气流控制论文

气流控制论文（精选12篇）

气流控制论文篇1

摘要：介绍一种简单灵活且有效的气流温度控制方法,该方法具有简单实用的特点。该温控系统中,处于控制下的气流可以对物体进行有规律的加热,温度控制方法是通过PC机向作为其下位机的单片机发送温度控制指令来实现。此方法可应用于工业控制的多个方面,还可用到其他要求循环温度控制的场合。阐述了控制系统组成、控制原理、数据通信等,给出了解决相关问题的具体方法。

关键词：气流温度控制,温度测量,可控硅

0 引言

温度控制在工农业生产中应用非常广泛,比如粉末冶金烧结炉炉温、制造装配车间室温和暖风机热风温度等的控制,但是,这类温度控制几乎都要求将温度限制在某一定点即可。另外,在某些生化反应或生物检测方面,要求作用对象的温度能按一定规律变化,从而产生某些反应,比如PCR(基因扩增仪)检测等。

本文介绍一种气流的温度控制方法,它具有简单实用的特点。该温控系统中,处于控制下的气流可以对物体进行有规律的加热,这种智能化的温度控制方法是通过PC机向作为其下位机的单片机发送温度控制指令来实现的。

1 系统组成及控制原理

图1所示是温度控制系统示意图。

该系统的控制部分由PC机、单片机控制模块和可控硅控制模块组成。PC机主要用来向单片机控制模块发送温度控制指令和进行温度控制模式的管理。单片机控制模块有两个作用:精确测量气流当前温度;根据PC机发送的温度控制指令向可控硅控制模块发送基本控制信号。可控硅控制模块根据单片机控制模块输入的基本控制信号控制工作部件的瞬时功率。工作部件可以用电热丝、电热片等加热部件。冷空气流通过功率按照一定规律变化的工作部件就会产生不同温度的热气流,从而实现温度控制。

1.1 单片机控制模块

单片机控制模块示意图如图2所示。

控制该模块的中心元件是单片机89C51,它作为控制系统的下位机主要负责接收和执行PC机发送的温度控制指令。测量温度的传感器采用K型热电偶,因为它有比热电阻更快的相应速度。

图2中的JH/11是MESCON公司的一种温度变送模块,它具有良好的电压放大线性度和一定的抗干扰功能,此外,JH/11还可以进行热电偶冷端补偿和调整温度测量的范围。在这种情况下使用JH/11,只要将它输出的与温度有线性关系的电流信号转换为电压信号即可。AD574是12位A/D转换芯片,有较高的转换精度和速度,用来转换JH/11输出的模拟电压。MAX7837是MAXIM公司的一种2通道的12位A/D转换芯片,在这里用来输出与气流温度成正比的电压信号以及由PC机决定的温度控制参考电压信号。MAX232是用来将89C51和PC机之间的串行通信数据在TTL电平与RS-232电平之间进行转换。PID模块用来进行PID控制,其中比例、积分和微分常数都可以根据控制情况进行调整。

图2中,a为对应于当前气流温度的模拟电压信号u(t)(约1.0 V～5.0 V),b为12位A/D转换后的数据,c为89C51发送和接收的串行数据(TTL电平),d为89C51发送用来进行A/D转换的12位数据,e为PC机发送和接收的串行数据(RS-232电平),f为送往PID模块的气流温度电压信号U(t),g为送往PID模块的温度控制参考电压信号UF(0 V～5.0 V),h为输入可控硅控制模块的PID控制信号E(t)。

单片机控制模块的温度测量是这样进行的:89C51通过AD574测量JH/11输出的电压,再在单片机软件中进行温度标定,然后向MAX7837发送对应温度的12位转换数据,经过MAX7837一个A/D转换通道向PID模块输出温度标准电压信号。根据PC机温度控制指令温度数值的大小,89C51向MAX7837发送对应参考温度的12位转换数据,经过MAX7837另一个A/D转换通道向PID模块输出温度参考电压信号。

1.2 可控硅控制模块

可控硅控制模块如图3所示。该模块包括可控硅、过零检测电路及可控硅导通角控制电路等。

将220 V、50 Hz的交流电压经过单向全波整流以后成为电热片的工作电压u1(t),波形如图4所示。它加在可控硅两端的同时,还送入过零检测电路进行过零检测。过零检测的作用是当u1(t)接近0 V时就开始一个工作电压周期内导通角α的控制。

可控硅输出的实际加在电热片两端的电压u2(t)波形见图4。导通角α1、α2、α3等的大小与PID模块输入的控制信号E(t)有关。工作电压u1(t)某周期开始时,若E(t)小于0,即实际气流温度高于控制温度,此时U(t)>UF,导通角α为0,可控硅在该电压周期内不导通。若E(t)不小于0,即实际气流温度低于控制温度,导通角的大小与E(t)成反比,如果温度偏差比较大,则该电压周期内可控硅很早导通,否则可控硅迟一点导通。在单片机控制模块中,只要给定某一参考电压,利用这个原理,通过可控硅控制模块就能控制气流达到某一定点温度。在这里,气流温度误差与PID模块的比例、积分和微分参数选择密切相关。

2 数据通信

温控系统的软件分为PC机软件和单片机软件两部分。PC机软件可用来控制指令的发送和相关数据的接收,单片机软件负责测量温度和温度控制指令的执行。PC机软件用Visual Basic 6.0编写,其中还有一个温度模式数据库,在其中可以设定定点温度以及维持该温度的时间,即制定温度控制模式,在此基础上可以实现温度周期的循环控制。

PC机发送的温度控制指令都是采用8字节的定长指令,因为在一个简单的系统中,无论数据发送和接收都比较容易处理。指令字节都是ASCII字符,其中第8字节是校验字节,它是前7字节之和除以128的余数(可视为ASCII码)。通信方式是:1个开始位、8个数据位及1个停止位,波特率4 800 bit/s。

2.1 PC机数据的发送和接收

PC机和单片机数据的通信通过一个控件MSComm实现,数据传送以事件OnComm驱动。

PC机软件中有关通信数据变量的定义如下:

当PC机接收到单片机发送的完整8位数据时,通过input属性一次性读入,然后判断数据的有效性;PC机发送指令时,通过output属性向串口写发送数组的第1字节,其余7字节就在随后产生的发送事件中全部输出。

2.2 单片机数据的发送和接收

单片机数据的发送和接收均以中断方式进行,这样才能达到指令的随即响应。在中断处理程序中,单片机将接收到的正确指令放在命令数组中,然后在主程序中执行相应命令和清空该命令。根据单片机内部RAM的使用情况合理安排几个命令数组,按收到命令的先后顺序存放其中,再在主程序中依次执行。

单片机中断处理的C51程序如下:

单片机主程序是一个大的循环结构,当主程序执行完当前的命令后,判断命令数组,如果还有命令存在,则继续执行,否则便进入循环等待状态,等待串口中断程序中指令的输入。

2.3 数据通信出错处理

由于通信的每一帧数据字节很少,因此,在数据通信过程中出错的概率较小,但毕竟出错是不可避免的。有以下几种方式可以保证数据通信的正确性。

a) 数据校验。PC机与单片机通信的每一帧数据最后一个字节都是校验字节,校验如前所述。如果某帧数据校验出错,则该帧数据无效,整体抛弃。

b) 限时接收数据。为了防止数据通信过程中出现字节丢失的情况,采用接收数据过程限时的方式。假如要接收的一帧数据为8字节,采用的通信方式如前所述,则可以限时30 ms,从开始接收的第1字节开始计时,如果经过了30 ms还没有收到完整的8个字节,则已接收的数据无效,清空接收缓存。

c) 数据发送回馈。为了使上位机发送的指令能在下位机得以确定地执行,每一特定的指令都设有相应的回馈数据。当PC机发送一条温度控制指令时,如果数据传送出错,则单片机不会返回对应于该指令的回馈数据,由此可以确定下位机是否收到了相应的指令。在一定的时段内,如果PC机没有接收到所发指令对应的回馈数据时,PC机可以重发该指令,如果重复3次以上,还不能接收到正常的反馈数据,则认为通信出错,退出控制程序。

3 温度控制循环周期的实现

图5所示是一个三段模式的温度控制循环。图中横线上面标号表示温度值,下面标号表示时间值,即维持对应温度的时间。在开始控制这样一种温度周期循环之前,可将气流温度预热至T0;随后,温度T1、T2和T3分别为该温度周期的3个阶段。在温控系统的PC机控制软件中,温度控制模式是由模式数据库负责管理,在其中可以定义温度周期的模式,即可以系统温度控制范围内设定温度值、温度段及控制某温度的时间。在气流温度控制之前,选择一种温度控制模式,PC机就可以按照一定的规律发一系列温度指令给单片机,受控气流的温度就会按照一定的模式变化。

譬如要气流控制温度为T0,PC机首先发控制温度为T0的指令给单片机,单片机在测量实际温度的同时,输出对应于温度T0的参考电压UF给PID模块,达到一定的动态平衡之后,气流的温度在一定的误差范围内可以认为是T0。温度周期的实现都是通过发这样一系列温控指令实现的,PC控制软件也能适时读取当前的气流温度值,并绘制出温度曲线图。

4 结束语

本文介绍的温度控制系统可以应用于工业控制的多个方面,还可以用到其他要求循环温度控制的场合。这种温控方式除了可以控制气流温度、通过改变温度测量传感器的类型及电热片的功率,还可以用来控制液体的温度等。选择相应的PID模块的比例、积分和微分参数,可以达到不同层次的温度控制精度。该温控系统已经应用于一种PCR系统中,实践证明该系统是有效的。

参考文献

[1]黄俊等.电力电子变流技术[M].北京:机械工业出版社,1999.

