储水式电热水器剩余洗浴时间预测方法研究及实现

摘要

热水器内胆温度场研究是实现沐浴可视化的关键技术和核心环节，剩余洗浴时间预测能够使用户在洗浴过程中可以实时控制洗浴进度，进而解决热水浪费和洗浴水量不足情况的出现，对提高用户的洗浴质量和增强产品的核心竞争力具有现实意义。
　　由于热水器内胆中水温分布不均匀，水体流动有较强的湍流，存在热对流与热传导等多种传热方式，因此在不了解胆内流体流动与传热特性的情况下，需要对热水器内胆进行仿真与数值模拟，通过仿真结果来得到胆内的流动与传热分布与变化规律，在此基础上建立数学模型来对温度场变化进行描述，进而预测剩余洗浴时间。
　　本文首先总结了热水器内胆温度场的研究现状，比较并总结了不同研究方法的优缺点，分析了影响温度场变化的主要因素。通过CFD方法，对热水器内胆温度场、速度场等进行数值模拟，在分析仿真结果的基础上提出了基于多节点的温度场传热模型，并通过模型求解来预测出剩余洗浴时间。
　　在建立温度场传热模型的基础上，对模型中影响预测结果的两个模型参数(N，t0)采用RBF神经网络进行参数辨识。首先设定参数变化区间，通过枚举法得到各组采集样本对应的最优参数，将设定参数与最优参数作为RBF网络的输入和输出矩阵，通过训练后的RBF网络即可得到任意设定参数对应的最优参数，进而提高预测结果的精确性。
　　最后，对热水器内胆的数值计算与分析进行系统需求分析与设计，对热水器运行过程进行数值计算和模拟，并通过交互界面的形式对预测结果进行总结和分析，对预测模型的改进和完善具有积极的意义。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 课题研究的背景和意义

1．2 流体流动与传热问题研究综述

1．2．1 国外研究综述

1．2．2 国内研究综述

1．3 本文主要内容及技术路线

1．4 本文结构安排

第2章 基于Fluent的内胆传热过程仿真与数值模拟

2．1 热水器基本特征

2．1．1 储水式电热水器物理结构

2．1．2 基本工作原理及工作模式

2．2 数据采集方案

2．2．1 采集硬件系统

2．2．2 采集软件系统

2．2．3 传感器布置方案

2．2．4 数据采集及实验设计规则

2．3 内胆几何模型与网格划分

2．3．1 内胆几何建模

2．3．2 流场网格划分

2．3．3 流场边界条件

2．4 仿真模型与数值模拟

2．4．1 内胆中流体传热分析

2．4．2 控制方程

2．4．3 湍流模型

2．4．4 求解参数设定

2．5 实验设计与仿真结果分析

2．5．1 仿真实验设计

2．5．2 传热特性分析

2．5．3 流动特性分析

2．5．4 其他特性分析

2．6 本章小结

第3章 储水式电热水器内胆传热预测模型建立

3．1 内胆传热多节点模型

3．1．1 内胆的温度网格划分

3．1．2 温度场的多节点模型

3．2 节点初始温度分布估计

3．2．1 内胆初始温度分布特征

3．2．2 内胆初始温度估算

3．3 加热管对各节点温度变化影响分析

3．3．1 加热速率恒定验证

3．3．2 节点加热速率计算

3．3．3 计算结果精确性检验

3．4 洗浴截止温度计算

3．4．1 影响因素分析

3．4．2 线性回归求解

3．5 实验设计与预测结果分析

3．5．1 数据一致性检验

3．5．2 预测曲线分析

3．5．3 预测时间分析

3．6 本章小结

第4章 基于RBF神经网络的传热模型参数辨识

4．1 系统辨识问题概述

4．1．1 系统辨识理论及分类

4．1．2 常用系统辨识方法

4．1．3 系统辨识与参数辨识

4．2 RBF神经网络概述

4．2．1 RBF神经网络结构

4．2．2 RBF神经网络学习

4．3 基于RBF神经网络的参数辨识设计

4．3．1 模型中的待辨识参数

4．3．2 网络训练与测试样本

4．3．3 网络测试结果分析

4．4 本章小结

第5章 温度场数值计算与分析系统设计与实现

5．1 系统开发平台概述

5．2 温度场数值计算与分析系统分析

5．2．1 系统需求分析

5．2．2 模块调用关系

5．3 温度场数值计算与分析系统设计

5．3．1 功能总体结构

5．3．2 功能详细设计

5．3．3 数据库设计

5．4 温度场数值计算与分析系统实现

5．4．1 基础模块

5．4．2 数值计算

5．4．3 数据管理

5．4．4 数据分析

5．5 本章小结

第6章 总结与展望

6．1 论文工作总结

6．2 未来研究方向展望

参考文献

致谢