Cette étude vise à résoudre les problèmes de chaos du flux d’air et de la mauvaise performance dans la boîte ventilée causée par la répartition déraisonnable du flux d’air grâce à la conception de la structure interne de la boîte ventilée sur la prémisse d’une consommation d’énergie constante. Une méthode d’optimisation efficace et économique tenant compte des performances de la boîte ventilée a été établie et peut être facilement utilisée pour prolonger le temps de stockage des aliments frais. L’objet de cette étude est de concevoir et d’optimiser une boîte ventilée haute performance contenant des réseaux de tuyaux avec des trous en zigzag.
Il y a deux entrées d’air de taille égale placées parallèlement sur les côtés gauche et droit de la boîte ventilée, et une sortie a été placée sur le côté supérieur de la boîte ventilée. Le modèle de référence comporte 10 tuyaux. Les deux tuyaux du milieu ont respectivement 10 trous, qui sont décalés à travers les tuyaux.
Le nombre de trous du milieu au tuyau extérieur est augmenté de deux à la fois. Compte tenu des réseaux de tuyaux, la moitié inférieure tridimensionnelle et la moitié supérieure des modèles de boîtes ventilées sont établies à l’aide d’un logiciel tridimensionnel et en les enregistrant sous forme de fichiers XT. Exécutez le logiciel de simulation et faites glisser le composant de maillage des systèmes de composants vers la fenêtre schématique du projet.
Nommez-le comme bas. Cliquez avec le bouton droit sur la géométrie, puis cliquez sur Parcourir pour importer le fichier XT inférieur. Cliquez avec le bouton droit sur la géométrie et cliquez sur Nouvelle géométrie du modeleur de conception pour accéder à la fenêtre du modeleur de conception de maillage.
Cliquez sur Générer pour afficher le modèle inférieur. Cliquez avec le bouton droit sur la surface supérieure, puis cliquez sur la sélection nommée pour la renommer Boîte ventilée supérieure. Sélectionnez les corps de filtre de sélection.
Cliquez avec le bouton droit sur le modèle inférieur pour sélectionner la sélection nommée et renommez-la en bas. Sélectionnez les faces du filtre de sélection et basculez le mode de sélection sur la zone de sélection. Sélectionnez toutes les surfaces intérieures et cliquez avec le bouton droit de la souris pour sélectionner la sélection nommée et la renommer en surfaces internes externes, définies ultérieurement comme interfaces de maillage.
Revenez à la fenêtre initiale. Double-cliquez sur le maillage du bas. Entrez dans la fenêtre de maillage.
Changez la préférence physique de mécanique à CFD. Cliquez sur la mise à jour pour générer le modèle de maillage. Revenez à la fenêtre initiale.
Faites glisser le composant de maillage des systèmes de composants vers la fenêtre schématique du projet. Nommez-le comme top. Cliquez avec le bouton droit sur la géométrie, puis cliquez sur Parcourir pour importer le fichier XT supérieur.
Cliquez avec le bouton droit sur la géométrie et cliquez sur Nouvelle géométrie du modeleur de conception pour accéder à la fenêtre du modeleur de conception de maillage. Cliquez sur Générer pour afficher le modèle supérieur. Cliquez avec le bouton droit sur la surface inférieure, puis cliquez sur la sélection nommée pour la renommer en zone ventilée inférieure.
Sélectionnez les corps de filtre de sélection. Cliquez avec le bouton droit sur le modèle supérieur pour sélectionner la sélection nommée et le renommer en haut. Sélectionnez les faces de filtre de sélection.
Cliquez avec le bouton droit sur la surface supérieure, puis cliquez sur la sélection nommée pour la renommer en sortie. Revenez à la fenêtre initiale. Double-cliquez sur le maillage du haut.
Entrez dans la fenêtre de maillage. Changez la préférence physique de mécanique à CFD. Cliquez avec le bouton droit sur le maillage pour sélectionner le dimensionnement dans l’insertion.
Sélectionnez les corps de filtre de sélection. Sélectionnez le modèle supérieur et les 18 premiers en taille d’élément. Cliquez sur Mettre à jour.
Revenez à la fenêtre initiale. Faites glisser le composant de maillage des systèmes de composants vers la fenêtre schématique du projet. Nommez-le comme pipe.
Importez le fichier XT de tuyau en cliquant sur géométrie. Entrez dans la fenêtre du modeleur de conception de maillage. Le modèle de tuyau s’affiche à nouveau en cliquant sur générer.
