Diseño y estrategias de optimización de una caja ventilada de alto rendimiento

Este estudio tiene como objetivo resolver los problemas de caos del flujo de aire y el bajo rendimiento en la caja ventilada causada por la distribución irrazonable del flujo de aire a través del diseño de la estructura interna de la caja ventilada bajo la premisa de un consumo constante de energía. Se estableció un método de optimización eficiente y económico teniendo en cuenta el rendimiento de la caja ventilada y se puede utilizar fácilmente para extender el tiempo de almacenamiento de alimentos frescos. El objetivo de este estudio es diseñar y optimizar una caja ventilada de alto rendimiento que contenga matrices de tuberías con agujeros en zigzag.

Hay dos entradas de aire de igual tamaño colocadas paralelamente en los lados izquierdo y derecho de la caja ventilada, y se estableció una salida en el lado superior de la caja ventilada. El modelo de referencia tiene 10 tubos. Los dos tubos intermedios tienen 10 orificios respectivamente, que están escalonados a través de los tubos.

El número de orificios desde el medio hasta la tubería exterior se incrementa en dos a la vez. Teniendo en cuenta las matrices de tuberías, la mitad inferior tridimensional y la mitad superior de los modelos de cajas ventiladas se establecen mediante el uso de software tridimensional y guardándolos como archivos XT. Ejecute el software de simulación y arrastre el componente de malla desde los sistemas de componentes a la ventana esquemática del proyecto.

Nómbralo como inferior. Haga clic con el botón derecho en geometría y haga clic en Examinar para importar el archivo XT inferior. Haga clic con el botón derecho en geometría y haga clic en nueva geometría del modelador de diseño para entrar en la ventana del modelador de diseño de malla.

Haga clic en generar para mostrar el modelo inferior. Haga clic con el botón derecho en la superficie superior y haga clic en la selección con nombre para cambiarle el nombre a Vented Box Upper. Seleccione los cuerpos del filtro de selección.

Haga clic con el botón derecho en el modelo inferior para seleccionar la selección con nombre y cambiarle el nombre que tiene inferior. Seleccione las caras del filtro de selección y cambie el modo de selección a la casilla de selección. Seleccione todas las superficies internas y haga clic con el botón derecho para seleccionar la selección con nombre y cámbiele el nombre a superficies internas externas, definidas como interfaces de malla más adelante.

Vuelva a la ventana inicial. Haga doble clic en la malla de la parte inferior. Entra en la ventana de mallado.

Cambie la preferencia física de mecánica a CFD. Haga clic en la actualización para generar el modelo de malla. Vuelva a la ventana inicial.

Arrastre el componente de malla desde los sistemas de componentes a la ventana esquemática del proyecto. Nómbralo como superior. Haga clic con el botón derecho en geometría y haga clic en Examinar para importar el archivo XT superior.

Haga clic con el botón derecho en geometría y haga clic en nueva geometría del modelador de diseño para entrar en la ventana del modelador de diseño de malla. Haga clic en generar para mostrar el modelo superior. Haga clic con el botón secundario en la superficie inferior y haga clic en la selección con nombre para cambiarle el nombre a cuadro ventilado inferior.

Seleccione los cuerpos del filtro de selección. Haga clic con el botón derecho en el modelo superior para seleccionar la selección con nombre y cambiarle el nombre como superior. Seleccione las caras del filtro de selección.

Haga clic con el botón secundario en la superficie superior y haga clic en la selección con nombre para cambiarle el nombre a salida. Vuelva a la ventana inicial. Haga doble clic en la malla de la parte superior.

Entra en la ventana de mallado. Cambie la preferencia física de mecánica a CFD. Haga clic con el botón derecho en la malla para seleccionar el tamaño en el inserto.

Seleccione los cuerpos del filtro de selección. Seleccione el modelo superior y el top 18 en tamaño de elemento. Haga clic en actualizar.

Vuelva a la ventana inicial. Arrastre el componente de malla desde los sistemas de componentes a la ventana esquemática del proyecto. Nómbralo como tubería.

