制冷装置仿真与优化 能源科学与工程学院.pptxVIP

制冷空调系统仿真与优化;参考教材;第一讲 制冷空调系统热仿真与优化研究的内容; 在做系统稳态设计时可根据上述特性曲线分析制冷系统各部件间的参数关系;1.4 动态分析研究方法 制冷系统中所进行的过程是一个融合传热、传质流动的复杂过程。它是一个动态过程，每一时刻的参数（如温度、压力、焓等）都不同于另一时刻的参数。而每一时刻不同空间位置的参数也不同，故它又是一个是有分布参数性质的过程（动态+分布参数） 制冷系统的稳态（静态）工况是整个运行工况中的特殊工况，不稳定工况（动态过程）才是一般的常见工况。 ;;1.5 制冷空调系统仿真 1 系统仿真与过程仿真 ; 把物理模型、数学模型，甚至是实物联合在一起进行试验研究分析的过程称为数字-物理仿真，又称为半物理仿真。如用于培训的仿真机大多数就是把实物和数学模型相结合的物理仿真系统，如锅炉???其它发电设备系统则是被数学模型所取代的数字仿真，二者结合构成了半物理仿真系统。 计算机仿真已成为科学研究的第三只翅膀，与实验和理论一起构成了完整的三维坐标系，能做到理论和实验难以做到的事情，为人们提供了一个认识客观世界运动规律的新途径。 ;2 基本概念;（5）过程系统 使原料进行物理的乃至化学的变化，从而由低价值的原料变成高价值的产品的系统称为过程系统。显然，炼油厂、化工厂、冶金厂、造纸厂、水泥厂等均属于过程系统。而以加工传递信息为目的的信息系统，或以机械工具（如机床）按适当加工顺序来加工处理各种元件的“生产系统”，则不属于此类。过程系统又可定义为：过程系统={过程单元}+{单元间联结关系}。 （6）参数 代表过程或其环境的某种性质，且可被赋予一定数值的量称为参数。这是一个较为广泛的笼统名称，其中也包括方程式中的常数或系数。 （7）状况变量及决策变量 状况变量是描述系统所处的状态（温度、压力、浓度等）的变量。这类变量的值往往是不能自由设定的自由变量。决策变量是指那些数值可以由设计者给定的变量。 ;3 系统仿真的三要素; 仿真机是以现代高速电子计算机、网络设备、多媒体设备为基础，由人工建造的模拟实际控制或现场装置环境的机器，同时也是数字模型软件实时运行的硬件环境。一般科学问题由通用数字计算就可以满足计算要求，但过程系统仿真通常需要具备特殊的仿真机、实时操作系统及专用软件环境，已便更加逼真地模拟动态过程现象。 数字模型是依据过程系统数据由人工建立的对系统特性的数学描述。这种数学描述能够产生与过程系统相似的行为数据，且一般应该是经过一定简化后的系统描述，常用代数方程方程、微分方程或状态方程等描述。 建模的过程就是对过程进行抽象、简化、进而建立数字模型的过程。仿真就是利用仿真机使数学模型运转起来，进而转化为被关注变量（温度、压力、流量、物位或组成）对时间的行为数据源，达到模拟过程系统的目的。 仿真与数学模型的关系是：仿真是实现模型描述对象的手段和方法，数学模型是实现仿真方法和手段的依据。模型为仿真提供规则、算法、数据及其他信息，仿真为实现模型所描述的对象提供程序和技巧，最终提供信息。系统仿真能否达到预期效果，数学模型起着关键作用。换言之，数学模型若不能有效充分地表示过程系统特性，仿真实验将无法取得成果。建立准确的数学模型是仿真工作的基础。 ;4 系统仿真的一般步骤;5 仿真技术的应用;1.6 优化的含义;上面讨论数学问题总是可以采用如下的数学形式来描述： 目标函数 maxf（x） 约束条件 hi（x）=0 i=1,2,…，m gi（x）≥0 i=1,2,…，n 上面方程是通过数学模型的建立而得到的，按照要求不同，可以采用简易程度不同、形式相差很大的方程。如对于制冷装置动态过程性能进行综合优化，就需要建立系统仿真模型，这时f（x）实际上是一组很复杂的微分方程。约束条件有时也不能用简单的代数方程写出。这些需在具体的对象研究中确定。 优化过程就是在上面这些方程确定后，通过合适的优化算法，求得目标函数最小值，以及此时的设计变量值。;1.7 制冷装置计算机辅助设计的内容;3）仿真与优化：系统初步分析计算是装置设计中的一个重要环节，而不应该是最后的结果。装置的很多性能不能通过简单的计算得到，人们在制冷装置的设计中所常用的方法是静态集中参数的方法，而实际过程是一个动态分布参数的过程，用静态集中参数的方法只能在一定程序上估算实际装置的性能，但却难以减少计算的误差，不得不依靠大量的实验来检验计算的效果，进一步改进系统，而这是很浪费时间和金钱的。如何借用计算机这个有效的计算工具，开发有效的精确进行装置计算的动态仿真与优化软件，是计算机辅助设计的难点。通过系统的仿真与优化，可以检验初步设计的效果，同时可以