冷热水混合器出水温度控制系统参数估计方法
冷热水混合器出水温度控制系统参数估计方法
收稿日期：２００８—０２—２７． 作者简介：孟庆龙（１９７９－－），男，博士生；王元（联系人），男，教授，博士生导师． 基金项目：国 家科技攻关“十五”计划专项经费资助项目（２００４ＢＡ９０１Ａ２１）；新疆维吾尔自治区“十五”攻关重大项目（２００８３３１２１）．来自万方数据第１１期
孟庆龙，等：的冷热水混合器出水温度控制系统参数估计方法
的模拟结果，并结合系统辨识方法得到房间温度控 制系统状态空间方程形式的区域模型；２００３年， Ｙａｎｇ等人［３］针对垃圾焚烧炉内部温度难以测量和 控制的问题，将ＣＦＤ数值模拟结果作为控制系统信 息数据库供实际过程控制在线调用，为实施前馈控 制提供有价值的过程信息；Ｇｅｒｂｅｒ等人［４３在Ｙａｎｇ 的基础上，提出一种基于ＣＦＤ数值模拟的塑体成型 温度系统预测控制方案；２００４年，Ｄｅｓｔａ等人嘲研究 房间温度场控制问题时，受实验区内测点布置的限 制，采用ＣＦＤ数值模拟和系统辨识技术相结合结合 的方法，建立了房间温度场控制系统模型；２００５年， Ｈｕｉｓｍａｎ［６］提出一种基于ＣＦＤ降阶模型的玻璃熔 体温度控制方法；２００６年，Ｒｉｚｚｏ等人［７３将ＣＦＤ技 术用于基于ＡＲＭＡＲＫ（）Ｖ干扰抑制方法的自适应 流体控制．以上学者采用的基于ＣＦＤ的系统辨识多 是离线建模方法，而对于时变系统或非线性系统，目 前的基于ＣＦＤ的离线建模方法将不再适用．
式中：ｔ表示采用周期；７＂９ｓ是过程阶跃响应达到
９５％时的调节时间．
该方法的核心部分是合理地使用ＵＤＦ实现在
线辨识算法，因此要实时获得系统的输入输出对
｛牙（ｆ），夕（￡）｝，并保存其前ｋ步（大小视需要而定） 数据．
２仿真实例
下面以小型冷热水混合器出水温度控制为例， 说明基于ＣＦＤ数值模拟的系统参数在线估计方法 的可行性．混合器简图［１１］如图２所示．
冷热水混合温度计算
冷热水混合温度计算冷热水混合温度计算，也被称为溶液稀释计算，是指根据两种或多种不同温度的水混合后的最终温度。
这种计算在实际生活和工程应用中非常常见，比如冷热水澡水温度调节、热水供应系统设计等。
以下将详细介绍冷热水混合温度计算及其相关原理与应用。
首先，冷热水混合温度计算的原理基于热平衡定律。
热平衡定律指出，在两个物体之间存在热交换时，它们最终达到的温度是相同的。
根据这个原理，我们可以推导出冷热水混合温度计算的基本公式。
假设有两个不同温度的水，分别为T1和T2、当它们混合在一起时，最终达到的温度为T。
根据热平衡定律，我们可以得到如下的公式：m1*C1*(T-T1)=m2*C2*(T2-T)其中，m1和m2分别表示两种水的质量，C1和C2分别表示两种水的比热容。
这个公式可以解释为，混合后水的质量和比热容的乘积与温度差的乘积是相等的。
根据这个公式，我们可以计算出混合后的最终温度T。
这个计算过程涉及到代数方程的求解。
一般来说，我们可以将这个方程转化为标准的二次方程，然后通过求根公式求解。
然而，在实际应用中，上述计算过程可能会很繁琐，特别是当涉及到多种不同温度的水混合时。
因此，人们通常采用近似方法来简化计算。
其中一个常用的方法是加权平均法。
加权平均法是指根据水的质量或体积比例来计算最终温度的近似值。
具体而言，我们可以根据如下公式计算混合后的温度T：T=(m1*T1+m2*T2)/(m1+m2)T=(V1*T1+V2*T2)/(V1+V2)其中，V1和V2表示两种水的体积，m1和m2表示两种水的质量。
这种方法简化了计算过程，但是对于温度变化较大的混合情况，可能会存在一定的误差。