Importe el archivo XT de tubería haciendo clic en geometría. Ingrese a la ventana del modelador de diseño de malla. El modelo de tubería se muestra de nuevo haciendo clic en generar.

Seleccione las dos caras finales de la tubería y etiquételas como entrada uno y entrada dos. La tubería por selección de cuerpo se etiqueta como tubería. Todas las superficies internas mediante la selección de cajas se etiquetan como superficies internas internas, definidas como interfaces de malla más adelante.

Vuelva a la ventana inicial. Haga doble clic en la malla de la tubería. Entra en la ventana de mallado.

Cambie la preferencia física de mecánica a CFD. El modelo de malla se puede generar haciendo clic en actualizar. Vuelva a la ventana inicial.

Arrastre el componente de simulación a la ventana esquemática del proyecto. Vincule tres componentes de malla al componente de simulación y actualice para entrar. Verifique la calidad del modelo de malla.

Compruebe si la malla tiene un volumen negativo. Seleccione factor de relajación, factor residual y factor de escala de tiempo. Seleccione los valores predeterminados.

Ingrese a la interfaz de configuración del modelo viscoso para seleccionar el modelo K-épsilon. Ajuste el material de aire. Cambie el tipo de zona celular a fluido.

Convierta el tipo de caja ventilada superior, caja ventilada inferior, superficies internas externas y superficies internas internas de pared predeterminada a interfaz. Abra las interfaces de malla y entre en la ventana crear/editar interfaces de malla. Haga coincidir las superficies internas externas con las internas internas.

Haga coincidir la caja ventilada superior con la caja ventilada inferior. Finalmente, las dos interfaces de malla se crean entre la caja ventilada y se denominan interfaz uno e interfaz dos, respectivamente. Establezca las velocidades de flujo de aire de todas las entradas como 8,9525 metros por segundo en la ventana de entrada de velocidad.

Ajuste la presión manométrica de salida como cero en la ventana de salida de presión. Establezca el estilo de inicialización de la solución como inicialización estándar antes de inicializar. Establezca el número de iteraciones como 2000.

Haga clic en calcular para iniciar la simulación y volver a la ventana inicial hasta que finalice la simulación. Haga clic en los resultados. Ingrese a la ventana de publicación de CFD.

Haga clic en el icono de optimización en la caja de herramientas. Seleccione la salida en inicio desde y hacia atrás en dirección. Haga clic en aplicar para generar el diagrama de flujo interno de la caja ventilada.

Haga clic en el avión en la ubicación. Seleccione el plano ZX en el método y el valor de entrada 0.6. Haga clic en aplicar para generar el plano a 0,6 metros de la superficie inferior.

Haga clic en el icono de contorno en la caja de herramientas. Seleccione el plano uno en ubicaciones. Seleccione la velocidad en variable.

Seleccione local en el rango. Haga clic en aplicar para generar el contorno de velocidad. Exporte los datos de caudal para el plano generado anteriormente.

Adquirir la desviación estándar del caudal en Excel. Ejecute el software de análisis estadístico. Haga clic en datos y haga clic en generar en diseño ortogonal.

Introduzca el número de tubería en el nombre del factor y A en la etiqueta del factor. Haga clic en agregar y defina valores para establecer cuatro niveles para el número de tuberías. Haga clic en continuar y vuelva a la ventana de generación de diseño ortogonal.

Introduzca el número de orificio en el nombre del factor y B en la etiqueta del factor. Haga clic en agregar y definir valores para establecer cuatro niveles para el número de agujeros. Haga clic en continuar y vuelva a la ventana de generación de diseño ortogonal.

Introduzca el número acumulativo en el nombre del factor y C en la etiqueta del factor. Haga clic en agregar y definir valores para establecer cuatro niveles para el número de incrementos. Haga clic en continuar y cree un nuevo archivo de datos para generar 16 ejemplos de matriz.

Haga clic en vista variable para seleccionar nominal en medida y entrada en rol. Cámbiele el nombre como desviación estándar multiplicada por 100, 000. Repita los pasos 1.1 a 2.5 con los puntos de ejemplo anteriores.