[2]张志良.单片机原理与控制技术[M].北京:机械工业出版社,2005.

[3]陶永华,等.新型PID控制及其控制[M].北京:机械工业出版社,1998.

气流控制论文篇2

借助流场计算软件PHOENICS,对单元住宅室内的`气流在夏季工况条件下进行三维模拟计算.考虑了外界气温和太阳辐射等因素对室内气流的影响,得到室内气流的速度矢量和温度等参数的分布.依据供暖、通风和空气调节在夏季工况下的标准,对室内的气流温度、气流速度做出评判.通过算例验证了数值模拟的可信性.

作者：刘欧子胡欲立刘训谦作者单位：西北工业大学,陕西西安,710072 刊名：空气动力学学报 ISTIC EI PKU英文刊名：ACTA AERODYNAMICA SINICA 年，卷(期)： 20(2) 分类号：O351 O357.5 关键词：速度矢量温度场湍流模型数值模拟

怪异的气流篇3

8000米……5000米……3000米……飞机离地面越来越近。完啦！瞬间就要机毁人亡，驾驶员绝望地闭上了眼睛，客舱里哭爹喊娘，乱成一团。

就在飞机下降到距地面只有1000多米的时候，奇迹出现了。一股强大的气流自下而上滚滚涌起来，稳稳地托住了机体，使它像直升机一样定格在半空中。

这股气流源源不断，一直持续了约有两个多钟头。机组人员欣喜若狂，抓住这有利时机进行抢修，故障排除。气流突然变得一阵猛烈，一下子把飞机送上了万米高空。最后，飞机化险为夷，安全降落目的地，除了一名日本商人吓得尿裤子，没有造成任何大的损失。

为什么会出现这样的奇迹？这股怪异的气流是怎样形成的呢？

有关部门一路追查，找到了气流形成的地点——忽悠县太虚乡，准确定位在乡政府大院会议室，气流中心发生器是在乡政府楼上架设的四个250瓦的高音大喇叭，辅助的是与其相匹配的送往千家万户的小喇叭。

“当时会议室在开会么？”调查人员问。

“是的。在开全乡一年一度的工作总结大会。”乡秘书回答。

“上午9点到11点18分这段时间进行的是什么内容？”

秘书翻了下会议记录：“这期间是我们崔大牛乡长在作报告，回顾全年的工作成绩。”

“11点18分到28分是什么内容？”调查人员又问。

“崔乡长讲完话，全场鼓掌10分钟。”

调查人员心里有了点谱儿，原来那股托住飞机的气流是崔大牛乡长吹牛促成的，而后把飞机送上高空的强猛气流则生成于大家的鼓掌欢呼。

调查组回去一汇报，民航局领导顿时紧张起来，立即指示：“马上改变航线！绕开太虚乡。”

“为什么？”下属们不解。

气流控制论文篇4

为了改善淀粉的性能、扩大其应用范围,在天然淀粉的基础上利用物理、化学或酶法处理,在淀粉分子上引入新的官能团或改变淀粉分子大小和颗粒性质改变其天然特性,得到变性淀粉。将改性后的淀粉添加到食品或者工业制品中,能使最终产品有更好的性能[1]。

变性淀粉的种类有很多,应用也不尽相同。其主要应用领域包括:食品工业、造纸工业、纺织工业以及医药等。目前,全世界变性淀粉年产量500万t左右,主要集中在北美和欧洲[2]。我国变性淀粉的开发和生产起步相比发达国家较晚[3]。因此,研究变性淀粉及相关的干燥技术意义重大。

1 淀粉气流干燥工艺简介

变性淀粉的干燥工艺非常复杂,不同种类和特性的淀粉,有多种不同的干燥方式,如气流干燥法、喷雾干燥法及滚筒干燥法等。笔者主要研究气流干燥系统,气流干燥法主要用于干燥处于潮湿状态但仍能在气体中自由流动的颗粒物料[4]。这种方法的主要优点是:干燥速度快、效率高、设备结构简单,适用于大量生产,缺点是能量消耗比较多[5]。

图1为变性淀粉气流干燥工艺流程图。其工作原理是首先将淀粉浆料通过泵注入板框压滤机中进行压滤脱水,通过板框压滤机将淀粉浆料脱水至饼状,并卸料至混料箱中,混料箱的主要作用是作为湿饼淀粉的暂存箱,同时将湿饼打碎,以便于后端的干燥。打碎后的淀粉经过螺旋输送器送至抛料器,再由抛料器送入气流干燥系统的直立管中。而空气由送风机经过加热吹入干燥直立管,湿淀粉在直管内加速上升的过程中被热空气干燥,然后干燥的物料通过末端的旋风分离器收集,废气通过洗涤塔由排气管的上端排出。

该过程中板框式压滤脱水是批次型的工艺,而气流干燥是连续型的工艺,它们之间通过混料箱来实现连接和缓冲。现有的工艺情况是:板框压滤机的压滤速度主要取决于上游淀粉浆料的性质和压滤机自身的参数设定,而气流干燥的生产速度主要由人工控制,操作人员依据经验来设定一个干燥抛料速度,即螺旋输送器的运转速度(干燥速度设定过大会使压滤脱水速度跟不上干燥速度,造成干燥速度的被迫再调整降低,引起干燥系统和成品淀粉水分含量波动,影响产品质量;而干燥速度设定的太低又会浪费生产线产能)。因此,在获取合理的压滤脱水段生产速率,并据此自动设定气流干燥环节的干燥速度,控制干燥阶段的成品水分,从而实现在保证产品质量稳定的前提下使生产线产能最大化是目前亟待解决的问题。

2 压滤及干燥系统分析

2.1 压滤脱水环节的速率测算

笔者通过测算压滤脱水环节的生产速率,建立板框压滤速率与气流干燥速率的关联模型来优化气流干燥环节的速率控制。具体的方法是利用混料箱内的料位变化(图2)来估算压滤速率和气流干燥速率。混料箱下部安装了一个台秤,可将混料箱内的物料重量实时传送给控制系统。

由于压滤机按批次方式工作,气流干燥为连续过程,因此,需要计算的量包括压滤机平均每批的运行时间Tav和气流干燥的干燥速率(即螺旋输送器的给料速率)V。已知量包括压滤机实际每批的运行时间T1(包括压滤时间和卸料时间),混料箱内的料位为Q(t)。

设最近一次压滤机运行时间为T1,为了考虑时间的权重,设定的公式为:

Tav=0.66Tav+0.34T1 (1)

相当于在压滤机每压滤完一个批次就重新测算一下压滤机每批次平均运行时间。而气流干燥的干燥速率为:

V=[Q(t)-Q(t+Δt)]/Δt (2)

该干燥速率是随着干燥系统的运行实时计算的。

定义一个混料箱的料位Q1,且令Q(0)=Q1。当Q(0)=Q1时,压滤机开始往混料箱卸料,卸料时间相对于压滤机每个批次的运行时间来说极短,卸完料后混料箱的料位增长至Q2。而与此同时,干燥过程也在运行。那么,当压滤机下一次卸料的时候,混料箱的料位重新回到Q1,则可以认为干燥的速率匹配了上游压滤的速率,即:

V=[Q(t)-Q1]/(Tav-t) (3)

