺,包含設(shè)計計算和校核計算兩種求解模式。實驗驗證結(jié)果表明,對制冷量和功率的預(yù)測誤差均在±5％之間。
　　 3.完成

6、了基于仿真的穩(wěn)健設(shè)計方法在翅片管蒸發(fā)器優(yōu)化設(shè)計上的實例應(yīng)用。在不確定因素干擾下,完成了風(fēng)冷翅片管蒸發(fā)器結(jié)構(gòu)參數(shù)的穩(wěn)健優(yōu)化設(shè)計;并利用蒙特卡洛模擬計算換熱器質(zhì)量特性值的分布(均值、標(biāo)準(zhǔn)差)和質(zhì)量指標(biāo)(設(shè)計能力指數(shù)Cpk),最后分別從改變設(shè)計參數(shù)均值和減小設(shè)計參數(shù)容差兩個角度討論了提高換熱器質(zhì)量等級的方案。
　　 4.完成了基于仿真的穩(wěn)健設(shè)計方法在輕型商用空調(diào)器設(shè)計上的實例應(yīng)用。首先通過對系統(tǒng)匹配參數(shù)進(jìn)行穩(wěn)健參數(shù)設(shè)計與優(yōu)化,確定了在