基于本征正交分解与人工智能的快速温度分布预测和控制策略研究
发布时间：2021-04-12 02:08
空调的目的是为室内人员提供预期的温度场,而回风温度控制仍是当前主流的空调控制方式。按照流动的拉格朗日描述,回风口处的温度是上游空气汇流后的表现温度,而非人员感知的真实温度。空气流动受到高阶非线性控制方程的限制,使用全尺寸的计算流体力学模拟预测房间内的温度分布将表现出对计算资源的过度占用和在时间上的严重迟滞性。准确、快速而又低成本地获取室内的温度分布是建筑环境控制领域的重要课题。现有研究者的处理方式是稳态调用或拟动态调用计算流体力学模型,回避对高阶非线性控制方程频繁的数值求解,温度分布预测面临着的计算成本高昂和计算过程缓慢问题并未被解决。本征正交分解方法可以快速地实现对流动过程的降阶复现,截取后的有限模态仅占用微小的内存空间,通过对房间内部温度分布数据的挖掘,降阶模型学习获得送风参数与房间内指定位置上温度分布之间的变化范式。通过使用本征正交分解模型,可以敏捷地获得室内的温度分布状态。首先,为办公室房间建立三维模型,对流动过程做出合理简化假设并设定空间中各个位置处的边界条件。使用计算流体力学软件对房间对象的非结构化网格进行计算,通过数值模拟得到房间温度场在不同送风温度设定下的分布情况,另外...
【文章来源】：上海交通大学上海市 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：100 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
办公室房间的三维模型
上海交通大学硕士学位论文17图2-2SIMPLE算法流程图Fig.2-2AlgorithmofSIMPLE泰勒展开是数值求解的基本原理，使用在某一处上的零阶导数、一阶导数及高阶导数复现函数在其他位置上的取值。考虑连续且多阶可导函数()的泰勒级数展开式：(+)=()++22()22++()!+（2-6）在泰勒级数展开式中，一阶微分代表着斜率的影响，二阶微分对应着曲率的影响。可以发现，当保留的级数展开项数越多时，从不同维度对方程变化模式的描述逐渐完备，对应的截断误差就越小，流场求解结果的质量就越高，即高阶展开对应着数值求解的高精度，但是同时，高阶展开也将需要更多的网格点和更多的计算时间。当数值模拟所使用的泰勒展开级数中最高阶项为一阶导数，则称其为一阶精度差分，当最高阶为二阶导数时称为二阶精度差分。根据导数数值逼近使用的不同数学构造形式，又进一步分为中心差分、前向差分和后向差分等格式。基于精度和计算量的双重考量，并且参考计算流体力学领域的应用进展，针对每一项方程的具体离散方案如表2-1所示。对于动量方程、能量方程、湍流流动的k方程以及ε方程，选用由下游向上游进行差分的二阶迎风格式进行离散。对于非稳态项，使用一阶隐式算法离散求解。选择使用周围网格点流动信息的二阶中心差分格式处理方程中的扩散项。表2-1基于SIMPLE算法选择的离散方案Table2-1DiscretizationschemebasedonSIMPLEC项目压力能量方程动量方程k-方程ε-方程非稳态扩散项
元计算。相比于规则的笛卡尔网格，作为有限体积网格的非结构化网格没有任何规律性，因此可以不经任何变换地被应用于任意形状的网格单元，非结构化网格在应用过程中表现出极大的灵活性。 在本文中，选择使用由四面体和六面体组成的四面体占优混合结构网格单元用于计算域中的网格生成，网格主要使用四面体单元生成，在某些形状尤其适当的空间里可以使用六面体单元。在流动变量和温度变量梯度较大的位置上使用网格加密，以便充分捕捉在特定的送风参数设定下流场表现出的流动和温度响应特性，这些位置包括送回风口、办公人员工位和室内的其他热源。经过对软件的操作，创建完成后的网格如图 2-3 所示，在流动发生的物理空间中共使用了 55,324个非结构网格单元。
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于动态集成算法的航空发动机气路参数预测[J]. 张一震,钟诗胜,付旭云,林琳. 航空动力学报. 2018(09)
[2]利用多岛遗传算法的侧式进/出水口体型优化研究[J]. 高学平,李建国,孙博闻,田野,张翰. 水利学报. 2018(02)
[3]基于POD和DMD方法的跨声速抖振模态分析[J]. 寇家庆,张伟伟,高传强. 航空学报. 2016(09)
[4]超临界翼型跨声速抖振CFD计算和POD分析[J]. 董圣华,史爱明,叶正寅,田海涛. 空气动力学学报. 2015(04)
[5]区域建筑冷热负荷预测方法及其研究进展[J]. 欧科敏,韩杰,周晋,张国强. 暖通空调. 2014(10)
[6]VAV空调系统室内温度传感器位置的影响研究[J]. 刘巧玲,杜志敏,晋欣桥. 建筑热能通风空调. 2013(01)
[7]过渡季节VAV空调系统送风温度的优化控制策略[J]. 晋欣桥,柴小峰,杜志敏. 天津大学学报. 2009(07)
[8]双风道变风量空调系统设计[J]. 叶大法,杨国荣,董涛. 暖通空调. 2008(01)
