TUHVAC：集成化的空调设计分析环境

1、TUHVAC：集成化的空调设计分析环境(1)    TUHVAC: an integrate development environment forHVAC design and analysis         1 TUHVAC的设计思想目前世界上已出现多种版本的暖通空调CAD软件，这些CAD软件多数还只是一个绘图工具，用来提高工作人员的工作效率，仅有少数软件将一些设计计算与绘图相结合。然而真正意义上的CAD概念是计算机辅助设计，也就是使计算机在方案确定、设备选择、设计计算

2、、材料统计、价格概算及工程绘图等各方面全面地为设计人员服务，从而真正提高设计质量和工作效率。由此看来，一个完整的CAD系统应具有三方面的功能；数据库、知识库功能。能够存储各类设备信息（相当于设备手册）、设计参数（相当于设计手册）及国家标准（相当于规范）。设计人员能够方便地检索和使用这些信息。计算功能。能够做多种计算分析以适应不同阶段的设计要求。如系统参与能耗估算（用于制定初步设计方案）、设备选择计算、风道水管设计计算、系统全年模拟分析、（以验证系统性能并对系统作全面评价）、成本与运行费用分析计算、动态模拟计算（以确定控制方案）等。绘图功能。包括从初始阶段系统图的绘制到最终阶段的施工图绘制。对于

3、如上要求的三方面功能，均有相应的软件可满足要求。例如相当多的数据库程序可用于信息的存储和检索；BTP可用于上述一些方案的设计计算；TRNSYS和HVACSIM 可用于全年模拟或动态计算；各种CAD工具则可用于工程图绘制。然而，实际调查却发现，无论是在国内还是美、日和欧洲的发达国家，数据库和设计分析软件都很少用于实际的空调工程设计。究其原因，可以发现目前的软件存在如下一些问题：集成度不够，软件是联系差。数据库检索的信息不能直接被计算程序所应用，计算程序所得的结果不能直接被绘图工具利用。就单一的计算过程来说，不同的程序仅能作某一种分析计算，而要完成上述各种分析就必须使用不同的程序，准备大量的数据文

4、件，这是一项乏味、重复而且容易出错的工作。设备参数性能缺乏标准的描述方式。软件中所用的设备描述方式与设备厂家所提供的性能描述方式往往不一致，需要程序使用者去做数据转换。这需要很大的工作量，有时是不切实际的。软件界面简陋，极不好用。设计者如果不对软件本身作详细的了解，就难以准确地知道其输入输出的实际意义。设计人员为了能够利用这些软件解决设计中的实际问题而不得不花大量的时间精力去弄懂每一个软件。作为软件的使用者，并不愿意受软件的驱使，而希望作软件的主人。一个好的软件应该从使用者处理要求很少而为使用者提供最大的帮助，应服从于用户而并非让用户服从它，这应是新一代软件的主要设计思想。正是基于这样的设计思

5、想，清华大学开发研制了TUHVAC系统，用于暖通空调系统设计、分析和评价。2 TUHVAC的总体结构TUHVAC系统融合了数据库技术和模型求解理论，图1是TUHVAC总体结构图。它包含三个大的部分：用户图形界面（Graphic User Interface）、数据库及系统描述（Database & System Description）和求解器（TUSimulator）。图1 TUHVAC总体结构图系统运行时，用户利用图形界面描述空调系统，综合利用数据库中设备库（CL）和知识库（BKD）的信息，描述计算要求（SRF）并定义控制系统（CDF），从而生成该系统的描述文件（SDF），求解器根

6、据SDF、SRF和CDF的信息，必要时还需要气象数据（WD）进行综合求解，并按输出数据格式（CRF）输出求解结果。整个过程中使用者的工作量很小，只需通过GUI描述系统（这一过程也仅是一些选择过程），其他信息如设备库、知识库均是以自然语言写成，使用者理解起来没有任何困难，无需对软件本身有太多的了解。由于用户自己定义计算要求、控制方案和输出格式，能够清楚地知道计算机在干什么，自己可以从中得到什么，从而真正成为软件的主人。21 知识库（BKD）知识库是专家系统中储存空调基本知识、设计经验、评价标准以及国家规范的通用数据库。其中包括流体介质如空气、水和R22的一些状态参数，i-d图的有关知识，不同量纲