除了冷热水混合温度计算，这个原理也可以应用于其他溶液稀释计算中。
溶液稀释计算是指在已知浓度的溶液中加入一定量的溶剂，从而改变溶液的浓度。
冷热水混合温度计算可以看作是溶液稀释计算的特殊情况。
在实际生活和工程应用中，冷热水混合温度计算具有广泛的应用价值。
不同温度水混合温度计算
不同温度水混合温度计算水是我们生活中不可或缺的重要物质，而混合不同温度的水是我们经常会遇到的情况之一。
在日常生活中，我们可能会遇到将冷水和热水混合在一起的情况，那么这时候，我们就需要计算混合后的水的温度。
接下来，我们就来探讨一下不同温度水混合后的温度是如何计算的。
假设我们有一定量的冷水和热水，它们的温度分别为T1℃和T2℃。
当我们将这两种水混合在一起时，最终得到的水的温度将取决于冷水和热水的量以及它们的温度。
为了简化计算，我们可以使用一个简单的公式来计算混合后水的温度。
根据热力学原理，我们可以得到一个简单的公式来计算混合后水的温度：T=(m1*T1 + m2*T2)/(m1 + m2)，其中T为混合后水的温度，m1和m2分别为冷水和热水的质量，T1和T2分别为冷水和热水的温度。
通过这个公式，我们可以很容易地计算出混合后水的温度。
举个例子来说明：假设我们有100克的冷水，温度为20℃，以及200克的热水，温度为80℃。
我们想知道将这两种水混合在一起后的最终温度是多少。
根据上面的公式，我们可以计算得到：T=(100*20 + 200*80)/(100 + 200) = (2000 + 16000)/300 = 18000/300 = 60。
因此，混合后水的温度为60℃。
在实际生活中，我们可能会遇到更复杂的情况，比如混合多种不同温度的水。
在这种情况下，我们可以依然使用上面的公式，只是需要将公式中的冷水和热水的质量、温度扩展到多种不同的水。
通过逐步计算，我们可以得到混合后水的最终温度。
总的来说，计算不同温度水混合后的温度并不复杂，只需要简单的应用热力学原理和上面提到的公式即可。
通过这种方法，我们可以很方便地计算出混合后水的温度，帮助我们更好地处理日常生活中的各种情况。
希望通过这篇文章的介绍，读者们能对不同温度水混合后的温度计算有更清晰的认识。
热水器出水温度控制装置及方法唐娜
热水器出水温度控制装置及方法唐娜发布时间：2021-07-12T09:41:56.523Z 来源：《基层建设》2021年第12期作者：唐娜[导读] 目前，我国的工业化建设的发展迅速，基于改进的混水阀结构，介绍步进电机+单片机、PID调节器两种控制混水阀出水温度的方法，这两种方法可以实现混水阀出水温度智能控制，且可以保证混水阀出水温度恒定，具有洗浴温度自由设定的功能青岛经济技术开发区海尔热水器有限公司山东 266510摘要：目前，我国的工业化建设的发展迅速，基于改进的混水阀结构，介绍步进电机+单片机、PID调节器两种控制混水阀出水温度的方法，这两种方法可以实现混水阀出水温度智能控制，且可以保证混水阀出水温度恒定，具有洗浴温度自由设定的功能。
关键词：热水器；出水温度；控制装置；方法引言用户家用燃气热水器管路末端水温过低的呼声，严重影响了用户的体验效果。
为了解决这一问题，本文提出了一种简单易操作的针对于家用燃气热水器水管的热损失进行研究的测试结构及测试方法，以获得家用燃气热水器出水管在不同安装环境下散热损失的实测数据，进而根据该数据设置并改善该热水器相关性能，进一步增加用户使用过程的科学性指导意义，并提升用户使用舒适性。