Sélectionnez les deux faces d’extrémité du tuyau et étiquetez-les comme entrée un et entrée deux. La sélection du tuyau par corps est étiquetée comme tuyau. Toutes les surfaces intérieures sélectionnées par boîte sont étiquetées comme surfaces internes internes, définies comme interfaces de maillage ultérieurement.
Revenez à la fenêtre initiale. Double-cliquez sur le maillage du tuyau. Entrez dans la fenêtre de maillage.
Changez la préférence physique de mécanique à CFD. Le modèle de maillage peut être généré en cliquant sur Mettre à jour. Revenez à la fenêtre initiale.
Faites glisser le composant de simulation vers la fenêtre schématique du projet. Liez trois composants de maillage au composant de simulation et mettez à jour pour entrer. Vérifiez la qualité du modèle de maillage.
Vérifiez si le maillage a un volume négatif. Sélectionnez le facteur stable, le facteur de relaxation, le facteur résiduel et le facteur d’échelle de temps. Sélectionnez les valeurs par défaut.
Entrez dans l’interface de réglage du modèle visqueux pour sélectionner le modèle K-epsilon. Réglez le matériau de l’air. Changez le type de zone cellulaire en fluide.
Convertissez le type de boîte ventilée supérieure, de boîte ventilée inférieure, de surfaces intérieures externes et intérieures internes du mur par défaut à l’interface. Ouvrez les interfaces de maillage et entrez dans la fenêtre de création/modification des interfaces de maillage. Faites correspondre les surfaces intérieures externes aux surfaces internes internes.
Faites correspondre la boîte ventilée supérieure à la boîte ventilée inférieure. Enfin, les deux interfaces maillées sont créées entre la boîte ventilée et nommées interface un et interface deux, respectivement. Réglez les vitesses d’écoulement d’air de toutes les entrées à 8,9525 mètres par seconde dans la fenêtre d’entrée de vitesse.
Réglez la pression manométrique de sortie sur zéro dans la fenêtre de sortie de pression. Définissez le style de l’initialisation de la solution comme initialisation standard avant l’initialisation. Définissez le nombre d’itérations sur 2000.
Cliquez sur Calculer pour démarrer la simulation et revenir à la fenêtre initiale jusqu’à la fin de la simulation. Cliquez sur les résultats. Entrez dans la fenêtre CFD post.
Cliquez sur l’icône de rationalisation dans la boîte à outils. Sélectionnez la prise au départ et vers l’arrière dans la direction. Cliquez sur Appliquer pour générer le diagramme de flux interne de la boîte ventilée.
Cliquez sur l’avion à l’emplacement. Sélectionnez le plan ZX dans la méthode et la valeur d’entrée 0,6. Cliquez sur Appliquer pour générer le plan à 0,6 mètre de la surface inférieure.
Cliquez sur l’icône de contour dans la boîte à outils. Sélectionnez l’avion un dans les emplacements. Sélectionnez la vitesse dans la variable.
Sélectionnez local dans la plage. Cliquez sur Appliquer pour générer le contour de vitesse. Exportez les données de débit pour le plan généré ci-dessus.
Acquérir l’écart type du débit dans Excel. Exécutez le logiciel d’analyse statistique. Cliquez sur données, puis sur générer dans la conception orthogonale.
Entrez le numéro de tuyau dans le nom du facteur et A dans l’étiquette du facteur. Cliquez sur Ajouter et définissez des valeurs pour définir quatre niveaux pour le nombre de tuyaux. Cliquez sur Continuer et revenez à la fenêtre de génération de conception orthogonale.
Entrez le numéro du trou dans le nom du facteur et B dans l’étiquette du facteur. Cliquez sur Ajouter et définissez des valeurs pour définir quatre niveaux pour le nombre de trous. Cliquez sur Continuer et revenez à la fenêtre de génération de conception orthogonale.
Entrez le nombre cumulé dans le nom du facteur et C dans l’étiquette du facteur. Cliquez sur Ajouter et définissez des valeurs pour définir quatre niveaux pour le nombre d’incréments. Cliquez sur Continuer et créez un nouveau fichier de données pour générer 16 échantillons de tableau.
Cliquez sur Vue variable pour sélectionner nominal dans la mesure et l’entrée dans le rôle. Renommez-le en tant qu’écart type multiplié par 100 000. Répétez les étapes 1.1 à 2.5 avec les exemples de points ci-dessus.