干燥系统运行中不断的据此公式调整给料速率,使干燥速率尽可能与压滤脱水速率匹配。

2.2 气流干燥环节的水分及速度控制

在淀粉气流干燥工艺中,需要控制的最主要指标是最终干燥出来的成品淀粉含水率,由于现在还没有十分可靠的在线快速测定产品含水率的方法,笔者采用通过检测干燥环出口尾气温度的方法来估算成品淀粉中的水分,因此,控制指标是干燥环出口的尾气温度To[6]。而尾气温度To主要受控于进气温度Ti(即干燥器进口端的燃气阀开度P)和螺旋输送器的运行频率F(即抛料速度)。下面分别用两个图来说明优化前、后的控制逻辑。

图3为优化前的气流干燥PID控制逻辑,尾气温度完全由进气燃气阀的开度P来决定,而进料螺旋的速度F不参与到控制中。为了控制尾气温度,操作人员需要输入一个尾气温度设定值To(SP),然后系统根据该设定值和To(PV)的差来调节进气燃气阀的开度,使得To(PV)尽量稳定在To(SP)附近。进料螺旋速度则完全由人工控制,如果进料螺旋速度调整的速度过快,则容易造成尾气温度的波动,影响成品的水分控制。

图4为经过优化后的气流干燥PID控制逻辑,其中f[V-V(t)]的作用是计算期望干燥速度与实际干燥速度的差值,并做一定的量纲转换,将得到的结果作为PID3的一部分输入。为了在保证尾气温度控制的前提下实现对进料螺旋速度的控制,笔者重新设计了由3个PID模块组成的控制回路。

在优化后的控制逻辑中,通过PID1把尾气温度的控制转化成进气温度的控制;进气温度控制通过PID2模块,由燃气阀的开度P来调节;最后,PID3模块用来自动调节进料螺旋速度,它的原理是在PID3的输入端,设计差值函数作为PID3的输入,这个函数综合考虑了进气温度和期望抛料速度对进料螺旋速率F的控制,当实际进气温度Ti(PV)偏离设定进气温度Ti(SP)或实际抛料速度V(t)偏离期望抛料速度V时,系统都会通过调整进料螺旋速率来平衡尾气温度。而进气温度和抛料速度之间的权重关系可以通过f函数来调节。

e3(t)=Ti(PV)-{Ti(SP)+f[V-V(t)]} (4)

3 控制方案的实现

这里所有控制方案的实现都是基于Emerson公司的DeltaV平台。笔者编写了多个模块来实现整体的功能。图5所示模块是用来通过预估压滤机的压滤速度,进而计算出一个期望抛料速度V指导下游的干燥速度。

图6所示模块是将之前算出的期望抛料速度V做量纲转换,求出f[V-V(t)]并输出给下游干燥环节的PID3模块,用于进料螺旋速度F的调整。

在系统投用后,笔者做了大量的对比试验以验证新系统的性能。考察的指标为干燥尾气温度波动和干燥速度变化。具体的实验条件是:对同一种产品,将尾气温度设定值固定在59.8℃,分别采用优化前、后的系统进行淀粉的脱水干燥,然后监控干燥系统的尾气温度T0(PV)和进料螺旋速度F,其中采样频率为1min/次,得到的结果如图7所示。

图8、9分别为优化前、后干燥尾气温度的采样汇总,优化前、后尾气温度控制均值为60.056、59.851℃,标准差分别为1.560、0.739℃。虽然系统在优化前、后对尾气温度控制的稳态误差无大的差别,控制均值都较接近设定值59.800℃,但从标准差可见,优化后系统尾气温度波动明显变小,这说明优化后干燥系统对尾气温度控制的稳定性显著提升。

图10是分别采用优化前、后的系统进行脱水干燥时抛料速度的变化,可见采用优化后的系统时,抛料速度有较大幅度的提升。采用原系统时,操作人员为了保证系统的稳定性,往往会将干燥抛料速度设定的比较保守;而采用优化后的系统后,系统会根据前端脱水压滤速度的变化自动的调整干燥速度,优化了整条生产线的产能。

4结束语

笔者利用在线测量并测算的方法,通过对上游压滤机压滤速度的预估来确定下游气流干燥系统的干燥速度设定,在优化整个系统产能的同时,让系统的自我调节变得更加平滑,减少了成品淀粉水分波动。经过长时间的实际运行,测算出此系统的使用使得干燥环节的产能平均提升了约15%,时可以提升产品水分的稳定性,证明了本优化算法具有很高的实用价值。

摘要：根据工作原理将变性淀粉脱水及气流干燥的工艺分成两部分来研究。通过在线预估得到淀粉压滤脱水环节的生产速率,将该速率进行适当的转换以确定下游气流干燥环节的干燥速度,并对气流干燥环节的最终成品水分和相关的尾气温度做一定程度的控制优化,使得整条生产线在优化产能的同时,提高成品含水率的稳定性和产品质量。对比试验证明了该系统相对于原系统的优越性。

关键词：优化控制,PID控制,变性淀粉,脱水干燥

参考文献

[1]洪雁,顾正彪.变性淀粉在食品工业中的应用[J].食品科技,2002,(11):44～50.

[2]刘东亚,金征宇.变性淀粉在我国应用、研究现状及发展趋势分析[J].粮食与油脂,2005,(10):7～10.

[3]Peckham B W.The First Hundred Years of Corn Rei-fining in the United States[J].Starch,2001,53,(6):257～260.

[4]金国淼.干燥设备[M].北京:化学工业出版社,2002.

[5]黄佳,桂卫华,张定华.气流干燥过程水份软测量集成建模研究[J].计算机测量与控制,2007,15(7):844～845.

气流控制论文篇5

袋式除尘器气流组织的数值模拟分析

文章通过采用流体动力学CFD软件对袋式除尘器中单元模块的除尘空间气流组织进行数值模拟分析,给出了不同位置的布袋不同高度上的`气流速度图,将模拟结果与实际工程运行情况进行对比,分析了其可靠性,为袋式除尘器的改进和设计提供了理论依据.

作者：张景霞沈恒根方爱民李瑾 ZHANG Jing-xia SHEN Heng-gen FANG Ai-min LI Jin 作者单位：张景霞,沈恒根,ZHANG Jing-xia,SHEN Heng-gen(东华大学环境科学与工程学院,上海,20)

方爱民,李瑾,FANG Ai-min,LI Jin(国电环保研究院,南京,210031)

刊名：中国环保产业英文刊名：CHINA ENVIRONMENTAL PROTECTION INDUSTRY 年，卷(期)： “”(12) 分类号：X701.2 关键词：袋式除尘器数值模拟气流组织流场

波浪气流能发电篇6

潮汐能、波浪能、潮流能等可再生能源是新能源主要形式，就单位能量密度来说，海洋能中的波浪能每平方米有数千瓦特，在相同面积内，波浪所产生的势能最高。然而开发利用波浪能的装置存在采能不足、单机输出功率小、效率低、不稳定、故障率高等缺陷。因而波浪能开发利用落后于其他新能源，始终没有形成规模化商业开发。

波浪气流能发电（专利号：201110216665.2），利用蕴藏于海洋中的再生能源波浪能，把若干个留有进出气流洞的半封闭气箱固定在一起，形成一定规模的波浪能采集群，固定或漂浮在海水中，当波浪下降时，把外面的空气，通过进气气流洞中的吸气阀吸入气箱中，当波浪上升时，把气箱中空气，通过出气气流洞中的排气阀排入管道中形成气流，把若干个管道中的气流汇流到总管中，形成强大的、稳定的气流，带动汽轮发电机运转进行发电。用半封闭气箱能把单个波浪能有效采集；用气流管道把气流汇流到一起，能把不稳定的气流有效整合成稳定而强大的气流，从而保证单机输出功率大，输出电力稳定；装置结构简单，环节少而有效，从而保证故障率低、能量转换率高。利用波浪气流能发电技术能克服其他波浪能装置的不足，它的科学突出点是：1、利用万吨水压机原理，波浪比喻成水压机的小活塞，叶轮比喻成水压机的大活塞，完全可以设计成单机兆瓦级汽轮发电机。2、利用成熟的风能发电机技术，设计波浪能汽轮发电机。3、利用空气的压缩缓冲原理，缓解力对设备直接冲击，延长使用寿命。4、利用物质大、储能大、惯性大的特性，使设备运转更加平稳。5、利用陀螺旋转的特性，减少能量的损耗。

业内专家认为，该技术在波浪能采集领域的技术方案具有创新性，该装置有效地将波浪低速往复运动转换成高速单向机械运动，波浪起到活塞作用，摩擦系数小，机械损耗小。

气流控制论文篇7

染色工艺对温度控制要求非常严格,染液的升温、保温和降温必须符合工艺要求,否则将会产生色差、缸差、着色不匀等次品。染色过程的温度控制系统的设定值是由工艺决定的温度控制曲线,随着染液温度的变化,温度对象的特性也将随之改变。显然,在某一给定值附近用传统的整定方法得到的PID控制器必然不能适应这种对象特性的变化,从而将得不到满意的控制效果[1]。

