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多类型冰箱仿真的数学模型与软件实现

作　者: 于楠
导　师: 顾建明；丁国良
学　校: 上海交通大学
专　业: 制冷及低温工程
关键词: 冰箱多类型仿真模型界面实验验证
分类号: TM925.21
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
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内容摘要

冰箱应用广泛,是最为常用的家用电器之一。不同国家和地区的人群由于生活习惯不同,因而对冰箱的需求也是不同的。为了满足世界不同地区消费者的需求,现有的冰箱企业一般都同时设计和开发适用于世界不同地区消费者需求的冰箱的系列产品。相比于传统的样机制作和测试的设计方法,采用计算机仿真的设计方法能够缩短设计周期,节约成本,减少样机的制造数量,逐渐为企业广泛应用。所以设计能够模拟多类型冰箱的集成仿真平台对企业高效设计不同类型的冰箱系列产品是十分必要的。本文以冰箱的发展、已有的冰箱仿真模型和仿真软件的研究为基础,提出了多类型冰箱统一仿真平台的开发思路和仿真平台核心模块的具体实现方法,并基于核心模块提出多类型冰箱仿真平台界面的开发方法。本文的主要研究工作如下:1-对常用冰箱的类型特征进行归纳并按照模型构建的要求重新进行类型划分。提出多类型冰箱统一仿真平台的总体框架和开发思路。2-提出多类型冰箱仿真平台核心模块的构建方法,主要成果为:1)数据存储和调用方面,传统的数据存储模式为针对一种冰箱开发一种数据结构,这种方法会导致数据的冗余,部件间的数据耦合度也会增加,从而带来大量的数据冲突问题,使得软件不稳定。本文引进了面向对象的方法解决了多类型冰箱数据的统一存储和调用,利用数据的类结构将冰箱各个部件的数据和基于数据的操作封装在一起,从而增强了软件的健壮性和拓展性。2)系统控制方面,传统的系统控制方法是针对每一种控制策略都独立建立系统控制模块,在多类型冰箱系统中,由于不同的冰箱系统采用不同的系统控制策略,不同的系统控制策略又涉及不同部件模块的调用,传统的方法会大大增加整个程序的复杂度。因此,本文开发了系统控制策略的集成方法,该方法从系统控制策略的本质作用出发,将对控制策略的集成转化为对下一时刻冰箱运行过程的判断,即根据制冷箱室和温控箱室的温度状态和优先控制的原则,确定下一时刻需要制冷的箱室。该方法解决了控制策略和系统部件调用模块之间的复杂耦合问题,具有通用性,易于拓展。3)仿真计算模型方面,在多类型冰箱仿真中,会使用任意类型的部件,各个部件工作的机理存在多样性,不能采用单一的模型去描述,但是采用不同的模型逐一描述各个部件的类型组合又会无限地增加软件的复杂度,导致软件无法实现。本文通过建立压缩机,换热器和箱体的通用性模型,从而实现了对任意部件类型组合的冰箱系统的仿真。其中,对于压缩机的通用性模型,通过建立任意频率下功率和流量的计算方法实现了定频压缩机和变频压缩机的仿真计算;对于换热器通用性模型,通过对换热器连接方式和运行状态的解耦,实现了对具有不同连接方式的各结构类型换热器的仿真计算;对于箱体通用性模型,通过对箱体布置方式和内墙体类型的统一描述实现了对任意类型箱体内空气温度的仿真计算。4)仿真结果统计方面,能耗仿真结果的精度和冰箱稳定运行初始时刻的选取关系很大,之前的仿真软件对冰箱稳定运行初始时刻的确定都是依靠选取经验数据,由于冰箱的稳定运行的起始时间和冰箱运行工况、箱体热容等诸多因素有关,传统的方法由于不具有通用性,因而已经不适合多类型冰箱系统。本文推导出多类型冰箱稳定运行初始时刻的通用计算模型,该计算模型适用于各种运行工况下的常用类型冰箱,具有通用性。3-为了方便用户调用核心模块,对多类型冰箱的性能进行模拟。本文进一步提出了多类型冰箱仿真平台的界面实现方法,包括多类型压缩机统一界面的实现方法,多类型箱体统一界面的实现方法,多类型换热器统一界面的实现方法,和界面运行结构的设计方法。4-对多类型冰箱仿真系统进行了可靠性和实验精度验证。验证结果表明,该冰箱仿真软件对于多类型冰箱的性能预测具有可靠性和较高的精度。

多类型冰箱仿真的数学模型与软件实现

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