1混水阀结构改进热水器是现代家庭中一种十分重要的家用电器，现在的家用热水器有太阳能热水器、燃气能热水器、电热水器、空气能热水器等，热水器中的热水口和冷水口通过混水阀相连接，冷、热水在混水阀处混合，通过出水口排出供洗浴者使用，出水温度由洗浴者通过旋转混水阀手柄实现。
洗浴者在调节温度的过程中，需要花费较长时间，在低温天气由于水温不恒定，容易导致洗浴者感冒，浪费较多水资源，且混水阀调节不智能。
2原因案例故障诊断与排除2.1对热水器加热能力不足、进水温度过低原因引起的水温异常进行诊断和排除诊断和排除操作步骤如下：1）判断是否热水器加热能力不足的方法，首先要了解额定产热水能力及热水器每分钟实际能够出几升热水，这与这台热水器的标准出热水量、进水温度及出水温度有关。
冷热水混合温度计算之欧阳歌谷创作
冷热水混合温度计算之欧阳歌谷创作冷热水混合温度计算是一个经典的物理问题，也是日常生活中经常遇到的问题之一、解决这个问题的方法有很多种，其中一种比较简单且直观的方法是利用热量守恒原理。
本文将介绍一种由欧阳歌谷创作的方法来计算冷热水混合后的温度。
首先，我们需要列出热量守恒原理的方程式。
根据热物理学的知识，热量守恒原理可以表述为：热量的损失等于热量的增益。
换句话说，热量的流入等于热量的流出。
设冷水的质量为m1，温度为T1，热水的质量为m2，温度为T2，最终混合后的水的质量为m，温度为T。
根据题目要求，热水和冷水的质量比为m1/m2，最终混合后的水的质量为m=m1+m2在热量守恒的过程中，热水和冷水的热量损失和增益可以表示为：热水的热量损失：m2*c2*(T2-T)冷水的热量损失：m1*c1*(T1-T)最终混合后水的热量增益：m * c * (T - T_final)其中，c1和c2分别是冷水和热水的比热容，c是水的比热容，T_final是最终混合后水的温度。
根据热量守恒原理，上述三个等式相等，即：m2 * c2 * (T2 - T) + m1 * c1 * (T1 - T) = m * c * (T -T_final)根据题目的要求，可以设定一个初始温度T_initial，然后用迭代的方法将其逼近最终的温度T_final。
假设迭代了n次后，得到的温度值为T(n)。
第一次迭代时，我们可以将初始温度T_initial代入上述方程，解出T(1)，即m2 * c2 * (T2 - T1) + m1 * c1 * (T1 - T_initial) = m * c * (T1 - T(1))通过上述方程，可以解出T(1)，然后将T(1)代入方程，继续迭代，直到温度的变化在一定范围内不再改变，这个范围可以是很小的一个数值，比如0.001度。
通过这一迭代的过程，我们就可以计算出混合后水的温度T_final。
需要注意的是，在实际计算中，除了使用上述的迭代方法外，还需要考虑一些其他的因素。
冷热水混合水温公式
冷热水混合水温公式- 设冷水的质量为m_1，温度为t_1；热水的质量为m_2，温度为t_2。
混合后的水温为t。
- 根据热量守恒定律，热水放出的热量等于冷水吸收的热量。
- 热量的计算公式为Q = cmΔ t（c为比热容，水的比热容c =4.2×10^3J/(kg·^∘C)）。
- 热水放出的热量Q_放 = c m_2(t_2 - t)。
- 冷水吸收的热量Q_吸 = c m_1(t - t_1)。
- 因为Q_放=Q_吸，所以cm_2(t_2 - t)=cm_1(t - t_1)。
- 化简可得m_2(t_2 - t)=m_1(t - t_1)。
- 进一步展开得到m_2t_2 - m_2t=m_1t - m_1t_1。
- 移项可得m_1t+m_2t = m_1t_1+m_2t_2。
- 最终混合水温t=(m_1t_1 + m_2t_2)/(m_1 + m_2)。
