Progettazione e strategie di ottimizzazione di una scatola ventilata ad alte prestazioni

Questo studio mira a risolvere i problemi di caos del flusso d'aria e le scarse prestazioni nella scatola ventilata causate dalla distribuzione irragionevole del flusso d'aria attraverso la progettazione della struttura interna della scatola ventilata sulla premessa di un consumo energetico costante. È stato stabilito un metodo di ottimizzazione efficiente ed economico considerando le prestazioni della scatola ventilata e può essere facilmente utilizzato per prolungare il tempo di conservazione degli alimenti freschi. L'obiettivo di questo studio è quello di progettare e ottimizzare una scatola ventilata ad alte prestazioni contenente array di tubi con fori a zig-zag.

Ci sono due prese d'aria di uguali dimensioni poste parallelamente ai lati sinistro e destro della scatola ventilata, e una presa è stata impostata sul lato superiore della scatola ventilata. Il modello di riferimento ha 10 tubi. I due tubi centrali hanno rispettivamente 10 fori, che sono sfalsati attraverso i tubi.

Il numero di fori dal centro al tubo esterno viene aumentato di due alla volta. Considerando gli array di tubi, la metà inferiore tridimensionale e la metà superiore dei modelli di scatola ventilata vengono stabilite utilizzando software tridimensionale e salvandoli come file XT. Eseguire il software di simulazione e trascinare il componente mesh dai sistemi dei componenti alla finestra dello schema del progetto.

Assegnalo come in basso. Fate clic con il pulsante destro del mouse sulla geometria e scegliete Sfoglia per importare il file XT inferiore. Fate clic con il pulsante destro del mouse su geometria (geometry) e scegliete nuova geometria del modellatore di progettazione per accedere alla finestra del modellatore di progettazione mesh.

Fate clic su Genera (Generate) per visualizzare il modello inferiore. Fate clic con il pulsante destro del mouse sulla superficie superiore e scegliete la selezione denominata per rinominarla come Upper scatola ventilata. Selezionare i corpi del filtro di selezione.

Fare clic con il pulsante destro del mouse sul modello inferiore per selezionare la selezione denominata e rinominarla con il fondo. Selezionare le facce del filtro di selezione e passare dalla modalità di selezione alla selezione della casella. Selezionate tutte le superfici interne e fate clic con il pulsante destro del mouse per selezionare la selezione denominata e rinominarla come superfici interne esterne, definite come interfacce mesh in un secondo momento.

Tornare alla finestra iniziale. Fare doppio clic sulla trama inferiore. Entra nella finestra di meshing.

Cambia la preferenza fisica da meccanica a CFD. Fate clic sull'aggiornamento per generare il modello di mesh. Tornare alla finestra iniziale.

Trascinare il componente mesh dai sistemi di componenti alla finestra dello schema del progetto. Assegnalo come superiore. Fate clic con il pulsante destro del mouse sulla geometria e scegliete Sfoglia per importare il file XT superiore.

Fate clic con il pulsante destro del mouse su geometria (geometry) e scegliete nuova geometria del modellatore di progettazione per accedere alla finestra del modellatore di progettazione mesh. Fare clic su Genera per visualizzare il modello principale. Fare clic con il pulsante destro del mouse sulla superficie inferiore e scegliere la selezione denominata per rinominarla come casella ventilata inferiore.

Selezionare i corpi del filtro di selezione. Fare clic con il pulsante destro del mouse sul modello superiore per selezionare la selezione denominata e rinominarla come superiore. Selezionare le facce del filtro di selezione.

Fate clic con il pulsante destro del mouse sulla superficie superiore e fate clic sulla selezione denominata per rinominarla come presa. Tornare alla finestra iniziale. Fare doppio clic sulla mesh superiore.

Entra nella finestra di meshing. Cambia la preferenza fisica da meccanica a CFD. Fare clic con il pulsante destro del mouse sulla mesh per selezionare il ridimensionamento nell'inserto.

Selezionare i corpi del filtro di selezione. Selezionare il modello superiore e i primi 18 in termini di dimensioni dell'elemento. Fai clic su Aggiorna.

Tornare alla finestra iniziale. Trascinare il componente mesh dai sistemi di componenti alla finestra dello schema del progetto. Denominalo come pipe.