7、系统之间的互换关系，设计用的一些经验数据，系统运行优劣的评价标准等。知识库具有可扩充性，随着系统的完善和用户的增添而不断完备起来。22 计算要求文件（SRF）用户在SRF中定义分析计算的要求，即用户让求解程序作何种计算分析，并且定义相应的计算要求，例如可以有以下的计算种类：已知出、入口状态，求设备容量；已知入口状态和设备性能，预测出口状态；系统初投资概算；运行能耗分析；理想控制下逐时模拟；实际控制下动态仿真。还应定义其他信息：输出结果参数、时间步长、计算周期、CDF文件名以及环境信息等。SDF是描述系统的组成，而SRF则是个体定义求解器对SDF作何种计算。对于同一SDF，可以有不同的SRF与不

8、同的计算要求相对应。23 控制系统及方案定义（CDF）当对系统进行逐时模拟、动态仿真和能耗分析时，求解器必须知道系统的控制或运行调节方法。这些信息在CDF中定义，例如描述传感器位置、执行器类型、控制方案及算法等。控制算法是由一组很多的IF-THEN格式的规则构成，每条规则表述为：时间间隔 IF 条件 THEN 动作其意义表示每隔一个时间间隔，如果所列条件满足，就执行相应的动作。条件是测量参数的控制变量的逻辑表达式，动作是模拟实际运行的动作，如送值到控制参数或送开关命令到执行器。TUHVAC编译它们后形成控制命令，求解器在模拟仿真时，不断扫描所有规则，搜索出满足条件的控制规则并执行。 

9、   摘要 测试了圆管内旋转流的流场分布，在此基础上计算分析了颗粒在旋转流场中的径向运动轨迹，得到流动输运方向上含尘气流深度场分布的改变。给出旋转流对颗粒的预分离基本发生在旋转流入口后3倍管径长度上。关键词 旋转流 颗粒运动轨迹 浓度场改变    本篇论文是由3COME文档频道的网友为您在网络上收集整理饼投稿至本站的，论文版权属原作者，请不要用于商业用途或者抄袭，仅供参考学习之用，否者后果自负，如果此文侵犯您的合法权益，请联系我们。    1 前言固体颗粒进入旋转流场后主要受到惯性离心

10、力和空气阻力的作用，大一些的颗粒被甩向边壁，小一些的颗粒则被流体带向下游。在这个运动过程中，旋转流流场的不同轴向位置上颗粒相的浓度将发生变化。一般认为颗粒进入管道边壁附近的某个区域后，不再发生径向位移，即滞留在了颗粒层里，可以被捕集下来。旋转流场对颗粒的分离作用与旋转流强度有关，也和颗粒尺寸有关。因此，可以通过分析一这粒度分布的颗粒群在给定的旋转流流场中不同轴向位置处的浓度变化来确定颗粒最佳预分离效果的管段长度。采用涡切向起旋器（如同切向进气旋风分离器的进气涡壳）引入旋转流，参见图1。气流由涡切向进气口进入起旋器产生旋转流，由排出口进入圆管测试段。改变气流在起旋器中旋转通道的长度将延长气流的强

11、制旋转时间，起到助旋作用，有利于含尘气流中颗粒的分离。而对称性的起旋器切向入口可以改善旋转气流的偏心状态。根据上述思想，设计了3种不同的起旋器，按吸入气流在旋转通道中的旋转角度分为0°、90°、270°，以及具有对称进口的双进口起旋器。2 颗粒在旋转流场中的运动分析由于颗粒尺寸dp相对较小，可以将颗粒径向运动看作Stokes运动（Rep1.0）有 其中， 。代入得 解得： 式中F、FD分别为颗粒受到惯性离心力、颗粒运动受到的空气阻力，N；Utp、Uzp、Urp分别为颗粒运动切向速度、轴向速度、径向速度，m/s；m颗粒质量，kg；p为颗粒真密度，kg/m3；A颗粒投