2. 公式应用示例。
- 例如，有2kg温度为20^∘C的冷水和3kg温度为80^∘C的热水混合。
- 这里m_1 = 2kg，t_1 = 20^∘C，m_2 = 3kg，t_2 = 80^∘C。
- 根据公式t=(m_1t_1 + m_2t_2)/(m_1 + m_2)，代入数值可得：- t=(2×20 + 3×80)/(2 + 3)=(40+240)/(5)=(280)/(5)=56^∘C。
3. 注意事项。
- 在使用这个公式时，要确保各物理量的单位统一，质量单位为kg，温度单位为^∘C。
- 该公式是在不考虑热量散失到外界环境的理想情况下推导出来的，如果实际情况中有热量散失，计算结果会有偏差。
冷热水混合器流动传热特性的数值模拟
冷热水混合器流动传热特性的数值模拟郑平;苏盟盟【摘要】Presently,the constant temperature hot water mixer was produced,because the central hot water engineering was developing towards large-scale automation and humanization.The mixer was automatic temperature control equipment,which was the supporting facility of water system.RNG k-ε turbulence model in CFD software was used,and three-dimensional numerical simulation was carried out on the hot and cold water mixer.The flow field and temperature field were analyzed,and the influence of inlet diameter, speed, and temperature on flow field distribution and mixing effect was found out simultaneously.The results could truly reflect the complex flow in the mixer and provide a theoretical basis for studying deeply about the design and improvement of mixer in the future.%目前，中央热水工程向大型自动化和人性化方向发展，工程恒温热水混合器应运而生，它是供水系统专门配套的全自动洗浴水温控制设备。
最新二维冷、热混合器的流动与传热特性分析
二维冷、热混合器的流动与传热特性分析计算流体力学二维冷、热混合器的传热及流动特性班级：硕动力143班学号：2142214047姓名：孙苗青摘要在工程和生活中，冷、热混合器内的流动是最常见也是最简单的一种流动。
本文用Fluent软件来模拟研究二维冷、热混合器内的传热及流动特性，主要对速度分布、温度分布以及出流口截面上的温度、压力及速度分布情况作出分析。
首先在Gambit里建立物理模型，建立二维冷、热混合器的物理模型，并划分四叉树、三角化和混合型三套网格。
选用能量守恒方程，分别对三套网格下，冷、热混合器内部流体进行模拟分析，并在FLUENT软件中以直观的方式表示出了在K-epsilon湍流模型下，三套不同网格在混合器内的流动状况以及在四叉树网格下，设置Spalart-Allmaras湍流模型下表示出混合器内的流动情况。
