Design- und Optimierungsstrategien einer Hochleistungs-Belüftungsbox

Diese Studie zielt darauf ab, die Probleme des Luftstromchaos und der schlechten Leistung im belüfteten Kasten zu lösen, die durch die unangemessene Verteilung des Luftstroms durch die Konstruktion der inneren Struktur des belüfteten Kastens unter der Prämisse eines konstanten Energieverbrauchs verursacht werden. Es wurde eine effiziente und wirtschaftliche Optimierungsmethode unter Berücksichtigung der Leistung der belüfteten Box etabliert, die leicht zur Verlängerung der Lagerzeit von frischen Lebensmitteln eingesetzt werden kann. Das Ziel dieser Studie ist es, einen belüfteten Hochleistungskasten zu entwerfen und zu optimieren, der eine Anordnung von Rohren mit Zickzacklöchern enthält.

An der linken und rechten Seite des belüfteten Kastens befinden sich zwei gleich große Lufteinlässe, und an der Oberseite des belüfteten Kastens wurde ein Auslass angeordnet. Das Referenzmodell hat 10 Rohre. Die beiden mittleren Rohre haben jeweils 10 Löcher, die über die Rohre versetzt sind.

Die Anzahl der Löcher vom mittleren zum äußeren Rohr wird um jeweils zwei erhöht. Unter Berücksichtigung der Rohranordnungen werden die dreidimensionale untere Hälfte und die obere Hälfte der belüfteten Kastenmodelle mit Hilfe einer dreidimensionalen Software erstellt und als XT-Dateien gespeichert. Führen Sie die Simulationssoftware aus, und ziehen Sie die Netzkomponente aus den Komponentensystemen in das Projektschaltplanfenster.

Nennen Sie es als bottom. Klicken Sie mit der rechten Maustaste auf Geometrie und klicken Sie auf Durchsuchen, um die untere XT-Datei zu importieren. Klicken Sie mit der rechten Maustaste auf Geometrie, und klicken Sie auf Neue Design-Modellierer-Geometrie, um das Fenster des Netzdesign-Modellierers aufzurufen.

Klicken Sie auf Generieren, um das untere Modell anzuzeigen. Klicken Sie mit der rechten Maustaste auf die obere Oberfläche, und klicken Sie auf die benannte Auswahl, um sie in Belüftete Box oben umzubenennen. Wählen Sie die Auswahlfilterkörper aus.

Klicken Sie mit der rechten Maustaste auf das untere Modell, um die benannte Auswahl auszuwählen, und benennen Sie es unten um. Wählen Sie die Auswahlfilterflächen aus und schalten Sie den Auswahlmodus auf die Feldauswahl um. Wählen Sie alle Innenflächen aus und klicken Sie mit der rechten Maustaste, um die benannte Auswahl auszuwählen und sie später in Innenflächen extern umzubenennen, die als Netzschnittstellen definiert sind.

Kehren Sie zum Anfangsfenster zurück. Doppelklicken Sie auf das Gitter der Unterseite. Rufen Sie das Vernetzungsfenster auf.

Ändern Sie die physikalische Präferenz von mechanisch auf CFD. Klicken Sie auf die Aktualisierung, um das Netzmodell zu generieren. Kehren Sie zum Anfangsfenster zurück.

Ziehen Sie die Netzkomponente aus den Komponentensystemen in das Projektschaltplanfenster. Nennen Sie es als top. Klicken Sie mit der rechten Maustaste auf Geometrie und klicken Sie auf Durchsuchen, um die oberste XT-Datei zu importieren.

Klicken Sie mit der rechten Maustaste auf Geometrie, und klicken Sie auf Neue Design-Modellierer-Geometrie, um das Fenster des Netzdesign-Modellierers aufzurufen. Klicken Sie auf Generieren, um das oberste Modell anzuzeigen. Klicken Sie mit der rechten Maustaste auf die untere Oberfläche, und klicken Sie auf die benannte Auswahl, um sie in belüfteten Rahmen unten umzubenennen.

