基于仿真的制冷系統(tǒng)穩(wěn)健設計方法研究.pdf

1、制冷系統(tǒng)仿真模擬技術已經(jīng)有了相當?shù)陌l(fā)展,在制冷系統(tǒng)匹配設計、控制設計以及以樓宇為代表的區(qū)域制冷空調(diào)系統(tǒng)的設計與控制上都有廣泛的應用。仿真模擬技術的出發(fā)點是為設計提供一個虛擬實驗室,但并不是有了實驗室就可以設計出好產(chǎn)品,關于產(chǎn)品設計還有一套先進的方法學。穩(wěn)健設計又稱魯棒設計,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)達國家非常重視穩(wěn)健設計,并已取得了巨大的經(jīng)濟效益。傳統(tǒng)的穩(wěn)健設計方法是

2、基于試驗的,很難在制冷系統(tǒng)的優(yōu)化設計中發(fā)揮作用。事實上基于準確、可靠的工程模型,各類產(chǎn)品設計方法都可以獲得更為全面深入地研究和應用。但是,在制冷空調(diào)領域,將產(chǎn)品設計方法學與仿真模擬技術相結(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)健設計方法,并探討其在制冷空調(diào)裝置設計中的應用。本文的工作開創(chuàng)了仿真理論與產(chǎn)品質(zhì)量設計相結(jié)合的新型設計模式,有助于全面理解與改進產(chǎn)品質(zhì)量設計的過程。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)化設計,克服了傳統(tǒng)方法無法預測產(chǎn)品質(zhì)量及其波動的弱點。本文應用MATLAB優(yōu)化和統(tǒng)計學工具箱,實現(xiàn)了穩(wěn)健設計方法與制冷系統(tǒng)仿真模擬技術的結(jié)合,在MATLAB上開發(fā)了結(jié)合穩(wěn)健設計理論的制冷空調(diào)裝置質(zhì)量優(yōu)化設計綜合仿真平臺。
　　 2.本文探討了穩(wěn)健設計對制冷系統(tǒng)仿真模型提出的要求,在

4、此基礎上建立制冷系統(tǒng)和部件的仿真模型,并進行了實驗驗證。
　　 a)建立了風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)絡模型。確定了最優(yōu)的神經(jīng)網(wǎng)絡結(jié)構、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管和短管流量特性的無量綱關聯(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測誤差均在±5％之間。
　　 3.完成

6、了基于仿真的穩(wěn)健設計方法在翅片管蒸發(fā)器優(yōu)化設計上的實例應用。在不確定因素干擾下,完成了風冷翅片管蒸發(fā)器結(jié)構參數(shù)的穩(wěn)健優(yōu)化設計;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、標準差)和質(zhì)量指標(設計能力指數(shù)Cpk),最后分別從改變設計參數(shù)均值和減小設計參數(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)健設計方法在輕型商用空調(diào)器設計上的實例應用。首先通過對系統(tǒng)匹配參數(shù)進行穩(wěn)健參數(shù)設計與優(yōu)化,確定了在