分析讨论并比较所得到的数值模拟结果的准确性。
关键词：FLUENT；冷、热混合器；数值模拟目录1.1 课题提出的意义 (1)1.2 直接数值模拟方法简介 (1)1.3 主要研究内容 (1)2.1 FLUENT简介 (2)2.2 FLUENT的计算过程 (3)2.3 控制方程 (4)1、在K-epsilon湍流模型下计算四叉树网格 (6)4.2.1在K-epsilon湍流模型下分析三种网格的计算结果 (8)4.2.2在四叉树网格下分析两种湍流模型的计算结果 (11)5.1 总结 (15)1.1 课题提出的意义 (1)1.2 直接数值模拟方法简介 (1)1.3 主要研究内容 (1)2.1 FLUENT简介 (2)2.2 FLUENT的计算过程 (3)2.3 控制方程 (4)1、在K-epsilon湍流模型下计算四叉树网格 (6)4.2.1在K-epsilon湍流模型下分析三种网格的计算结果 (8)4.2.2在四叉树网格下分析两种湍流模型的计算结果 (11)5.1 总结 (15)1绪论1.1 课题提出的意义对水流进行数值模拟的一个有效的工具是fluent 将其应用于计算流体动力学进行数值模拟，可以方便地计算出各项水流参数的全场分布，具有计算快速，简捷，数值精度较高等优点。
热水和冷水混合温度计算
热水和冷水混合温度计算热水和冷水混合温度计算在日常生活中，我们经常需要将热水和冷水混合使用，比如洗澡、泡茶等等。
那么，如何准确地计算混合后的水温呢？下面就为大家介绍一种简单而又实用的计算方法。
首先，我们需要知道热水和冷水的温度，假设热水的温度为Th℃，冷水的温度为Tc℃，要计算混合后的水温Tm℃。
那么，我们就可以使用下面的公式：Tm = (Vh * Th + Vc * Tc)/(Vh + Vc)其中，Vh代表热水的体积，Vc代表冷水的体积。
根据实际情况，可以选择使用毫升、升、或者其他单位来表示体积。
在使用上述公式计算时，还需要注意以下几点：1. 温度的单位要统一，确保热水和冷水的温度单位相同，例如都是摄氏度或者华氏度。
2. 体积的单位也要统一，确保热水和冷水的体积单位相同，不同单位的体积需要进行转换。
3. 如果热水和冷水的体积不小心写反了，那么计算结果也会有误差。
所以，在计算前一定要确认热水和冷水的体积没有搞混。
此外，我们还可以通过观察混合后水的颜色和触感来判断混合后的温度。
一般来说，如果热水的体积较大，那么混合后的水温会更接近热水的温度；反之，如果冷水的体积较大，混合后的水温会更接近冷水的温度。
但是这种方法只能提供一个大概的温度范围，并不准确。
最后，为了确保计算结果的准确性，我们还可以使用温度计来验证。
在将热水和冷水混合后，用温度计测量混合后的水温，与之前使用公式计算的结果进行对比。
如果两者相差不大，那么计算结果可以认为是准确的。
总之，通过上述的计算方法和注意事项，我们可以准确地计算出热水和冷水混合后的水温。
在实际生活中，我们可以根据需要调整热水和冷水的体积，以获得适合我们的温度。
冷热水混合淋浴器原理
冷热水混合淋浴器原理冷热水混合淋浴器，顾名思义，是一种可以将冷热水进行混合的设备，用于淋浴时提供适宜的水温。
下面将为您解释冷热水混合淋浴器的工作原理。
冷热水混合淋浴器主要由进水管道、冷水阀、热水阀、混合阀、喷头和控制开关等组成。
当淋浴准备开始时，水通过进水管道进入淋浴器内部。
进入淋浴器的冷水和热水分别通过冷水阀和热水阀进入混合阀。
冷水阀和热水阀的作用是控制冷水和热水的流量，以便在混合阀中得到所需的水温。
