建立车载变风量空调系统风量预测模型的方法技术方案

建立车载变风量空调系统风量预测模型的方法，属于计算机数值模拟技术领域，尤其是针对车载变风量空调进行模拟，进而得到总风量与新风量的定量关系式的方法。首先确定车载变风量空调系统新风、回风、总送风和风机全压的数学关系，然后建立包括空调机组关键部件和变频风机整车数值计算模型；设计并计算工况，进行整车的气流流动仿真计算；通过变频风机的实际工作点求解变风量空调运行时的新风量、回风量和总风量；利用多元非线性回归分析方法，建立变风量空调系统预测模型。

Establishment of air volume forecasting model for VAV air conditioning system

A vehicle VAV air condition system forecasting method, which belongs to the technical field of computer numerical simulation, especially for VAV air conditioning vehicle is simulated, and then obtain the method of quantitative relationship between the total air volume and fresh air volume. First determine the vehicle of VAV air conditioning system air, return air, the total air pressure mathematical relationship between wind and wind machine, then the key parts including the establishment of air conditioning units and air blower vehicle numerical model; design and calculation conditions, calculation of flow simulation of the vehicle; by solving the actual operating point of the fan frequency conversion variable air volume when the air conditioning operation, air volume and total volume; regression analysis method of multivariate nonlinear, establish prediction model of VAV air conditioning system.

【技术实现步骤摘要】
建立车载变风量空调系统风量预测模型的方法
本专利技术属于计算机数值模拟
，尤其是针对车载变风量空调，特别是轨道车辆使用的变风量空调进行模拟，进而得到总风量与新风量的定量关系式的方法。
技术介绍
随着我国交通事业的发展，轨道车辆，包括地铁和铁路客车车内环境舒适性已经成为了一个新兴的研究领域。GB/T12817-91《铁道客车通用技术条件》、EN14750-114750-1《RailwayApplicationsAirConditioningforUrbanandSuburbanRollingStockPartIcomfortparameters》等标准对车厢内的微风速和温度舒适性等参数进行了规定。轨道车辆客室内的舒适性与总送风量、额定制冷量以及新风量等因素有关，为达到舒适性要求，需要根据车内负荷变化而调整总风量和新风量；而传统的轨道车辆空调设计一般只考虑总送风量和额定制冷量，无法满足标准规定的舒适性要求。目前国内外是以车辆内部和送风道的气流组织、以及地铁车站通风系统为研究对象进行仿真和设计。国外对地铁车辆数值仿真的重点是发生火灾时地铁车站的烟气流动和控制、地铁车站通风系统最恶劣工况时的安全通风模式、高速列车车厢内的振动和噪声等问题。如ChoquartClodic等采用CFD软件计算了稳态工况下车辆内部气流流场、压力场的分布及热舒适状况，但是计算模型中未考虑空调系统。国内研究主要集中于地铁车厢和动车组车厢内的气流组织以及送风道的气流组织。周生存等介绍了地铁车辆空调风道设计的特殊性及国内地铁A型车空调的风道设计方法。刘洋等介绍了国内B型车的地铁车辆风道系统，对地铁车辆风道系统出风均匀性设计进行了分析。杨柳通过对风道系统的改进，将风道和车厢合并在一起建立物理模型，进一步进行数值模拟，计算得出风道的优化对车厢内气流组织、人体舒适度的影响。对空调系统内部气流组织的研究，尤其是对轨道车辆上使用的变风量空调的研究为空白。
技术实现思路
为了解决现有技术的不足，本专利技术采用数值模拟的研究方法，以有限体积法为理论基础，以空调机组、风道和车厢作为整体研究对象，建立整车数值计算模型，使用流体计算软件Fluent进行仿真计算并验证计算结果，进而建立风量调节数学模型，获得空调系统内部新风量/回风量与总风量的定量关系，以及新风口与回风口的阀门开度变化对新风量和回风量的影响规律。本专利技术采用的技术方案是：建立车载变风量空调系统风量预测模型的方法，包括以下步骤：1）确定车载变风量空调系统新风、回风、总送风和风机全压的数学关系；2）确定空调机组关键部件的模型及阻力特性；3）确定变频风机的模型和性能参数；4）建立整车数值计算模型；5）设计并计算工况，进行整车的气流流动仿真计算；6）通过变频风机的实际工作点求解变风量空调运行时的新风量、回风量和总风量；7）利用多元非线性回归分析方法，建立变风量空调系统预测模型。有益效果：本专利技术对优化轨道车辆上的空调机组设计以及提高车辆舒适性有很大的指导意义：首先，可以利用专利技术得到的空调机组关键部件阻力特性指导空调设计，对阻力较大的部件进行优化，降低空调机组阻力；其次，可以对不同的空调系统进行简化计算和试验验证，满足车辆舒适性对于回风量和新风量配比的要求。另外，在轨道车辆运行过程中，变风量空调控制系统可根据变风量空调系统风量预测模型，以及室内温度、载客量、季节和新风温度的不同，调节送风机运转速度以及风阀的开度，改变送风系统的送风量以及新风量，进而提高车厢旅客的舒适性以及空调系统的节能性。附图说明图1是车载变风量空调系统的内部气流流动路径物理模型；图2是风机实际工作点确定示意图；图3是风机变风量工作点确定示意图；图4-a为不分单元的蒸发器模型，图4-b为分单元的蒸发器模型；图5为多单元多孔介质模型；图6是蒸发器的物理模型；图7是蒸发器实验值拟合方程；图8是风阀的物理模型；图9-1、9-2是车厢结构示意图；图10是车载变风量空调系统整体物理模型；图11是总风量相对偏差图；图12是新风量相对偏差图；图13是回风量相对偏差图。具体实施方式建立车载变风量空调系统风量预测模型的方法，包括以下步骤：1）确定车载变风量空调系统新风、回风、总送风和风机全压的数学关系；2）确定空调机组关键部件的模型及阻力特性；3）确定变频风机的模型和性能参数；4）建立整车数值计算模型；5）设计并计算工况，进行整车的气流流动仿真计算；6）通过变频风机的实际工作点求解变风量空调运行时的新风量、回风量和总风量；7）利用多元非线性回归分析方法，建立变风量空调系统预测模型。上述空调机组关键部件包括蒸发器、新风口、新风滤网、混合风滤网、新风阀、回风阀，各部件的模型及阻力特性公式如下：蒸发器、新风口、滤网、新风滤网、混合风滤网用多孔介质模型，既采用Fluent软件多孔介质仿真的方法，获得速度与压降关系，确定各阻力单元的阻力系数。阻力特性公式：蒸发器：y=7.3099x2+9.4747x新风口：y=5.43x2+3.071x新风滤网：新风滤网的阻力特性由试验确定：y=0.699x2+1.5733x混合风滤网：混合风滤网的阻力由试验确定：y=5.9811x2+13.349x新风阀、回风阀实体建模，阻力特性公式：新风阀、回风阀：y=0.092x12-11.951x1-4.633x22+56.481x2+254.32式中：x—风速（m/s），x1—风阀角度（°），x2—风速（m/s），y—阻力（Pa）。离心风机使用Fluent风扇模型，三个频率下离心风机的风量与压力关系如下所示：40Hz：y=-0.000007x2+0.015873x+389.23350Hz：y=-0.000009x2+0.016788x+586.38160Hz：y=-0.000011x2-0.003629x+804.036式中：x—风量（m3/h），y—风机全压（Pa）。整车数值计算模型中包括空调、风道、车厢；空调包括蒸发器、新风口、新风滤网、混合风滤网、新风阀、回风阀。在步骤5）中，设计工况时，选取三个变量参数：新风阀角度、回风阀角度、风机频率，风阀角度选取从全开到全闭22.5°一个间隔，在风机工作范围内选取5个风机全压。在步骤7）中，使用SPSS软件的多元非线性回归分析方法分别建立总风量和新风量的回归关系，从而获得相应的回归方程。通过上述步骤得到的变风量空调系统预测模型为：总风量模型：y=0.048x12-3.767x1-0.205x22+27.281x2-2.186x32+263.885x3-3991.739式中：y—总风量（m3/h），x1—新风阀开度（°），x2—回风阀开度（°），x3—风机频率（Hz），40~60Hz。新风量模型：y=-0.052x12+5.643x1+0.14x22-18.927x2-0.22x32+27.151x3+1147.158式中：y—新风量（m3/h），x1—新风阀开度（°），x2—回风阀开度（°），x3—风机频率（Hz），40~60Hz。为了验证模型的准确性，还包括模型验证步骤。下面结合附图对本专利技术做进一步详细说明。理论基础，确定车载变风量空调系统新风、回风、总送风和风机全压的数学关系：车载变风量空调系统的内部气流流动路径物理模型如图1所示。新风通本文档来自技高网...