Wählen Sie die Auswahlfilterkörper aus. Klicken Sie mit der rechten Maustaste auf das oberste Modell, um eine benannte Auswahl auszuwählen, und benennen Sie es in oben um. Wählen Sie die Auswahlfilterflächen aus.

Klicken Sie mit der rechten Maustaste auf die obere Oberfläche, und klicken Sie auf die benannte Auswahl, um sie in Auslass umzubenennen. Kehren Sie zum Anfangsfenster zurück. Doppelklicken Sie auf das Netz der Oberseite.

Rufen Sie das Vernetzungsfenster auf. Ändern Sie die physikalische Präferenz von mechanisch auf CFD. Klicken Sie mit der rechten Maustaste auf das Netz, um die Größe in der Einfügung auszuwählen.

Wählen Sie die Auswahlfilterkörper aus. Wählen Sie das Top-Modell und die Top 18 in Elementgröße aus. Klicken Sie auf Aktualisieren.

Kehren Sie zum Anfangsfenster zurück. Ziehen Sie die Netzkomponente aus den Komponentensystemen in das Projektschaltplanfenster. Nennen Sie es als Pipe.

Importieren Sie die Pipe XT-Datei, indem Sie auf Geometrie klicken. Rufen Sie das Fenster des Netzentwurfsmodellierers auf. Das Haltungsmodell wird erneut angezeigt, wenn Sie auf Generieren klicken.

Wählen Sie die beiden Endflächen der Haltung aus, und beschriften Sie sie als Einlass eins und Einlass zwei. Die Auswahl der Haltung nach Körper wird als Haltung bezeichnet. Alle Innenflächen, die durch die Auswahl des Kästchens ausgewählt werden, werden als interne Innenflächen beschriftet, die später als Netzschnittstellen definiert werden.

Kehren Sie zum Anfangsfenster zurück. Doppelklicken Sie auf das Rohrnetz. Rufen Sie das Vernetzungsfenster auf.

Ändern Sie die physikalische Präferenz von mechanisch auf CFD. Das Netzmodell kann generiert werden, indem Sie auf Aktualisieren klicken. Kehren Sie zum Anfangsfenster zurück.

Ziehen Sie die Simulationskomponente in das Projektschaltplanfenster. Verknüpfen Sie drei Netzkomponenten mit der Simulationskomponente und aktualisieren Sie sie, um sie einzugeben. Überprüfen Sie die Qualität des Netzmodells.

Prüfen Sie, ob das Netz ein negatives Volumen hat. Wählen Sie Steady, Relaxationsfaktor, Residual- und Zeitskalenfaktor aus. Wählen Sie Standardwerte aus.

Geben Sie die Einstellschnittstelle des viskosen Modells ein, um das K-Epsilon-Modell auszuwählen. Stellen Sie das Luftmaterial ein. Ändern Sie den Typ der Zellzone in Flüssigkeit.

Konvertieren Sie den Typ des oberen belüfteten Kastens, des unteren Belüftungskastens, der äußeren Innenflächen und der inneren Innenflächen von der Standardwand in die Schnittstelle. Öffnen Sie die Mesh-Interfaces und rufen Sie das Fenster Mesh-Interfaces erstellen/bearbeiten auf. Passen Sie die Innenflächen außen an die Innenflächen innen an.

Passen Sie die belüftete Box oben an die belüftete Box unten an. Schließlich werden die beiden Netzschnittstellen zwischen der belüfteten Box erstellt und als Schnittstelle eins bzw. Schnittstelle zwei bezeichnet. Stellen Sie die Luftströmungsgeschwindigkeiten aller Einlässe im Geschwindigkeitseinlassfenster auf 8,9525 Meter pro Sekunde ein.

Stellen Sie den Überdruck des Auslasses im Druckausgangsfenster auf Null ein. Legen Sie den Stil der Projektmappeninitialisierung vor der Initialisierung als Standardinitialisierung fest. Legen Sie die Anzahl der Iterationen auf 2000 fest.