因而,本文针对染色过程温度控制系统的特殊性以及工业生产的实际需要,在分析温度对象特性的基础上,将神经网络和模糊控制相结合,取两者优点,以期达到良好的控制效果。

1 染色工艺过程

染色过程是一个比较复杂的物理化学作用的过程,一个完整的染色周期包括进布、漂白、染色、水洗、皂洗、软化和出布这七个过程。其中漂白、染色、水洗皂洗、软化的机械运动过程基本一致,不同之处在于温度和加入的助剂。气流雾化染色机在整个染色过程中,主要是控制染缸内染液执行一条温度按时间变化的工艺曲线。在工艺曲线中既有多段不同速率的升温段、降温段及多段不同时间的保温段,又有配料、加料、进水、排水等辅助工序[2]。图1所示是一个典型的分散-活性-浴法染色工艺温度控制曲线[3]。

染色过程一般采用蒸汽加热升温,冷水冷却降温的热交换方式,蒸汽和冷却水的流量由电气调节阀控制,使染液温度严格按工艺要求变化。图1所示的这一温度曲线的实现过程是先从室温开始加热,升温的速率(斜率)是1.5-2℃/min,当温度上升到80℃时保持恒温20min,然后继续升温,升温速率为1-1.5℃/min,当温度上升到130℃时再持续60min。接下来再打开冷水阀,以1.5-2℃/min的速率降温降到70℃,维持10min,最后冷却至室温[4]。

2 模糊神经控制系统

2.1 模糊控制

模糊控制系统是以模糊数学的知识为基础,采用计算机控制技术构成的一种具有反馈功能的控制系统,模糊控制系统的基本结构与原理如图2所示,模糊控制系统一般由模糊控制器、输入输出接口装置、被控对象、执行机构和传感器等五个部分组成[5],如图2所示。

2.2 BP神经网络

BP网络是一种多层前馈型神经网络,其神经元的传递函数是S型函数,它可以实现从输入到输出的任意非线性映射。由于权值的调整采用反向传播(Back Propagation)学习算法,故而称其为BP网络。

BP学习算法步骤如下[6]:

1)设置初始权系数W(0)

它是较小的随机非零值。

2)给定输入/输出样本对,计算网络的输出

设第p组样本输入:

输出:

节点i在第p组样本输入时,输出为yip。

式中,Ijp是在第p组样本输入时,节点i的第j个输入。

f(●)取可微的S型作用函数,例如:

可由输入层经隐层至输出层,求得网络输出层节点的输出。

3)计算网络的目标函数J

设Ep为在第p组样本输入时,网络的目标函数,取L2范数,则

式中,ykp(t)是第p组样本输入时,经t次权值调整后网络的输出;k是输出层第k个节点。

网络的总目标函数:

作为对网络学习状况的评价。

4)判别

若J(t)≤ε,算法结束;否则,至步骤5)。式中,ε是预先确定的,ε≥0。

5)反向传播计算

由输出层,依据J,按梯度下降法反向计算,可逐层调整权值。

3 模糊神经网络控制算法

本文将模糊控制和神经网络相结合,采用一个多层BP神经网络实现记忆模糊控制规则并进行模糊逻辑推理,将模糊逻辑控制表作为神经网络的学习样本,利用BP学习算法对网络进行离线训练,从而使用经过模糊控制集训后的BP网络实现染色温度的智能控制。

该控制方法中,BP网络输入层的节点分别对应于温度偏差和温度偏差的变化率的隶属函数中各个元素的隶属度[E(PB PM PS ZE NS NM NB),Ec(PB PM PS ZE NS NM NB)]。

设温度偏差、温度偏差率和输出温度偏差的模糊语言变量分别为:TD(temperature deviation)、TDR(temperature deviation rate)和OUT-TD(outtemperature deviation),它们的论域均为{PB PM PS ZE NS NM NB}(PB—正大,PM—正中,PS—正小,ZO—零,NS—负小,NM—负中,NB—负大)。隶属函数的论域为:{-6,-5,-4,-3,-2,-1,0,1,2,3,4,5,6}。

控制的原则是:当误差E较大时,控制量U的变化应使误差E减小为目的;当误差E较小时,应该适量减小误差。例如:当误差为正大或者正中时,如果误差变化为正,说明误差正在不断增大,为了使误差迅速减少,应将控制量迅速减少,取负大。当误差E为正而误差变化EC为负,说明系统本身已经有减少误差的趋势,为尽快消除误差E且又不超调,应取较小的控制量。例如:若误差为正大时误差的变化为负小,说明误差正在慢慢减小,应保持误差继续减小,控制量适当取负中;若此时误差变化为负中或负大时,说明误差正在快速减小,控制量不宜变化,取零[7]。

3.1 恒温控制

以温度偏差e和偏差变化率∆e作为输入,其论域范围是[-6,6]。根据e和∆e当前的值为依据来调整控制量。分别给e和∆e乘以0.6min/℃和6min/℃,将其处理为同意的论域元素。其隶属函数和模糊控制规则如表1所示。

利用模糊语言归纳手动制定控制策略,建立模糊控制器的控制规则。模糊条件语句所表示的控制规则如下(共有49条规则):

1)IF E=NB and EC=NB THEN U=PB;

2)IF E=NB and EC=NM THEN U=PB;

3)IF E=NB and EC=NS THEN U=PM;

4)IF E=NB and EC=PS THEN U=PM;

……

47)IF E=PB and EC=NM THEN U=NM;

48)IF E=PB and EC=PM THEN U=NB;

49)IF E=PB and EC=PB THEN U=NB;

由模糊推理得出控制量的隶属函数如图5所示。

这样就把控制规则转化为神经网络的输入输出,输入是TD和TDR,输出为U。令x1~x7为输入量温度偏差的模糊子集,x8~x14为输入量温度偏差变化率的模糊子集,y1~y8为输出控制量的模糊子集。由于控制规则表值有49条控制规则,每一条规则都是一对样本,共有49对样本。

3.2 仿真及结果分析

利用Matlab编写实现上述控制算法的程序,建立14个输入单元和8个输出单元的三层BP网络对数据进行训练,该神经网络结构图如图6所示。

选取不同的隐层结点数进行训练,并通过比较其相对误差的大小来确定神经网络的结构。选取的误差比较参数是均方差,均方差是各数据偏离平均数的距离(离均差)的平均数,均方差能反映一个数据集的离散程度,计算公式为:

根据表2均方差的比较结果选择隐层节点层数为16,该神经网络经过65次训练后。目标误差达到要求如图7所示。

每一个训练点对应的径向误差如下图8所示,从该图可知,当隐层节点数为16,输出层节点数为13时,每个训练点的径向误差都比较小,最大不超过1.5%,可见预测效果较好。

训练曲线与预测曲线对比如下图9所示,由该图可知,采用前面所述模糊推理规则和BP神经网络得到的预测结果曲线和目标曲线基本吻合,对温度达到了良好的控制效果。

以上是以恒温时采用模糊神经网络控制算法为例,分析了采用这种算法的具体思路和效果。升温过程和降温过程的思路与恒温过程大致相似,只需改变相应的隶属函数和模糊推理规则,同样可以得到较好的控制效果。

4 结论

本文所设计的控制算法是基于模糊神经网络的气流雾化染色机温度控制系统,该系统将人工智能中的神经网络控制技术和模糊控制技术相结合,采用闭环控制方式实现对染色过程中的温度的自动控制。其特点是:用神经网络代替传统的模糊控制器的隶属函数和权值,实现了模糊规则的自动更新。该控制系统对无法取得数学模型或数学模型相当粗糙的系统可以取得满意的控制效果;与传统的PID温度控制系统相比,该系统具有控制精度高、速度快,控制质量可靠、稳定等优点。

参考文献

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[3]郭清华,赵红英,袁利军.基于时间顺序控制的染色温度控制系统的实现[J].染整技术,2006,28(6).

[4]上海印染工业行业协会.印染手册第2版[M].北京:中国纺织出版社,2001.

[5]李士勇.模糊控制和智能控制理论与应用[M].哈尔滨:哈尔滨工业大学出版社,1990.

[6]韩力群.人工神经网络教程[M].北京:北京邮电大学出版社,2006.

[7]邓朝霞.电阻炉炉温模糊控制系统研究[J].机械与电气2006,(1):65-68.