Importate il file XT della tubazione facendo clic su geometria. Entra nella finestra del modellatore di mesh design. Il modello di tubazione viene nuovamente visualizzato facendo clic su Genera (generate).

Selezionate le due facce terminali del tubo ed etichettatele come ingresso uno e ingresso due. La selezione del tubo per corpo è etichettata come tubo. Tutte le superfici interne selezionate dalla casella sono etichettate come superfici interne interne, definite come interfacce mesh in seguito.

Tornare alla finestra iniziale. Fare doppio clic sulla mesh del tubo. Entra nella finestra di meshing.

Cambia la preferenza fisica da meccanica a CFD. Il modello di mesh può essere generato facendo clic su Aggiorna. Tornare alla finestra iniziale.

Trascinare il componente di simulazione nella finestra dello schema del progetto. Collegare tre componenti mesh al componente di simulazione e aggiornare per entrare. Verificate la qualità del modello di mesh.

Controlla se la mesh ha un volume negativo. Selezionare costante, fattore di rilassamento, residuo e fattore di scala temporale. Selezionare i valori predefiniti.

Accedere all'interfaccia di impostazione del modello viscoso per selezionare il modello K-epsilon. Impostare il materiale dell'aria. Modificare il tipo di zona cellulare in fluido.

Convertite il tipo di scatola ventilata superiore, scatola ventilata inferiore, superfici interne esterne e superfici interne interne da parete predefinita a interfaccia. Aprire le interfacce mesh e accedere alla finestra crea/modifica interfacce mesh. Abbinare le superfici interne esterne alle superfici interne interne.

Abbinare la scatola ventilata superiore alla scatola ventilata inferiore. Infine, le due interfacce mesh vengono create rispettivamente tra la scatola ventilata e denominate interfaccia uno e interfaccia due. Impostare la velocità del flusso d'aria di tutti gli ingressi come 8,9525 metri al secondo nella finestra di ingresso della velocità.

Impostare la pressione manometrica dell'uscita su zero nella finestra di uscita della pressione. Impostare lo stile dell'inizializzazione della soluzione come inizializzazione standard prima dell'inizializzazione. Impostare il numero di iterazioni su 2000.

Fare clic su Calcola per avviare la simulazione e tornare alla finestra iniziale fino al termine della simulazione. Fare clic sui risultati. Entra nella finestra del post CFD.

Fare clic sull'icona di semplificazione nella casella degli strumenti. Selezionare la presa in partenza e indietro nella direzione. Fare clic su Applica per generare il diagramma di flusso interno della scatola ventilata.

Fare clic sul piano nella posizione. Selezionare il piano ZX nel metodo e immettere il valore 0.6. Fate clic su Applica (Apply) per generare il piano a 0,6 metri dalla superficie inferiore.

Fare clic sull'icona del contorno nella casella degli strumenti. Selezionare il piano uno nelle posizioni. Selezionare la velocità in variabile.

Selezionare locale nell'intervallo. Fate clic su Applica (Apply) per generare il contorno di velocità. Esportare i dati di portata per il piano generato sopra.

Acquisire la deviazione standard della portata in Excel. Eseguire il software di analisi statistica. Fare clic su dati e fare clic su Genera in progettazione ortogonale.

Immettete il numero di pipe nel nome del fattore e l'etichetta A nel fattore. Fate clic su aggiungi e definisci valori per impostare quattro livelli per il numero di tubazioni. Fare clic su Continua e tornare alla finestra Genera progettazione ortogonale.

Immettete il numero del foro nel nome del fattore e B nell'etichetta del fattore. Fate clic su Aggiungi e definisci valori per impostare quattro livelli per il numero di fori. Fare clic su Continua e tornare alla finestra Genera progettazione ortogonale.

Immettere il numero cumulativo nel nome del fattore e C nell'etichetta del fattore. Fare clic su Aggiungi e definisci valori per impostare quattro livelli per il numero di incrementi. Fare clic su Continua e creare un nuovo file di dati per generare 16 campioni di matrici.

Fare clic sulla vista variabile per selezionare la misura nominale e l'input nel ruolo. Rinominalo come deviazione standard per 100.000. Ripetere i passaggi da 1.1 a 2.5 con i punti di esempio precedenti.

