Estratégias de Projeto e Otimização de uma Caixa Ventilada de Alto Desempenho

Este estudo visa resolver os problemas do caos do fluxo de ar e do baixo desempenho na caixa ventilada causados pela distribuição irracional do fluxo de ar através do projeto da estrutura interna da caixa ventilada na premissa de consumo constante de energia. Um método eficiente e econômico de otimização considerando o desempenho da caixa ventilada foi estabelecido e pode ser prontamente utilizado para estender o tempo de armazenamento de alimentos frescos. O objetivo deste estudo é projetar e otimizar uma caixa ventilada de alto desempenho contendo matrizes de tubos com furos em zigue-zague.

Há duas entradas de ar de tamanho igual definidas paralelamente nos lados esquerdo e direito da caixa ventilada, e uma saída foi definida no lado superior da caixa ventilada. O modelo de referência tem 10 tubos. Os dois tubos do meio têm 10 furos respectivamente, que são escalonados através dos tubos.

O número de furos do meio para o tubo externo é aumentado em dois de cada vez. Considerando as matrizes de tubos, a metade inferior tridimensional e a metade superior dos modelos de caixa ventilada são estabelecidas usando software tridimensional e salvando-os como arquivos XT. Execute o software de simulação e arraste o componente de malha dos sistemas componentes para a janela esquemática do projeto.

Nomeie-o como inferior. Clique com o botão direito do mouse em geometria e clique em procurar para importar o arquivo XT inferior. Clique com o botão direito do mouse em geometria e clique em nova geometria do modelador de design para entrar na janela do modelador de design de malha.

Clique em gerar para exibir o modelo inferior. Clique com o botão direito do mouse na superfície superior e clique na seleção nomeada para renomeá-la como Vented Box Upper. Selecione os corpos do filtro de seleção.

Clique com o botão direito do mouse no modelo inferior para selecionar a seleção nomeada e renomeá-la como parte inferior. Selecione as faces do filtro de seleção e alterne o modo de seleção para a caixa selecionar. Selecione todas as superfícies internas e clique com o botão direito do mouse para selecionar a seleção nomeada e renomeá-la como superfícies internas externas, definidas como interfaces de malha posteriormente.

Retorne à janela inicial. Clique duas vezes na malha da parte inferior. Entre na janela de malha.

Mude a preferência física de mecânica para CFD. Clique na atualização para gerar o modelo de malha. Retorne à janela inicial.

Arraste o componente de malha dos sistemas de componentes para a janela esquemática do projeto. Nomeie-o como top. Clique com o botão direito do mouse em geometria e clique em procurar para importar o arquivo XT superior.

Clique com o botão direito do mouse em geometria e clique em nova geometria do modelador de design para entrar na janela do modelador de design de malha. Clique em gerar para exibir o modelo superior. Clique com o botão direito do mouse na superfície inferior e clique na seleção nomeada para renomeá-la como caixa ventilada inferior.

Selecione os corpos do filtro de seleção. Clique com o botão direito do mouse no modelo superior para selecionar a seleção nomeada e renomeá-lo como superior. Selecione as faces do filtro de seleção.

Clique com o botão direito do mouse na superfície superior e clique na seleção nomeada para renomeá-la como saída. Retorne à janela inicial. Clique duas vezes na malha superior.

Entre na janela de malha. Mude a preferência física de mecânica para CFD. Clique com o botão direito do mouse na malha para selecionar o dimensionamento na inserção.

Selecione os corpos do filtro de seleção. Selecione o modelo superior e os 18 superiores em tamanho de elemento. Clique em atualizar.

Retorne à janela inicial. Arraste o componente de malha dos sistemas de componentes para a janela esquemática do projeto. Nomeie-o como pipe.

Importe o arquivo XT de pipe clicando em geometria. Entre na janela do modelador de design de malha. O modelo de pipe é exibido novamente clicando em gerar.

Selecione as duas faces finais do tubo e rotule-as como entrada um e entrada dois. O tubo por seleção de corpo é rotulado como tubo. Todas as superfícies internas por seleção de caixa são rotuladas como superfícies internas internas, definidas como interfaces de malha posteriormente.

Retorne à janela inicial. Clique duas vezes na malha do pipe. Entre na janela de malha.

Mude a preferência física de mecânica para CFD. O modelo de malha pode ser gerado clicando em atualizar. Retorne à janela inicial.

Arraste o componente de simulação para a janela esquemática do projeto. Vincule três componentes de malha ao componente de simulação e atualize para entrar. Verifique a qualidade do modelo de malha.

Verifique se a tela tem um volume negativo. Selecione fator estável, de relaxamento, de residualidade e de escala de tempo. Selecione os valores padrão.

Entre na interface de configuração do modelo viscoso para selecionar o modelo K-épsilon. Ajuste o material de ar. Altere o tipo de zona celular para fluido.

Converta o tipo de caixa ventilada superior, caixa ventilada inferior, superfícies internas externas e superfícies internas internas da parede padrão para a interface. Abra as interfaces de malha e entre na janela criar/editar interfaces de malha. Combine superfícies internas externas com superfícies internas internas.

Combine caixa ventilada superior para caixa ventilada inferior. Finalmente, as duas interfaces mesh são criadas entre a caixa ventilada e a interface nomeada um e a interface dois, respectivamente. Defina as velocidades de fluxo de ar de todas as entradas como 8,9525 metros por segundo na janela de entrada de velocidade.

Defina a pressão manométrica da saída como zero na janela de saída de pressão. Defina o estilo da inicialização da solução como inicialização padrão antes de inicializar. Defina o número de iterações como 2000.