气流控制论文篇8

采煤工作面作为煤炭开采过程中产尘量最大的作业地点, 在高瓦斯、大风量综采 (综放) 工作面粉尘浓度高达8 000 mg/m3以上[1]。国内采煤机防尘主要采用的技术手段为高压外喷雾降尘[2,3,4], 该技术对我国煤矿防尘具有重要的作用。但国内综放工作面受大采高、高风速、高产尘条件的限制, 导致高压外喷雾的降尘效果一般在60%左右。为此, 针对大采高、高风速、高产尘强度下的综放工作面采煤机的粉尘问题, 以阳煤一矿8201综放工作面为实验区, 开展了含尘气流控制及喷雾降尘技术的研究, 并利用该技术对试验工作面采煤机产尘进行综合治理。

1 试验工作面概况

1.1 工作面基本条件

阳煤一矿8201综采放顶煤工作面位于北丈八井南条带二采区的东部669 m水平, 走向长度1 520 m, 倾斜长度240.5 m, 煤层厚度6.55～8.00 m, 煤层结构0.31 (0.14) 6.75 m, 倾角3°～10°, 属于15#稳定厚煤层, WY3煤。工作面采高2.8 m, 采用MGTY400-930/3.3D型双滚筒采煤机, 供风量2 080 m3/min, 平均风速3.9 m/s。

1.2 采煤机割煤产尘特点分析

试验工作面采煤机产尘的主要特点:①采煤机割煤作业过程中, 有3种不同的产尘方式, 第1是滚筒割煤产尘, 第2是落煤冲击产尘, 第3是落煤扬尘, 其中落煤冲击产尘是治理的难点;②工作面瓦斯涌出量大, 供风量的增加导致风速较高, 实测司机位置平均风速为3.90 m/s, 最大达到5.30 m/s, 使垮塌产生的大量煤尘迅速扩散弥漫到司机位置;③采煤机割煤过程中的产尘强度极大, 测试表明, 采煤机正常割煤过程中, 司机处总粉尘浓度平均为9 418 mg/m3, 司机下风向10 m人行道位置总粉尘浓度平均为6 652 mg/m3, 工作面劳动卫生条件十分恶劣。采煤机逆风割煤产尘及含尘气流流动如图1所示。

2 采煤机含尘气流控制及喷雾降尘技术的研究

2.1 技术途径

采煤机割煤过程中采用任何单一的技术措施都难以有效降低作业空间的粉尘浓度, 只有通过多种高效控尘、降尘措施, 才能达到最大限度地降低其粉尘浓度的目的。拟采用如下的技术途径:①选择合适的高压喷嘴, 满足含尘气流控制及喷雾降尘技术的需要;②采用含尘气流控制及喷雾降尘装置与控尘帘对含尘气流进行有效的控制和引导;③采用采煤机尘源跟踪喷雾降尘系统和含尘气流控制及喷雾降尘装置对控制的含尘气流进行高效喷雾降尘。

2.2 喷嘴选型

现场试验表明, 高风速采煤工作面 (试验工作面是典型的高瓦斯、大风量工作面, 工作面风速高达4～5 m/s) , 采用常规的中、高压喷雾, 受风流影响, 喷雾雾粒的运动速度衰减很快, 喷雾的有效射程短, 没有到达尘源就迅速向下风向扩散, 不能达到应有的喷雾降尘效果。因此, 通过实验室试验, 选择2种不同类型的高压喷嘴, 该喷嘴能够在试验工作面高风速条件下, 具有较强的抗风能力、足够的有效射程及良好的雾流性能 (雾流形状、雾流水量分布、雾粒粒度分布、雾粒运动速度及雾流的荷电性) , 2种喷嘴实验室试验的结果见表1。

由表1可见, G型高压喷嘴的条件雾化角小、流量小、方向性能好、射程远, 在高风速条件下抗干扰能力强, 在4 m/s垂直干扰风速下的射程大于3 m, 水压8 MPa时在喷嘴周围能够引射产生1.3～1.5 m/s的风流, 而且喷嘴的条件雾化角、射程可以根据需要调整, 适合前、后滚筒对含尘气流引射和降尘的要求;而PZ型高压喷嘴的条件雾化角大、流量较大、雾化效果好、覆盖范围大、射程短, 在高风速条件下抗干扰能力较强, 在4 m/s垂直干扰风速下的射程大于1.5 m, 水压8 MPa时在喷嘴周围能够引射产生1.5～1.7 m/s的引射风流, 适合对控制的含尘气流进行喷雾降尘的要求。

2.3 含尘气流控制

传统的高压外喷雾采用逆风喷雾的方式, 在采煤机前端产生涡流而迫使含尘气流和喷雾向人行道扩散, 导致司机位置风速增大, 工作环境恶化 (如图2所示) 。测试数据表明, 采用这种方式可以使司机位置的平均风速由3.9 m/s增加到4.2 m/s。为了避免出现此情况, 根据现场的实际需要, 对喷嘴的安装位置、数量、布置方式及喷雾射流的方向等进行综合考虑。遵循风流的运动规律, 采用顺风喷雾控制含尘气流的技术措施, 形成控尘雾屏对风流引射和控制, 使含尘气流紧靠煤壁运动, 避免产生涡流并提高降尘效果 (如图3所示) 。测试数据表明, 司机位置的平均风速由3.9 m/s降低到3.7 m/s。

另外, 由于试验工作面煤体垮塌、冲击产尘严重, 高风速条件下含尘气流迅速到达截割电动机位置, 迅速弥漫扩散污染司机工作空间, 采用高压喷雾对这部份煤尘的处理效果有限, 必须采用其他的控尘措施来解决此问题。从现场的实际出发, 设计了如图4所示控尘帘, 通过控尘帘把含尘气流控制在截割电动机溜槽与煤壁之间较小的区域, 有效阻止煤尘的扩散并降低司机位置的风速。试验结果表明, 采用控尘帘可以使司机位置的风速由3.9 m/s降低到3.6 m/s, 粉尘浓度由9 418 mg/m3降低为5 170 mg/m3, 控尘效率为45.1%。

2.4 高压喷雾降尘工艺

通过以上分析, 高压喷雾降尘工艺技术的研究主要是解决高压喷雾在现场的布置, 实现对采煤机滚筒尘源位置的喷雾降尘, 对含尘气流进行有效的控制、高效降尘以及沿程净化。

为了在尘源 (前后滚筒) 处就地除尘, 形成控尘雾屏对上、下滚筒进行覆盖, 并且通过对煤的湿润以减少煤在垮落过程中的产尘以及对含尘气流持续净化的需要, 采用了采煤机尘源跟踪喷雾降尘技术。该技术通过布置在每架支架前梁上的喷嘴, 实现对采煤机滚筒割煤尘源的自动跟踪喷雾, 保证采煤机前、后滚筒及下风流始终处于喷雾的控制范围之内。该技术采用压力达10 MPa的高压电磁阀, 实现了高压喷雾对滚筒处尘源高效喷雾降尘的目的, 并且对含尘气流在回风中进行持续的净化处理, 改善了工作面的劳动卫生条件。根据采煤机割煤时的尘源范围, 上风侧滚筒可以布置3～4组喷雾, 下风侧滚筒可以布置3～6组喷雾, 采用G型高压喷嘴。

针对传统采煤机喷雾降尘装置及在采煤机上的布置位置的弊端, 以及为了满足采煤机含尘气流控制及喷雾降尘的需要, 考虑到降尘器喷雾角度、喷射方向的安装和调整, 设计了新型采煤机含尘气流控制及喷雾降尘装置, 喷雾效果如图5所示。分别将上风侧控尘装置和下风侧降尘器安装在采煤机前、后摇臂截割电动机外侧。上风侧控尘装置的主要作用是通过喷雾引射, 把含尘气流引向煤壁并沉降部分煤尘, 对控尘帘控制在人行道和煤壁区域内的含尘气流进行高效喷雾降尘。下风侧降尘器的作用是对下风侧滚筒的产尘及靠煤壁运动的含尘气流进行有效的净化处理。

现场试验表明, 要取得良好的喷雾降尘效果, 喷雾压力应大于等于8 MPa。

3 效果考察及分析

按照GBZ/T 192.1—2007《工作场所中粉尘浓度测定, 第一部分:总粉尘浓度》中规定的滤膜质量法, 对采煤机含尘气流控制及喷雾降尘系统的使用效果进行了考察测试, 结果见表3。