Las 16 desviaciones estándar resultantes multiplicadas por 100, 000 se completan en la lista de muestra para su posterior optimización. Haga clic en analizar y haga clic en univariante en el modelo lineal general. Llene la desviación estándar multiplicada por 100, 000 en variable dependiente y llene el número de tubería, el número de agujeros, el número acumulativo, en factores fijos.

Haga clic en términos de modelo y compilación. Cambiar la interacción a efectos principales. Rellene A, B, C en el modelo.

Haga clic en continuar y vuelva a la ventana univariada. Haga clic en EM significa y rellene A, B, C en mostrar medios para. Haga clic en continuar y vuelva a la ventana univariada.

Haga clic en Aceptar y obtenga el resultado de optimización. El valor mínimo de la columna media de la tabla corresponde a la variable óptima. Haga doble clic en la tabla.

Ingrese a la ventana de tabla dinámica. Haga clic en editar y haga clic en la barra en crear gráfico para generar el histograma. Como se muestra en la figura cuatro y la figura cinco, la corriente de la caja ventilada posterior es aún más desordenada que la de la primera, debido a la estructura interna de la caja ventilada.

Como se muestra en la figura seis y séptima, el caudal dentro de la caja ventilada, que es uno de los modelos utilizados para el análisis de sensibilidad, es más desigual. Para comprender la distribución optimizada dentro de la caja ventilada de manera más intuitiva, la desviación estándar se calcula mediante esta fórmula. La Tabla uno muestra la desviación estándar de los caudales para los 10 grupos de la caja ventilada utilizada para el análisis de sensibilidad.

Una desviación estándar grande representa una gran diferencia entre la mayoría de los caudales y su caudal medio. Por lo tanto, se puede ver que cambiar la estructura interna de la caja ventilada puede cambiar su flujo interno y hace que la corriente sea más razonable. Al diseñar el experimento ortogonal, hay tres variables de diseño en este artículo.

Cada una de estas tres variables tiene cuatro niveles. Como se muestra en la tabla, se obtuvieron 16 grupos de puntos de diseño experimental por diseño experimental ortogonal. Se calculan las desviaciones estándar.

Al final, el método de análisis de rango se utiliza como método de optimización para descubrir la combinación óptima de parámetros de estructura. La figura ocho muestra el resultado de optimización para el parámetro estructural sobre el número de tuberías. A partir de esto, podemos ver que el valor mínimo se obtiene cuando el número de tuberías es 14.

La figura nueve muestra el resultado de optimización para el parámetro de estructura sobre el número de agujeros en las tuberías intermedias. A partir de esto, podemos ver que el valor mínimo se obtiene cuando el número de agujeros en las tuberías intermedias es 14. La Figura 10 muestra el resultado de optimización para el parámetro estructural sobre el número de cada incremento desde el interior hasta el exterior de la tubería.

A partir de esto, podemos ver que el valor mínimo se obtiene cuando el número de cada incremento desde el interior hacia el exterior de la tubería es cuatro. El análisis anterior muestra que la combinación óptima es la tubería número 14, el agujero número 14, el número acumulativo cuatro. Para confirmar la precisión, se analizó el caso óptimo.

Las figuras cuatro y 11 muestran la racionalización del modelo de referencia frente al modelo optimizado. Las figuras seis y 12 muestran la distribución de la velocidad de flujo dentro del modelo de referencia frente al modelo optimizado. La tercera tabla muestra la comparación entre el modelo de optimización y el modelo de referencia.

Se puede ver que la desviación estándar calculada por el modelo optimizado es menor en comparación con la desviación estándar del modelo de referencia. La Tabla cuatro muestra el aumento en el número de agujeros de cuatro a seis, con pocos cambios en la desviación estándar. En este documento, el entorno interno de la caja ventilada se mejora optimizando su estructura, y la calidad de su entorno interno se mide por desviación estándar.

Cuanto menor sea la desviación estándar, más razonable será el flujo de aire dentro de la caja ventilada, lo que indica que el método de optimización adoptado en este trabajo es efectivo y factible.