Les 16 écarts-types résultants multipliés par 100 000 sont remplis dans la liste d’échantillons pour une optimisation ultérieure. Cliquez sur Analyser, puis sur Univarié dans le modèle linéaire général. Remplissez l’écart type multiplié par 100 000 en variable dépendante et le nombre de tuyaux de remplissage, le nombre de trous, le nombre cumulatif, en facteurs fixes.
Cliquez sur les termes du modèle et de la génération. Changez l’interaction en effets principaux. Remplissez A, B, C dans le modèle.
Cliquez sur Continuer et revenez à la fenêtre univariée. Cliquez sur EM means et remplissez A, B, C dans les moyens d’affichage pour. Cliquez sur Continuer et revenez à la fenêtre univariée.
Cliquez sur OK et obtenez le résultat de l’optimisation. La valeur minimale de la colonne moyenne du tableau correspond à la variable optimale. Double-cliquez sur le tableau.
Entrez dans la fenêtre du tableau croisé dynamique. Cliquez sur Modifier et cliquez sur la barre dans Créer un graphique pour générer l’histogramme. Comme le montrent les figures quatre et cinq, la rationalisation de la boîte ventilée ultérieure est encore plus désordonnée que celle de la première, en raison de la structure interne de la boîte ventilée.
Comme le montrent les figures six et sept, le débit à l’intérieur de la boîte ventilée, qui est l’un des modèles utilisés pour l’analyse de sensibilité, est plus inégal. Afin de comprendre plus intuitivement la distribution rationalisée à l’intérieur de la boîte ventilée, l’écart type est calculé par cette formule. Le premier tableau montre l’écart type des débits pour les 10 groupes de la boîte ventilée utilisée pour l’analyse de sensibilité.
Un écart type important représente une grande différence entre la plupart des débits et leur débit moyen. Ainsi, on peut voir que la modification de la structure interne de la boîte ventilée peut modifier son flux interne et rendre la rationalisation plus raisonnable. Lors de la conception de l’expérience orthogonale, il existe trois variables de conception dans cet article.
Chacune de ces trois variables comporte quatre niveaux. Comme le montre le tableau, 16 groupes de points de plan expérimental ont été obtenus par plan expérimental orthogonal. Les écarts-types sont calculés.
En fin de compte, la méthode d’analyse de plage est utilisée comme méthode d’optimisation pour trouver la combinaison optimale de paramètres de structure. La figure huit montre le résultat d’optimisation pour le paramètre structurel concernant le nombre de tuyaux. À partir de là, nous pouvons voir que la valeur minimale est obtenue lorsque le nombre de tuyaux est de 14.
La figure neuf montre le résultat d’optimisation pour le paramètre de structure concernant le nombre de trous dans les tuyaux du milieu. À partir de là, nous pouvons voir que la valeur minimale est obtenue lorsque le nombre de trous dans les tuyaux du milieu est de 14. La figure 10 montre le résultat d’optimisation pour le paramètre structurel concernant le nombre de chaque incrément du tuyau intérieur vers l’extérieur.
À partir de là, nous pouvons voir que la valeur minimale est obtenue lorsque le nombre de chaque incrément de l’intérieur vers l’extérieur du tuyau est de quatre. L’analyse ci-dessus montre que la combinaison optimale est le tuyau numéro 14, le trou numéro 14, le numéro cumulatif quatre. Pour confirmer l’exactitude, le cas optimal a été analysé.
Les figures quatre et 11 montrent la rationalisation du modèle de référence par rapport au modèle optimisé. Les figures six et 12 montrent la distribution de la vitesse d’écoulement à l’intérieur du modèle de référence par rapport au modèle optimisé. Le tableau trois montre la comparaison entre le modèle d’optimisation et le modèle de référence.
On peut voir que l’écart type calculé par le modèle optimisé est inférieur à l’écart type du modèle de référence. Le tableau quatre montre l’augmentation du nombre de trous de quatre à six, avec peu de changement dans l’écart-type. Dans cet article, l’environnement interne de la boîte ventilée est amélioré en optimisant sa structure, et la qualité de son environnement interne est mesurée par l’écart type.
Plus l’écart type est petit, plus le flux d’air à l’intérieur de la boîte ventilée est raisonnable, ce qui indique que la méthode d’optimisation adoptée dans ce travail est efficace et réalisable.