12、影面积，m2；Urp0颗粒径向速度的初值，m/s。 为颗粒运动的松弛时间，s；气体黏性系数，Pa·S。考虑颗粒沉降时已达到沉降速度，即 。就有 在旋转流场Ut、Ur已知的条件下，就可得出任意时刻任意位置颗粒的径向运动速度Urp。3 颗粒分离模型的建立根据本人测试1旋转流自起旋器出口截面绕圆管轴旋转180°，即旋转了半圈时，轴向的运动距离约为1.3倍管径长度（400mm）。将这段圆管沿轴向展，如图2所示。气流运动的迹线为线段OM，长度、时间分别为 作为分析颗粒在旋转气作用下沿径向的位移，将轴向Z=0400mm管段等距离划分，单元尺寸为20mm。切向起旋器进口径向宽度为54mm

13、，假定颗粒群在起旋器出口截面半径150100mm上均匀分布，以不同半径（网格r0(n)= 100,间距5，150mm，n=1，11）上颗粒运动计算颗粒运动轨迹。当颗粒运动到（z(m),r(n)）位置后，在气流速度Ut(m,n)、Uz(m,n)、Ur (m,n)的作用下，有颗粒径向速度 颗粒自网格点(m,n)运动到下一个网格点(m 1,n)时沿管壁运动的距离为L=L0·20/400=0.05L0，运动时间为： 所以在t时间内，颗粒沿径向的运动距离为 即颗粒将运动到网格点（z(m 1),r(n) r(m ,n)）处，由此可以确定颗粒运动轨迹。4 颗粒运动轨迹及浓度分布分析取颗粒的直径范围

14、1530m，颗粒浓度C0；粒度分布为正态分布，分散度dc50=20m，=6m。计算用颗粒群的粒径分为7种：5m、10m、15m、20m、25m、30m、35m。41 颗粒运动轨迹的计算不同结构旋转起旋器，90°起旋器、270°起旋器和双进口起旋器产生的流场内颗粒运动轨迹如图3、图4、图5。图3 90°起旋器流场中颗粒运动轨迹图4 270°起旋器流场中颗粒运动轨迹图5 双进口起旋器流场中颗粒运动轨迹由图可知，在90°起旋器中，小于10m颗粒的切向进入管道后，一部分开始向轴心偏离，即混入轴心区气流中被带走；其他颗粒进入管道后均能被离心力甩到边壁处堆

15、积起来。15m的颗粒运动到边壁所走路程最长，轴向距离达到0.75D。在270°起旋器中，一部分小于15m的颗粒在切向进入管道后开始向轴心偏离。双进口起旋器的流场中，发生轴心偏离的颗粒尺寸小于90°起旋器；且15m颗粒运动到边壁的轴向距离大于90°起旋器。即对同样分布的颗粒群来说，90°起旋器的分离效果显著，又进口起旋器次之。42 旋转流场中颗粒浓度的分布假定在Z=0处，颗粒群均匀分布，浓度为C0，则根据颗粒正态分布的频率计算公式2可以得到各粒级的质量百分比浓度，见表1。颗粒分布频率表 表1      粒径（m）&#

16、160;   5    10    15    20    25    30    35    百分比浓度    0.29%    1.66%    4.7%    6.65%    4.7%    1.66%    0.29% 在不同的径向位置上，根据颗粒运动轨迹图网格点上不同粒级颗粒权重不同，得到浓度变化曲线。如图6所示，各图中数据线的单位颗粒群的初始浓度C0。图6 不同起旋器流场内的颗粒浓度分布（a）90°起旋器；（b）270°起旋器；（c）双进口起旋器5 结论在Z=100m范围内，各粒级颗粒得到了很大程度的分离，浓度场发生了变化。边壁处的颗粒浓度急剧