Klicken Sie auf Berechnen, um die Simulation zu starten, und kehren Sie zum Anfangsfenster zurück, bis die Simulation beendet ist. Klicken Sie auf die Ergebnisse. Geben Sie das CFD-Post-Fenster ein.

Klicken Sie in der Toolbox auf das Symbol von Streamline. Wählen Sie den Auslass in Start- und Rückwärtsrichtung aus. Klicken Sie auf Anwenden, um das interne Flussdiagramm des belüfteten Kastens zu erstellen.

Klicken Sie auf die Ebene in Position. Wählen Sie die ZX-Ebene in der Methode aus und geben Sie den Wert 0,6 ein. Klicken Sie auf Anwenden, um die Ebene 0,6 Meter von der Unterseite entfernt zu generieren.

Klicken Sie auf das Symbol der Kontur in der Toolbox. Wählen Sie Ebene eins in Positionen aus. Wählen Sie die Geschwindigkeit in der Variablen aus.

Wählen Sie "Lokal in Reichweite" aus. Klicken Sie auf Anwenden, um die Geschwindigkeitskontur zu generieren. Exportieren Sie die Durchflussdaten für die oben generierte Ebene.

Erfassen Sie die Standardabweichung der Durchflussrate in Excel. Führen Sie die statistische Analysesoftware aus. Klicken Sie auf Daten, und klicken Sie auf In orthogonalem Design generieren.

Geben Sie die Pipe-Nummer in den Faktornamen und A in die Faktorbeschriftung ein. Klicken Sie auf Werte hinzufügen und definieren, um vier Ebenen für die Anzahl der Haltungen festzulegen. Klicken Sie auf "Weiter" und kehren Sie zum Fenster "Orthogonales Design generieren" zurück.

Geben Sie die Bohrungsnummer in den Namen des Faktors und B in die Beschriftung des Faktors ein. Klicken Sie auf Werte hinzufügen und definieren, um vier Stufen für die Anzahl der Bohrungen festzulegen. Klicken Sie auf "Weiter" und kehren Sie zum Fenster "Orthogonales Design generieren" zurück.

Geben Sie die kumulative Zahl in den Faktornamen und C in die Faktorbezeichnung ein. Klicken Sie auf Werte hinzufügen und definieren, um vier Stufen für die Anzahl der Inkremente festzulegen. Klicken Sie auf "Weiter" und erstellen Sie eine neue Datendatei, um 16 Array-Samples zu generieren.

Klicken Sie auf die Variablenansicht, um nominal in der Kennzahl und Eingabe in der Rolle auszuwählen. Benennen Sie sie in Standardabweichung mal 100.000 um. Wiederholen Sie die Schritte 1.1 bis 2.5 mit den obigen Musterpunkten.

Die resultierenden 16 Standardabweichungen multipliziert mit 100.000 werden zur späteren Optimierung in die Stichprobenliste eingetragen. Klicken Sie auf Analysieren, und klicken Sie auf Univariat im allgemeinen linearen Modell. Füllen Sie die Standardabweichung mal 100.000 in die abhängige Variable und füllen Sie die Rohrnummer, die Lochnummer, die kumulative Zahl in feste Faktoren.

Klicken Sie auf Modell- und Build-Terme. Ändern Sie die Interaktion in Haupteffekte. Füllen Sie A, B, C in das Modell ein.

Klicken Sie auf "Weiter" und kehren Sie zum univariaten Fenster zurück. Klicken Sie auf EM-Mittelwerte und füllen Sie A, B, C in Anzeigemittel für ein. Klicken Sie auf "Weiter" und kehren Sie zum univariaten Fenster zurück.

Klicken Sie auf OK und erhalten Sie das Optimierungsergebnis. Der Minimalwert der Mittelwertspalte in der Tabelle entspricht der optimalen Variablen. Doppelklicken Sie auf die Tabelle.