【技术保护点】
建立车载变风量空调系统风量预测模型的方法，其特征在于包括以下步骤：1）确定车载变风量空调系统新风、回风、总送风和风机全压的数学关系；2）确定空调机组关键部件的模型及阻力特性；3）确定变频风机的模型和性能参数；4）建立整车数值计算模型；5）设计并计算工况，进行整车的气流流动仿真计算；6）通过变频风机的实际工作点求解变风量空调运行时的新风量、回风量和总风量；7）利用多元非线性回归分析方法，建立变风量空调系统预测模型。

【技术特征摘要】
1.建立车载变风量空调系统风量预测模型的方法，其特征在于包括以下步骤：1）确定车载变风量空调系统新风、回风、总送风和风机全压的数学关系；2）确定空调机组关键部件的模型及阻力特性；3）确定变频风机的模型和性能参数；4）建立整车数值计算模型；5）设计并计算工况，进行整车的气流流动仿真计算；6）通过变频风机的实际工作点求解变风量空调运行时的新风量、回风量和总风量；7）利用多元非线性回归分析方法，建立变风量空调系统预测模型。2.根据权利要求1所述的建立车载变风量空调系统风量预测模型的方法，其特征在于在步骤2）中，空调机组关键部件包括蒸发器、新风口、新风滤网、混合风滤网、新风阀、回风阀，各部件的模型及阻力特性公式如下：蒸发器、新风口、滤网、新风滤网、混合风滤网采用多孔介质模型，新风阀、回风阀实体建模，阻力特性公式：蒸发器：y=7.3099x2+9.4747x新风口：y=5.43x2+3.071x新风滤网：y=0.699x2+1.5733x混合风滤网：y=5.9811x2+13.349x新风阀、回风阀：y=0.092x12-11.951x1-4.633x22+56.481x2+254.32式中：x—风速（m/s），x1—风阀角度（°），x2—风速（m/s），y—阻力（Pa）。3.根据权利要求1所述的建立车载变风量空调系统风量预测模型的方法，其特征在于在步骤3）中，离心风机使用Fluent风扇模型，三个频率下离心风机的风量与压力关系如下所示：40Hz：y=-0.000007x2+0.015873x+389.23350Hz：y=-0.000009x2+0.016788x+586.38160Hz：y=-0.000011x...

【专利技术属性】
技术研发人员：闫英华，宋会兵，叶佳，贾英武，张瑞刚，李祥雷，
申请(专利权)人：石家庄国祥运输设备有限公司，
类型：发明
国别省市：河北,13