通过调节冷水阀和热水阀的开度，可以控制水温的变化。
例如，如果希望水温升高，可以增加热水阀的开度，减小冷水阀的开度。
混合阀是冷热水混合淋浴器中最关键的部分。
混合阀的作用是将冷水和热水进行混合，使得淋浴出来的水温适宜。
混合阀内部通常包含一个调节阀芯和一个温度传感器。
调节阀芯的作用是根据送入混合阀的冷水和热水的流量自动调节冷水和热水的比例，以达到设定的水温。
调节阀芯通常由金属材料制成，可以通过手动旋转或电动驱动来实现温度调节。
温度传感器是用来检测混合阀内淋浴水温度的装置。
它通常位于混合阀出口处，可以实时测量淋浴水的温度。
通过温度传感器的信号，冷热水混合淋浴器可以控制冷水阀和热水阀的开度，从而调节水温的变化。
淋浴器的控制开关通常位于混合阀的底部。
通过控制开关的开合，可以控制水的流量和开启/关闭喷头来实现淋浴的开始和结束。
当使用者调节冷热水混合淋浴器时，根据预设的水温要求，调节阀芯会根据温度传感器的读数自动调节冷水和热水的流量，以获得预期的淋浴水温。
一旦调节阀芯达到预设的水温，校准后，冷热水混合淋浴器会稳定提供符合要求的热水。
总结起来，冷热水混合淋浴器的工作原理是通过调节冷水和热水的流量，利用混合阀将两者进行混合，并通过温度传感器实时检测和调节水温，从而实现提供适宜水温的淋浴体验。
这种工作原理使得冷热水混合淋浴器成为现代家庭必备的浴室设备，为人们提供舒适愉悦的淋浴体验。
不同温度水混合温度计算
不同温度水混合温度计算
不同温度水混合温度的计算方法需要考虑到水的热容以及体积比，以下是具体的计算步骤：
1. 确定混合水的质量：根据实际情况确定需要混合的不同温度水的质量，可以通过称重或者直接估算的方法来得到。
2. 计算混合水的比热容：由于不同温度的水具有不同的热容，因此需要先计算出混合水的比热容。
比热容可以通过不同温度水的密度和比热容值来计算，比如对于100°C的水和20°C的水混合后得到60°C的混合水，可以按照以下方法计算：
假设100°C的水质量为m1，比热容为c1，20°C的水质量为m2，比热容为c2，最终混合水的质量为m，混合后水的温度为T，则有：
m = m1 + m2 （混合水的质量等于不同温度水的质量之和）
c = (m1×c1 + m2×c2)/m （混合水的比热容等于加权平均数）
Q = mcΔT （混合水的热量等于质量×比热容×温度差）
其中，Q是混合后水的热量，ΔT为温度差，可以根据以下公式计算：
ΔT = T - （m1×c1×T1 + m2×c2×T2）/ mc
其中，T1和T2分别为不同温度水的初始温度。
3. 计算混合水的最终温度：将上一步中的ΔT带入以下公式中即可计算出混合水的最终温度：
T = （m1×c1×T1 + m2×c2×T2 + Q）/ mc
以上就是不同温度水混合温度的计算方法，需要注意的是，在实际计算中要注意使用正确的单位，并根据不同情况进行调整，例如考虑水的蒸发或者水的阴影效应等。
工厂热水系统温度参数确定
工厂热水系统温度参数确定
刘宗涛;古波
【期刊名称】《甘肃科技》
【年(卷),期】2000(16)5
【摘要】@@ 采暖设计手册中热水采暖一般有两种不同参数的介质温度供选择.高温热水采暖介质的温度为90～130℃,低温热水采暖介质的温度为7O～95℃.但机械地采用70～95℃参数或简单的按一个给定供回水温差来确定热水采暖参数是不对的,应随着热水采暖系统热负荷的大小、热用户的分布密度、网路的作用半径、用户系统内散热设备的形式及热力管道的敷设方法等因素的变化而变化,因此在确定了网路的计算给水温度以后,应该对每个具体的热水采暖系统进行经济分析,以确定其经济的网路计算回水温度.