Clique em calcular para iniciar a simulação e retornar à janela inicial até o final da simulação. Clique nos resultados. Entre na janela de postagem de CFD.

Clique no ícone de simplificar na caixa de ferramentas. Selecione a saída em iniciar e retroceder na direção. Clique em aplicar para gerar o diagrama de fluxo interno da caixa ventilada.

Clique no plano no local. Selecione o plano ZX no método e insira o valor 0,6. Clique em aplicar para gerar o plano a 0,6 metros da superfície inferior.

Clique no ícone de contorno na caixa de ferramentas. Selecione o plano um nos locais. Selecione a velocidade na variável.

Selecione local no intervalo. Clique em aplicar para gerar o contorno da velocidade. Exporte os dados de vazão para o plano gerado acima.

Adquira o desvio padrão da taxa de fluxo no Excel. Execute o software de análise estatística. Clique em dados e clique em gerar no design ortogonal.

Insira o número do pipe no nome do fator e A no rótulo do fator. Clique em adicionar e definir valores para definir quatro níveis para o número de pipes. Clique em continuar e voltar para a janela gerar design ortogonal.

Insira o número do buraco no nome do fator e B no rótulo do fator. Clique em adicionar e definir valores para definir quatro níveis para o número de buracos. Clique em continuar e voltar para a janela gerar design ortogonal.

Insira o número cumulativo no nome do fator e C no rótulo do fator. Clique em adicionar e definir valores para definir quatro níveis para o número de incrementos. Clique em continuar e crie um novo arquivo de dados para gerar 16 amostras de matriz.

Clique em modo de exibição variável para selecionar nominal na medida e entrada na função. Renomeie-o como desvio padrão vezes 100.000. Repita as etapas 1.1 a 2.5 com pontos de exemplo acima.

Os 16 desvios padrão resultantes multiplicados por 100.000 são preenchidos na lista de amostra para otimização posterior. Clique em analisar e clique em univariado no modelo linear geral. Preencha o desvio padrão vezes 100.000 em variável dependente e preencha o número do tubo, o número do furo, o número cumulativo, em fatores fixos.

Clique em modelar e criar termos. Altere a interação para efeitos principais. Preencha A, B, C no modelo.

Clique em continuar e voltar para a janela univariada. Clique em EM means e preencha A, B, C em display means for. Clique em continuar e voltar para a janela univariada.

Clique em OK e obtenha o resultado da otimização. O valor mínimo da coluna média na tabela corresponde à variável ótima. Clique duas vezes na tabela.

Entre na janela da tabela dinâmica. Clique em editar e clique na barra em criar gráfico para gerar o histograma. Como mostrado na figura quatro e na figura cinco, o fluxo da caixa ventilada posterior é ainda mais bagunçado do que o da primeira, devido à estrutura interna da caixa ventilada.

Como mostrado na figura seis e na figura sete, a vazão no interior da caixa ventilada, que é um dos modelos utilizados para análise de sensibilidade, é mais desigual. Para entender a distribuição simplificada dentro da caixa ventilada de forma mais intuitiva, o desvio padrão é calculado por esta fórmula. A tabela um mostra o desvio padrão das vazões para os 10 grupos da caixa ventilada utilizados para análise de sensibilidade.

Um grande desvio padrão representa uma grande diferença entre a maioria das vazões e sua vazão média. Assim, percebe-se que alterar a estrutura interna da caixa ventilada pode alterar seu fluxo interno e torna o agilizar mais razoável. Ao projetar o experimento ortogonal, há três variáveis de planejamento neste artigo.

Cada uma dessas três variáveis possui quatro níveis. Como mostrado na tabela, 16 grupos de pontos de planejamento experimental foram obtidos por planejamento experimental ortogonal. Os desvios-padrão são calculados.

No final, o método de análise de faixa é usado como o método de otimização para descobrir a combinação ótima de parâmetros de estrutura. A Figura oito mostra o resultado da otimização para o parâmetro estrutural sobre o número de tubos. A partir disso, podemos ver que o valor mínimo é obtido quando o número de tubos é 14.

A Figura nove mostra o resultado da otimização para o parâmetro estrutura sobre o número de furos nos tubos do meio. A partir disso, podemos ver que o valor mínimo é obtido quando o número de furos nos tubos do meio é 14. A Figura 10 mostra o resultado da otimização para o parâmetro estrutural sobre o número de cada incremento do tubo interno para o externo.

A partir disso, podemos ver que o valor mínimo é obtido quando o número de cada incremento do tubo interno para o externo é quatro. A análise acima mostra que a combinação ideal é o tubo número 14, o furo número 14, o número cumulativo quatro. Para confirmação da acurácia, analisou-se o caso ótimo.

As Figuras quatro e 11 mostram a racionalidade do modelo de referência versus o modelo otimizado. As Figuras seis e 12 mostram a distribuição da velocidade de fluxo dentro do modelo de referência versus o modelo otimizado. A Tabela três mostra a comparação entre o modelo de otimização e o modelo de referência.

Observa-se que o desvio padrão calculado pelo modelo otimizado é menor em relação ao desvio padrão do modelo de referência. A Tabela quatro mostra o aumento do número de furos de quatro para seis, com pouca alteração no desvio padrão. Neste trabalho, o ambiente interno da caixa ventilada é melhorado otimizando sua estrutura, e a qualidade de seu ambiente interno é medida por desvio padrão.

Quanto menor o desvio padrão, mais razoável é o fluxo de ar no interior da caixa ventilada, o que indica que o método de otimização adotado neste trabalho é efetivo e viável.