Le 16 deviazioni standard risultanti moltiplicate per 100.000 vengono compilate nell'elenco dei campioni per un'ottimizzazione successiva. Fare clic su Analizza e fare clic su Univariata nel modello lineare generale. Riempire i tempi di deviazione standard 100.000 in variabile dipendente e numero di tubo di riempimento, numero di fori, numero cumulativo, in fattori fissi.

Fare clic su termini modello e compilazione. Cambia l'interazione in effetti principali. Riempite A, B, C nel modello.

Fare clic su Continua e tornare alla finestra univariata. Fare clic su EM significa e riempire A, B, C in display significa per. Fare clic su Continua e tornare alla finestra univariata.

Fare clic su OK e ottenere il risultato dell'ottimizzazione. Il valore minimo della colonna media nella tabella corrisponde alla variabile ottimale. Fare doppio clic sul tavolo.

Entrare nella finestra della tabella pivot. Fare clic su modifica e fare clic sulla barra in crea grafico per generare l'istogramma. Come mostrato nella figura quattro e nella figura cinque, la linea di scorrimento della scatola ventilata successiva è ancora più disordinata di quella della prima, a causa della struttura interna della scatola ventilata.

Come mostrato nella figura sei e nella figura sette, la portata all'interno della scatola ventilata, che è uno dei modelli utilizzati per l'analisi della sensibilità, è più irregolare. Per comprendere la distribuzione della linea di flusso all'interno della scatola ventilata in modo più intuitivo, la deviazione standard viene calcolata con questa formula. La tabella uno mostra la deviazione standard delle portate per i 10 gruppi della scatola ventilata utilizzata per l'analisi di sensibilità.

Una grande deviazione standard rappresenta una grande differenza tra la maggior parte delle portate e la loro portata media. Pertanto, si può vedere che la modifica della struttura interna della scatola ventilata può cambiare il suo flusso interno e rende la linea più ragionevole. Quando si progetta l'esperimento ortogonale, ci sono tre variabili di progettazione in questo articolo.

Ognuna di queste tre variabili ha quattro livelli. Come mostrato nella tabella, 16 gruppi di punti di progettazione sperimentale sono stati ottenuti mediante progettazione sperimentale ortogonale. Vengono calcolate le deviazioni standard.

Alla fine, il metodo di analisi dell'intervallo viene utilizzato come metodo di ottimizzazione per trovare la combinazione ottimale dei parametri della struttura. La figura otto mostra il risultato dell'ottimizzazione per il parametro strutturale relativo al numero di tubi. Da questo, possiamo vedere che il valore minimo si ottiene quando il numero di tubi è 14.

La Figura nove mostra il risultato dell'ottimizzazione per il parametro di struttura relativo al numero di fori nei tubi centrali. Da questo, possiamo vedere che il valore minimo si ottiene quando il numero di fori nei tubi centrali è 14. La Figura 10 mostra il risultato dell'ottimizzazione per il parametro strutturale relativo al numero di ciascun incremento dall'interno al tubo esterno.

Da questo, possiamo vedere che il valore minimo si ottiene quando il numero di ogni incremento dall'interno al tubo esterno è quattro. L'analisi di cui sopra mostra che la combinazione ottimale è il tubo numero 14, il foro numero 14, il numero cumulativo quattro. Per confermare l'accuratezza, è stato analizzato il caso ottimale.

Le figure quattro e 11 mostrano la razionalizzazione del modello di riferimento rispetto al modello ottimizzato. Le figure sei e 12 mostrano la distribuzione della velocità del flusso all'interno del modello di riferimento rispetto al modello ottimizzato. La terza tabella mostra il confronto tra il modello di ottimizzazione e il modello di riferimento.

Si può vedere che la deviazione standard calcolata dal modello ottimizzato è inferiore rispetto alla deviazione standard del modello di riferimento. La tabella quattro mostra l'aumento del numero di fori da quattro a sei, con poche variazioni nella deviazione standard. In questo documento, l'ambiente interno della scatola ventilata viene migliorato ottimizzando la sua struttura e la qualità del suo ambiente interno viene misurata dalla deviazione standard.

Minore è la deviazione standard, più ragionevole è il flusso d'aria all'interno della scatola ventilata, il che indica che il metodo di ottimizzazione adottato in questo lavoro è efficace e fattibile.