1) 采煤机含尘气流控制及喷雾降尘技术可以明显降低司机位置的风速, 有效地把含尘气流控制在人行道和煤壁间较小的区域内;采用高压外喷雾和尘源跟踪喷雾降尘后, 采煤机前、后滚筒产生的大量高浓度粉尘, 完全处于“立体交叉”喷雾的包围之中, 粉尘与雾粒混合加剧, 大部分粉尘很快就地沉降下来, 尚未沉降的煤尘和水雾混合物, 在向下风人行道快速扩散时, 受到外喷雾降尘装置和控尘帘的作

用, 大部分煤尘沿人行道和煤壁之间运动, 并受到采煤机前、后“立体交叉”高压喷雾作用后湿润、沉降, 工作面粉尘浓度已明显降低, 能见度超过10 m, 水雾沉降迅速, 作业环境得到极大改善。测试数据表明, 含尘气流控制及喷雾降尘技术在司机位置及采煤机机尾的降尘效率分别为93.34%与94.42%, 比单独使用高压外喷雾提高27.94%与23.82%。

2) 由于工作面破碎机、转载点等尘源的防尘措施使用效果不理想, 煤机上风流原始粉尘浓度平均为261 mg/m3, 以及试验工作面开采的15#煤疏水性较强, 导致工作面粉尘浓度绝对值在采用含尘气流控制及喷雾降尘技术的治理后仍然偏高。

4 结论

1) 根据高瓦斯、大风量综放工作面的产尘特点, 确定的技术途径是可行的, 效果明显;采用采煤机含尘气流控制及喷雾降尘技术在司机位置及机尾10 m位置的降尘效率分别为93.34%和94.42%, 极大地提高了降尘效率, 显著降低司机位置及机尾10 m 处的粉尘浓度, 有效解决了粉尘问题。

2) 针对采煤机割煤产尘进行治理研究, 根据15#煤疏水性较强的特点, 应开展添加降尘剂提高降尘效率的研究。

参考文献

[1]刘雨忠, 祁和刚, 吴吉南, 等.综放面煤机水力引射喷雾降尘装置的设计和试验[J].中国安全学报, 2001, 11 (5) :36-39.

[2]单占会.大采高综采工作面的煤尘防治[J].矿业安全与环保, 2001 (2) :39-40.

[3]艾德春, 韩可琦.综放面粉尘综合防治技术[J].煤炭工程, 2006 (9) :57-59.

气流式加油壶篇9

(专利申请号:200820059979.X)

这是一种除了电动、人工、吸附以外的第四种加油方法, 可用于作上下、左右、前后移动的机械设备, 适用于多种行业。其效果: (1) 可大大减轻劳动强度, 提高加油效果; (2) 对一些难于加油的机械部件也可以进行加油润滑, 如轴套、轴承等。 (3) 使用时不需要任何能源为动力。 (4) 生产成本低, 使用方便。 (5) 适用于多种机械设备, 用途十分广泛。X10.07-07

空调房间的气流分析篇10

随着人们生活水平的提高, 无论是在工作或休息, 更多的人在寻求一种舒适的环境。近20年来, 空气调节器已经成为受欢迎的舒适供给设备。无论是在办公室或在家, 空调已经成为每个人的必需品, 尤其是对于炎热、潮湿的国家, 如:马来西亚……人们寻求更舒适的工作环境是为了更好的完成自己的工作。总体来讲, 空气调节系统主要的作用是为了给整个空调房间提供最大的舒适度。为了达到这个目的, 只分析制冷设备的性能是不够的。范围应该扩大到分析便于整个空调房间上面的气流[1]。因此, 空调系统的设计不仅仅单独集中于制冷设备的效率。许多研究已经涉猎了这个领域。应用计算流体力学 (CFD) 不能完全替代物理实验, 但可以明显的减少工作量。这种方法能够在短时间内分析空调系统的气流形式, 是不能从原来的试验和理论方法中得到的[2]。而且, CFD给出了整个领域气流、温度等的有效分布。因为要付出大量的时间和金钱, 所以很难从实验中得到这些分布。不幸的是, 不能从模型中找出普遍性去代表整个空调系统气流形式。

最近, 关于空调房间的气流研究已经开始实行。Mathews研究供热、通风、空调 (HVAC) 用于比勒陀利亚大学的人类科学建筑, 节省能耗60%。同时张和牛分析, 室内的湿气与冷却热的东西和潮湿气候有关。Cheong已经对采用经验和建模方法的办公建筑的污染物散步展开了研究。在模拟平面上, 预知供给空气的气流形式, 采用已确定的格栅点去估测热舒适参数, 就像Sekhar和Ching在办公室空间内组织热暖流成分的出现。最近报道, 已有实行采用CFD在单独一个房间内安装空气调节系统。该系统的像温度、速率等许多参数的分布已经分析确定为安装空调引风机的最好位置, 也是适合居住的地方。

术语表:

N-立方体单元格的个数;

a-栅格间距;

n-节点个数;

r-液体密度;

t-时间;

u-在x轴坐标方向的速率大小;

v-在y轴坐标方向的速率大小;

w-在z轴坐标方向的速率大小;

τ-切应力;

P-压力;

e-内能;

k-混合力动能;

§-能耗率;

mt-混乱流粘度;

Gk-平均速率梯度产生的混合流动能;

Gb-浮力产生的混合流动能;

YM-可压缩混合流的膨胀波动在总耗损率中的分配;

Prt-普朗特数;

C1e, C2e, C3e-混合流模型中的常量;

E-总能;

T-温度;

Cp-常压下的比热容;

Cij-对流雷诺方程;

Dtij-紊流扩散雷诺方程 (RSTE) ;

Dlij-分子扩散;

Pij-压力;

Gij-浮力;

m-粘性力。

2 建模

2.1 室内设计

一个包含楼层平面图资料标准办公室房间可以从标准参考书中查的。它的长宽高分别为3.7m、2.7m、3.0m, 见图1 (a) 。通常, 家具没有固定的放置位置, 依靠居住者自己的喜好与风格。随后, 家具布置包括橱柜、书架、桌子、椅子等, 可以参考室内设计的书, 见图1 (a) 。

(a) 房间坐标; (b) 送风位置; (c) 方案Ⅱ的送风位置; (d) 方案Ⅲ的送风位置。

2.2 引风机布置

通常, 一个办公室房间分开作为一个单元。房间内布置三个适当的鼓风机, 分别命名为位置Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ, 见图1 (b) ~ (d) 。

2.3 配平方程

现在有三组基本方程, 是由三个基本物理守恒定律导出的。质量守恒、动量守恒、能量守恒分别导出连续方程、NS方程和能量方程。将空调房间的气流认为是混合流, 因此着手于研究k系数以及雷诺兹力的粘性。

k系数模型标准采用半经验模型, 它依据混合流动能和耗损率相关的模型流动方程。对于流动方程中的k系数是从准确方程中导出的, 而流动方程中的§是从物理推论以及数学方程的相似性推出的。

混合力k、能损率§是从以下的流动方程中获得的:

在k-epsilon模型中的对流传热、传质建模方程从以下方程得出:

对于雷诺兹力, 假设不考虑同方向上的涡流粘度, 根据流动方程及耗损率方程的推导, 雷诺兹力模型 (RSM) 接近NS方程化简。由此说明, 附加四个流动方程可以解决二维流动问题, 附加七个流动方程可以解决三维流动问题。自从RSM的推导归功于流线曲率、漩涡、轮流的影响及方式比一个流动方程或两个流动方程更加严密, RSM更具有潜力去准确预测复杂的流动。

雷诺兹力的准确流动方程可以写为:

混合流力k及耗损率§包含在以下方程内:

雷诺兹力模型中的传热、传质模型方程与k-epsilon模型方程中的相似:

为了化简这些方程, 初始及边界条件必须围绕边界系统来规定。由于这些方程是非线性的, 因此不能直接的解决, 应该按封闭式方法来解决。在流体力学中, 大量数值有限性的方法被用来化简这些方程。

模型区域离散成单元格或元素, 并且定义为节点。化简方程式, 变量的值在节点上已知。微分方程中各常数的值见于表1。

2.4 边界条件

图2表示通过引风机的空气循环。热空气在ABCD面流进, 冷空气从引风机的CDEF流出。各个面上的边界条件将在下面介绍。

入口 (CDEF面)

风速v=5m/s

位置Ⅰ风速方向x=1, y=0, z=-1, 位置Ⅱ、Ⅲ冷空气流动方向和位置Ⅰ相同。

温度T=295K

出口 (ABCD面)

压力P=0Pa, 温度T=300K

其他墙 (包括引风机表面、家具表面及房间的所有墙)