[9]变风量空调系统传感器故障检测与诊断[J]. 杜志敏,晋欣桥,王海斌,孙金龙. 天津大学学报. 2006(06)
[10]高大空间建筑空调气流CFD模拟研究[J]. 董玉平,由世俊,汪洪军,张子平,任晓芬. 河北建筑科技学院学报. 2003(03)
博士论文
[1]高维数据的特征选择及基于特征选择的集成学习研究[D]. 张丽新.清华大学 2004
硕士论文
[1]基于集成学习的蛋白质序列分类问题的研究[D]. 赵欣.电子科技大学 2018
本文编号：3132397
【文章来源】：上海交通大学上海市 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：100 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
办公室房间的三维模型
上海交通大学硕士学位论文17图2-2SIMPLE算法流程图Fig.2-2AlgorithmofSIMPLE泰勒展开是数值求解的基本原理，使用在某一处上的零阶导数、一阶导数及高阶导数复现函数在其他位置上的取值。考虑连续且多阶可导函数()的泰勒级数展开式：(+)=()++22()22++()!+（2-6）在泰勒级数展开式中，一阶微分代表着斜率的影响，二阶微分对应着曲率的影响。可以发现，当保留的级数展开项数越多时，从不同维度对方程变化模式的描述逐渐完备，对应的截断误差就越小，流场求解结果的质量就越高，即高阶展开对应着数值求解的高精度，但是同时，高阶展开也将需要更多的网格点和更多的计算时间。当数值模拟所使用的泰勒展开级数中最高阶项为一阶导数，则称其为一阶精度差分，当最高阶为二阶导数时称为二阶精度差分。根据导数数值逼近使用的不同数学构造形式，又进一步分为中心差分、前向差分和后向差分等格式。基于精度和计算量的双重考量，并且参考计算流体力学领域的应用进展，针对每一项方程的具体离散方案如表2-1所示。对于动量方程、能量方程、湍流流动的k方程以及ε方程，选用由下游向上游进行差分的二阶迎风格式进行离散。对于非稳态项，使用一阶隐式算法离散求解。选择使用周围网格点流动信息的二阶中心差分格式处理方程中的扩散项。表2-1基于SIMPLE算法选择的离散方案Table2-1DiscretizationschemebasedonSIMPLEC项目压力能量方程动量方程k-方程ε-方程非稳态扩散项
元计算。相比于规则的笛卡尔网格，作为有限体积网格的非结构化网格没有任何规律性，因此可以不经任何变换地被应用于任意形状的网格单元，非结构化网格在应用过程中表现出极大的灵活性。 在本文中，选择使用由四面体和六面体组成的四面体占优混合结构网格单元用于计算域中的网格生成，网格主要使用四面体单元生成，在某些形状尤其适当的空间里可以使用六面体单元。在流动变量和温度变量梯度较大的位置上使用网格加密，以便充分捕捉在特定的送风参数设定下流场表现出的流动和温度响应特性，这些位置包括送回风口、办公人员工位和室内的其他热源。经过对软件的操作，创建完成后的网格如图 2-3 所示，在流动发生的物理空间中共使用了 55,324个非结构网格单元。
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于动态集成算法的航空发动机气路参数预测[J]. 张一震,钟诗胜,付旭云,林琳. 航空动力学报. 2018(09)
[2]利用多岛遗传算法的侧式进/出水口体型优化研究[J]. 高学平,李建国,孙博闻,田野,张翰. 水利学报. 2018(02)
[3]基于POD和DMD方法的跨声速抖振模态分析[J]. 寇家庆,张伟伟,高传强. 航空学报. 2016(09)
[4]超临界翼型跨声速抖振CFD计算和POD分析[J]. 董圣华,史爱明,叶正寅,田海涛. 空气动力学学报. 2015(04)
[5]区域建筑冷热负荷预测方法及其研究进展[J]. 欧科敏,韩杰,周晋,张国强. 暖通空调. 2014(10)
[6]VAV空调系统室内温度传感器位置的影响研究[J]. 刘巧玲,杜志敏,晋欣桥. 建筑热能通风空调. 2013(01)
[7]过渡季节VAV空调系统送风温度的优化控制策略[J]. 晋欣桥,柴小峰,杜志敏. 天津大学学报. 2009(07)
[8]双风道变风量空调系统设计[J]. 叶大法,杨国荣,董涛. 暖通空调. 2008(01)
[9]变风量空调系统传感器故障检测与诊断[J]. 杜志敏,晋欣桥,王海斌,孙金龙. 天津大学学报. 2006(06)
[10]高大空间建筑空调气流CFD模拟研究[J]. 董玉平,由世俊,汪洪军,张子平,任晓芬. 河北建筑科技学院学报. 2003(03)
博士论文
[1]高维数据的特征选择及基于特征选择的集成学习研究[D]. 张丽新.清华大学 2004
硕士论文
[1]基于集成学习的蛋白质序列分类问题的研究[D]. 赵欣.电子科技大学 2018
本文编号：3132397
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