Geben Sie das Pivot-Tabellenfenster ein. Klicken Sie auf Bearbeiten und dann auf den Balken in Diagramm erstellen, um das Histogramm zu generieren. Wie in Abbildung vier und fünf gezeigt, ist die Stromlinienlinie des späteren belüfteten Kastens aufgrund der inneren Struktur des belüfteten Kastens noch unordentlicher als die des ersteren.

Wie in Abbildung sechs und sieben dargestellt, ist die Durchflussrate in der belüfteten Box, die eines der Modelle ist, die für die Sensitivitätsanalyse verwendet werden, ungleichmäßiger. Um die Stromlinienverteilung innerhalb der belüfteten Box intuitiver zu verstehen, wird die Standardabweichung nach dieser Formel berechnet. Tabelle eins zeigt die Standardabweichung der Durchflussraten für die 10 Gruppen der belüfteten Box, die für die Sensitivitätsanalyse verwendet werden.

Eine große Standardabweichung stellt eine große Differenz zwischen den meisten Durchflussraten und ihrer mittleren Durchflussrate dar. Daraus ist ersichtlich, dass eine Änderung der inneren Struktur des belüfteten Kastens seine interne Strömung verändern kann und die Stromlinienführung sinnvoller macht. Beim Entwerfen des orthogonalen Experiments gibt es in diesem Artikel drei Versuchsplanvariablen.

Jede dieser drei Variablen hat vier Ebenen. Wie in der Tabelle dargestellt, wurden 16 Gruppen von Versuchsplanungspunkten durch orthogonales Versuchsdesign erhalten. Die Standardabweichungen werden berechnet.

Letztendlich wird die Methode der Reichweitenanalyse als Optimierungsmethode verwendet, um die optimale Strukturparameterkombination zu ermitteln. Abbildung acht zeigt das Optimierungsergebnis für den Strukturparameter über die Anzahl der Rohre. Daraus können wir ersehen, dass der Mindestwert erreicht wird, wenn die Anzahl der Rohre 14 beträgt.

Abbildung neun zeigt das Optimierungsergebnis für den Strukturparameter über die Anzahl der Löcher in den mittleren Rohren. Daraus können wir ersehen, dass der Mindestwert erreicht wird, wenn die Anzahl der Löcher in den mittleren Rohren 14 beträgt. Abbildung 10 zeigt das Optimierungsergebnis für den Strukturparameter über die Anzahl der einzelnen Inkrement vom Innen- zum Außenrohr.

Daraus können wir ersehen, dass der Mindestwert erhalten wird, wenn die Anzahl jedes Inkrements vom inneren zum äußeren Rohr vier beträgt. Die obige Analyse zeigt, dass die optimale Kombination Rohr Nummer 14, Bohrloch Nummer 14, kumulative Nummer vier ist. Um die Genauigkeit zu bestätigen, wurde der optimale Fall analysiert.

Die Abbildungen vier und 11 zeigen die Stromlinienlinie des Referenzmodells im Vergleich zum optimierten Modell. Die Abbildungen sechs und 12 zeigen die Strömungsgeschwindigkeitsverteilung innerhalb des Referenzmodells im Vergleich zum optimierten Modell. Tabelle drei zeigt den Vergleich zwischen dem Optimierungsmodell und dem Referenzmodell.

Es ist ersichtlich, dass die vom optimierten Modell berechnete Standardabweichung im Vergleich zur Standardabweichung des Referenzmodells geringer ist. Tabelle vier zeigt die Zunahme der Anzahl der Bohrlöcher von vier auf sechs, wobei sich die Standardabweichung kaum ändert. In diesem Artikel wird die innere Umgebung der belüfteten Box durch Optimierung ihrer Struktur verbessert, und die Qualität ihrer internen Umgebung wird anhand der Standardabweichung gemessen.

Je kleiner die Standardabweichung ist, desto sinnvoller ist der Luftstrom im Inneren des belüfteten Kastens, was darauf hinweist, dass die in dieser Arbeit verwendete Optimierungsmethode effektiv und durchführbar ist.