温度T=300K

2.5 栅格间距

建网有很多种形式的单元格。三种尺寸可能的单元格为像金字塔一样的四面体、六面体、棱柱。选择六面体单元格是因为它和房间同为六面体。三种栅格间距为15cm (粗糙的) , 10cm (中等的) 和7.5cm (较好的) 。图2表示六面体单元格的间距遵守栅格间距或网套大小。

2.6 模拟平面

模拟模型的描述中包括了在整个空气流动区域内各个方位点上温度、风速、压力等参数。为了舒适, 在房间内粘贴一些图画。对于附加的图画, 分析变得更加复杂, 还是时间的函数。这样简单的分析可以指定八个平面, 这八个平面可以从水平及垂直方向更清楚地考察整个空间的情况。

2.7 误差

CFD模拟中的准确性从一系列的误差中获得。误差是错误的估量。误差越小, 错误就越小。图3表示往复式雷诺兹力粘度模型的误差图, 栅格间距10cm, 引风机位置在位置Ⅰ上。

误差的变化可以从实验的反复次数看出, 从开始到800次误差一直在减小。尽管反复次数一直在增加, 但误差却保持不变。直到结果没有变化误差的试验才停止。

3 结果与讨论

3.1 粘性模型的比较

现在有两种粘性模型进行比较:k-epsilon及雷诺兹力模型。确认适合的粘性模型去应用到模拟模型中是很重要的。所以, 需要观察模型中引风机的位置上的模拟表面 (z顶部) 的温度变化。可以看出, 除了图4 (e) 、 (f) 几乎相似, 其余所有的等高线都不相同。因此, 雷诺兹力模型的10cm和7.5cm的栅格间距给出了几乎完全相同的结果。基于栅格间距的独立性, 雷诺兹力模型被认为是更好的模拟模型, 而且模拟于其他位置的引风机。

对于长时间模拟, 计算时间也是考虑的一个因素。所有模型的模拟时间见表4。尽管雷诺兹力模型所用的时间几乎是k-epsilon模型的两倍, 但是考虑栅格的独立性还是采用雷诺兹力模型较好。雷诺兹力模型栅格间距7.5cm的计算时间是10cm的4.5倍。雷诺兹力模型中栅格间距为10cm和7.5cm的温度等高线没有多大差别。今后, 栅格间距为10cm的模拟将会更深层的应用。

3.2 合适的引风机位置

为了观察引风机合适的布置位置, 开始在位置Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ处进行8个虚拟平面的分析。在这些平面之中, z-中心平面是最重要的平面, 因为它代表房间的情况好坏。合适的引风机位置可以从模拟平面上的许多参数分配研究出来。Ladeinde和Nearon[11]已分析过风速及温度参数的大小。研究所有的平面, z中心平面是最好观察温度的平面, 就像观察者在水平方向上观察风速大小的分布。它也是适合在整个房间内预知温度与风速大小的平面。

在位置Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ模拟平面上风速大小表示在图5上, 靠近人和桌子旁的风速范围为0.4~1.5m/s。这是规定人所感受最舒适的风速的弱风。整个位置Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ上z平面风速大小分布分别表示在图5 (a) ~ (c) 。图5 (a) 看出, 人感受风速1.0m/s, 图5 (b) 中, 引风机在位置Ⅱ时, 人感受风速为1.25m/s, 图5 (c) 中, 人感受风速也是1.0m/s。位置Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ处的风速大小都符合标准。为了使室内气流循环更好的形象化, 向量已经划分为三个重要的垂直z轴的平面。向量表示在三个位置上三个特殊平面的气流方向。图6看出, 气流方向靠着人坐的地方向下。气流垂向地面时缓慢变化, 流近人时迅速移开。顶平面上的风速最大, 向下流近人时逐渐减小, 见图6。

当气流穿过人时, 通风向量划分为最重要的中心平面, 见图7。通风向量靠近人时很小, 远离人时逐渐增大。从图上可以看出, 小的通风向量可避免气流干扰使人所坐的区域成为最舒适的地方。图7看出, 气流从人的右手侧流回引风机。温度舒适度标准为20~25℃, 引风机所在所有平面位置都满足这个标准。但为了减小压缩机的大小, 就必须找一个靠近人最凉快区域的地方。这样不仅节省小压缩机的成本, 而且减少能源消耗, 同时让人觉得很舒适。

如果引风机布在位置Ⅰ, 整体房间内温度或多或少比较一致, 见图8 (a) , 但人不是坐在整个房间最凉快区域内, 所以要找个更好的位置。图8 (b) 中, 引风机在位置Ⅱ上, 尽管整个房间内温度分度不一致, 但可以满足空调房间要求。主要的是, 房间可以分为两部分, 热区域[ (b) 图右]和冷区域[ (b) 图左]。热区域位于人很少使用的空间, 冷区域位于人经常占用的空间。而且, 人可以感受的温度是296.3K (23.3℃) 。另一方面, 人可以坐在房间内靠近最凉快的区域, 见图8 (b) 。所以这是个布置空调引风机最好的位置。再分析位置Ⅲ, 人所坐的位置是整个房间最热的区域, 见图8 (c) 。所以这个位置是最不起作用的, 也是所讨论三个可能的位置中最糟糕的。

这是一个三维空间的方案, 所以其它模拟平面的温度分布也应作相应的研究。研究发现, 将引风机布在位置Ⅱ上, 能够给人提供最大的舒适度, 换句话说, 能给人带来最凉快的感觉。

因此, 位置Ⅱ是最适合引风机的布置位置。

3.3 舒适区域

以前, 房间内家具摆放位置是固定的, 主要问题是解决引风机的布置位置。现在问题增加了。同样的模型, 早些放置的位置是在最舒服或最凉快节能的地方。图6显示, 整个房间内可能放置引风机的位置用带点的轮廓描绘 (蓝色的等高线) 。这样利于空调房间内家具的摆置。

当引风机置于位置Ⅰ时, 几乎整个房间位于蓝色等高线。这就说明, 当人位于图8 (a) 左侧中心时, 整个区域都是冷的。这将适合于需要整个房间制冷的卧室或多功能厅。对于位置Ⅱ, 冷区域比位置Ⅰ的小, 但冷空气主要集中于图8 (b) 的左侧, 房间其余地方是不制冷的。位置Ⅲ能够保持房间上面的部分制冷, 如图8 (c) 。然而, 当空调引风机位置已经固定时, 居住者应该决定自己所坐的位置。在可以提供复杂的测量仪的地方, 采用CFD方法可以简单地分析气流特性, 也可以与试验结果作对比。

4 小结

(1) 对比雷诺兹力模型与k-epsilon模型, 在三种栅格间距的研究中, 雷诺兹力模型的栅格更具有独立性。尽管雷诺兹力模型的模拟时间比k-epsilon模型的长, 但栅格网套的独立性更具意义。

(2) 已经研究发现, 位置Ⅱ是最适合空调引风机的布置位置。温度分布说明, 人坐的位置是在凉快的区域内。

(3) 将空调引风机置于位置Ⅱ比其他两个地方更能让人体会凉爽的感觉。

(4) 此项研究还可以应用到工厂、医院, 以及大型的购物商场的空气调节系统中。

摘要：较高质量的空气调节系统并不是拘泥于制冷设备效率的提高, 而是包含房间内一些有意义参数所影响的气流分配的分析。简单的数据分析表明位于闭式空调系统房间上方的混乱气流在没有安装足够多的电子设备之前应用了数十年。本文以标准的办公室房间为主。模拟平面上的空气调节器的引风机在不同方位上调节温度及风速分布用以达到居住着的最大舒适度。对于液态流体, 着重于分析湍流的k系数和雷诺数。不同位置安装引风机为了空调房间内的人更加舒适, 而且表明将制冷鼓风机置于位置Ⅱ处比其他地方更让人觉得舒适。此项研究还可以应用到工厂、医院, 以及大型的购物商场的空气调节系统中。

关键词：温度分布,风速分布,模拟平面,k系数,雷诺数,最大舒适度

参考文献

[1]Haines RW.Control system for heating, ventilating and airconditioning.2nd ed.New York:Van Nostrand Reinhold, 1977.

上升气流托起坊门新贵篇11

在棋盘上争胜负的世界里，荣誉、名号的交更几乎只是瞬息间的事情，这一切，所有的参与其中的人都是了然于胸的。虽然嘴上说来也确实如此，但这一切也总伴随着长时间的拼搏努力，其中的艰辛也非是嘴上说说那么容易。

在八户市的八户酒店举行本因坊棋战是历史上的第三次。七月十八日午后7点50分，棋盘上的棋子黑白交错，对局室内的气氛稍显沉默。担任比赛组织者的工藤纪夫九段率先打破了这种沉默：“黑10目半胜”。工藤纪夫的话音未落，获胜者王铭琬已露出了微笑，他的表情是一种如释重负的轻松。

获胜者的笑容总是不乏内容，王铭琬的笑容更是有着像孩子般的无邪，而失败者的面孔总是与获胜者的表情几乎截然相反。

赵善津正在和每日新闻的山村英树嘀咕着什么，似乎正在接受采访，他的眼神有些心不在焉，回答问题也只是简单的一句两句。想起在一年前，他击败赵治勋时妙语不断的情景，今天真是判若两人。

在我们与王铭琬的交谈中，王铭琬一再用“侥幸”和“幸运”来形容他的最终胜利。确实，本年度的本因坊系列战中，王铭琬的状态确实相当不错。

赵善津则非常坦诚地说自己“存在着不足”，他指的并不是在终盘的收官阶段出现失误导致失败，他认为是自身在多方面还存在着一定的差距，从一年前他出人意料地最终战胜赵治勋获得本因坊称号到如今失去这项桂冠，让人不由得感叹胜负的残酷。

是耶、非耶第一谱1-53

王铭琬在布局阶段可谓下足了功夫，这也为他后来的取胜奠定了基础。黑3、黑7目外加大飞的布局是王铭琬颇为擅长的布局手法，但执白棋的赵善津却不为所动，一副我行我素的样子，冷静一直是赵善津的特点，而且这一点早已为大家所公认。

白18、20的应对手法让人想起一年前的一局棋。如图一所示，赵善津在相似的局面下执白下出了白24、26，执黑的赵治勋下出了黑31至35。而此局棋中王铭琬以黑21迎战。

赵善津的白22经过一番长考下出，布局形势初定，第一天耗时的大半由此时在这一局部内开始。白32连扳好手，对此黑33跳冷静。

图二：黑1若贪吃，则白2、4连打后，于6位形成太平洋，此结果黑无法接受。

从黑43手筋至黑53的转换处理得颇为华丽精采。

但王铭琬却搞不清结果究竟如何：“孰优孰劣难下定论”。赵治勋也是一副茫然的样子，而担负解说任务的杨嘉源九段却认为黑棋更加确实一点。

其实，在对大局的看法上，王铭琬总是给人一种过分谦虚的感觉，可是既然他身为当事人觉得左边较难处理，可能也真是有其难处吧。

也可能是另外一种原因，因为虽然此时王铭琬已领先赵善津一局，只需一胜便可问鼎，可纵观前几局棋，在百手棋之内，王铭琬一直遭赵善津压制，他获胜的三盘棋也是如此，这多少让他对开局后的形势产生悲观的看法。

可现实就是现实，他可能认为“白棋好下”，但最终结果仍需看后势如何发展。不知赵善津对此局面做何感想。

想起比赛前夜的招待会上，赵善津的表情多少有些不自然，怎么看上去都觉得缺少精神，一副心事重重的样子。而身为挑战者的王铭琬因为只需再胜一局便可如愿，神情颇为轻松，丝毫看不出紧张的情绪来。

白48、50开花后，对右边及下边黑阵产生了影响，而52扳住黑三子后，上边白棋的阵容也似瞬间壮大起来。

节奏渐入黑棋手第二谱54-100

白54的应对已在多数人的预料之中。白62应如图三。

图三：白1先飞，对此黑2只能挡，然后再白3粘，黑4白5交换后，黑已无法A位扳入，此后只能经黑B、白C、黑D打劫，此劫双方负担都很重，白棋强于实战。

错过白71后，黑63即成为较为严厉的追击手段，对此赵善津似乎并未给予足够的重视，而王铭琬事后也对这手棋不甚满意，认为此时下出71效果更好。接下来的白66成为了第一天的最后一手棋。在工藤纪夫主持人宣布规定的时间午后5点钟已到的同时，赵善津下出了这手棋。

在当天晚上，精力充沛的王铭琬和年轻的棋谱记录员一起外出打保龄球。在本次本因坊七番棋过程中，王铭琬和赵善津几乎已是滴酒不沾，二人都通过打高尔夫球、打棒球、乒乓球等体育活动来调节自己的情绪。唱卡拉OK、打麻将等等方式，显然更有利于身体健康。

夜色渐深，急风骤雨伴着雷声开始登场，这也是东北地区较为常见的天气。

第二天，似乎两个人商量好了似的，对局进行得极为顺畅和快速。黑63的效果渐渐显露，至76，白成劫活之势，黑71若于75位下黑手，白将如何?

图四：白2至6埋下伏兵，白8开始出动，黑9最强，白10打后12爬，准备扳头，若黑13仍执迷不悟，则白14至26一气呵成，此时，黑若于32提，则白27位吃大成功。若黑27、29继续逞强，则白30至34后，黑已成崩溃之形。

也许意识到了什么，赵善津突然下出了“幡然醒悟”的一手棋，白80的出动份量颇重，可事实是否如表面上所见的效果呢?黑83行棋坚实，如果此时黑83选择84，白棋似乎更是没什么好办法。

如图五所示，白80作白1所选虚罩的话似乎更好。如有黑2则白3，行至白7后，上边的白棋阵容颇为壮观。

图六：白1碰也是精彩的一着，其目的是瞄着A位动出白子的同时壮大白棋的阵容，对此黑棋也要颇费一番脑筋。

赵善津事后承认白80是导致失败的原因之一。确实，此后，形势与节奏渐渐地为黑棋所掌握。

不幸中的幸运，黑83并未选择84，使得白棋还有白84、86这种玩命的手段勉强应对，可是遭黑87打断，再加上王铭琬深思熟虑之后下出的黑89这手好棋的出现，白棋更落被动，黑93多少有些出人意料，致使白94耗时40分钟(其间含午休时间)方才下出。

此时盘上的局势已然是黑棋掌握行棋节奏和走势，而白方需殊死抗争方有胜机，白棋已落于下风。

中盘激战第3谱1-55(即101-155)

对局第2天的午后，在场的所有的人都明白，双方面临着最后的血战，剩下的就要看双方收官的技巧和毅力了。

在对局者和研究室里，有一手棋曾引起了相当大的反响，当事者与研究者们对黑5这手棋的看法是如此的不同。

如图七所示，我们看一看如黑5选择图中黑1将会如何，此后黑3、黑5的出现再有黑A的话，将使白棋濒于崩溃。如想防止这种不利局面出现白4只有选择12，可依然难以摆脱黑棋的控制。但是，上边的白棋可比现在更稳定一些，此时已没有比这更好的办法了。

实战中，黑5之后，赵善津很快下出了白6、8进行反击，这使得研究室内响起了一片惊叹。结果在白16出现之后，王铭琬有机会下出黑19这种弃小取大的棋来。虽然大家都认为在这手棋出现后场面会变得更热闹一些，但大家很快发现在右上角黑35出现之后，黑棋在此处埋下了后来作活的伏笔。在这一阶段的转换过程中，黑棋的意图较易理解，王铭琬想尽可能地稳扎稳打，一点点扩大微小优势直至最后。

在白50这手棋上，应该优先考虑A点这种先手削空的下法。这在对局后的短暂的复盘研究中得到了人们的认同，在实战中如果此时黑棋选择B点的话，将有更明显的优势。

黑51至黑55是黑棋一系列严厉打击手段，此后白棋如何应对成了问题。如图八所示，如白1应战，黑2之后黑棋可巧妙做活，白5如选择A点的话则黑6以下成劫，白7如选择9，则黑可凭黑7作活。

确信胜利第四谱56-162(即156-262)

王铭琬开始意识到自己将取得这盘棋的胜利，是从本谱中下出的黑77之后开始的。这可是够晚的了。毕竟在较大的优势下应该更早地意识到胜利将至才更舒服些。

双方弈至第262手棋时，比赛宣告结束，王铭琬以10目半的较大优势取胜。

回顾整个本因坊系列赛，王铭琬确实给人的感觉是经常受到命运女神的青睐。而且这种青睐一直维持至最后。

虽然已是半个世纪前的事情了，但我们仍能想起高川秀格在初获本因坊称号时说过一句名言：

“被人称作本因坊的感觉，有如进门第三天的新娘，应该被叫做夫人了。”

新本因坊一问一答

昨天你获得了本因坊称号，经过了一夜，你又有很多的感想了吧?

“没有到那么多的程度，昨天晚上往家里去电话的时候，家里人已经知道消息了，林(海峰)先生的夫人也打去了祝贺电话。”

在这一段时间里，你一定对两日制番棋有了一定的感触吧?