【总页数】1页(P21)
【作者】刘宗涛;古波
【作者单位】兰州炼油化工设计院;兰州炼油化工设计院
【正文语种】中文
【中图分类】TK112
【相关文献】
1.低温热水地面辐射供暖系统供回水温度的确定 [J], 王会斌
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3.空气源热泵热水系统储热水箱温度分层数值仿真 [J], 谭诒煌;曹小林;孙炜;范轩
4.冷热水混合器出水温度控制系统参数估计方法 [J], 孟庆龙;王元;闫秀英
5.太阳能是一种巨大的、无污染、廉价的自然能源。
利用太阳能将节约大量的常规能源,是节能的有效手段。
随着太阳能热水系统被越来越多地采用,太阳能加热水已是最成功的太阳能利用技术之一。
然而,太阳能热水系统的经济性能,特别是确定它能否与常规能源设备相竞争,在很大程度上取 [J], 朱万军
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过程的控制系统辨识，是一种可行的方法． 将计算流体动力学与系统辨识理论结合进行控
制系统建模，是近几年兴起的一种新建模方法：１９９４ 年，美国ＮＡＳＡ的Ｃｈｉｃａｔｅｌｌｉ等人［１ｊ首次将ＣＦＤ技 术与控制理论相结合，提出一种用于飞行器推进控 制系统的建模方法；１９９８年，Ｐｅｎｇ等人［２］利用ＣＦＤ
定义伞局变量 及系统参数初值
幂毛雨珏再磊再ｂ＝＝］Ｌ—也始化变量
求解Ｎ—ｓ方程 质量方程
（修正速度项）
例能量方程 Ｉ
二二［ 解
其他输运方程
修正物质属性
啭 是丫
执行宏 Ｅｘｅｃｕｔｅ ａｔ ｅｎｄ
工定义系统干扰
定义系统输入
未瓤科 ：（在线参数估计算法）：
Ｉ｛“（ｆ），“ｆ）｝： ｎ两蕊司
ｌ∞），翮｝：
ｅｓｔｉｍａｔｉｏｎ；ｈｏｔ ａｎｄ Ｃ００１ ｗａｔｅｒ ｍｉｘｔｕｒｅ
系统辨识是基于被控系统输入输出数据的物理 实验技术，而计算流体力学（ＣＦＤ）可以认为是针对 流体流动过程进行的以机理建模为基础的“虚拟”实 验．依赖实验研究获取流动数据进行模型辨识耗时 且成本高昂，利用ＣＦＤ进行瞬态模拟并将其产生的 时间序列代替真实的物理实验数据，用于流体流动
系统参数估计值和预测误差变化曲线分别如图 ４和图５所示．由图４可以看出，各参数很快收敛． 参数ａ。在第一阶段收敛后基本不变，参数ａｚ和ｂ· 在系统输入变化时存在波动现象，参数ｂｚ在不同的 阶段有不同的值，说明系统是非线性的．由图５可 知，随着系统各参数收敛到真值，预测误差ａ（ｆ）很快 趋于０，表明预测输出与实际输出有较高的拟合度．
Ｃｏｍｐｕｔａｔｉｏｎａｌ Ｆｌｕｉｄ Ｄｙｎａｍｉｃｓ Ｂａｓｅｄ Ｐａｒａｍｅｔｅｒ Ｅｓｔｉｍａｔｉｏｎ ｏｆ
Ｈｏｔ ａｎｄ Ｃｏｏｌ Ｗａｔｅｒ Ｍｉｘｔｕｒｅ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｓｙｓｔｅｍ
ＭＥＮＧ Ｑｉｎｇｌｏｎ９１，ＷＡＮＧ Ｙｕａｎｌ，ＹＡＮ Ｘｉｕｙｉｎ９２
（１．Ｓｃｈｏｏｌ ｏｆ Ｅｎｅｒｇｙ ａｎｄ Ｐｏｗｅｒ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｘｉ’ａｎ Ｊｉａｏｔｏｎｇ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｘｉ７ａｎ ７１００４９，Ｃｈｉｎａ；２．Ｄｅｐａｒｔｍｅｎｔ ｏｆ Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ ａｎｄ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｘｉ’ａｎ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ａｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒｅ＆Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｘｉ’ａｎ ７１００５５．Ｃｈｉｎａ）
辨识算法的实现提供了一个开发平台．采用的实时 参数估计算法为自适应遗忘因子递推最小二乘
法［９Ｊ．该算法适用于时变系统参数估计，且可以保证
即使系统输人为欠激励时，也能得到可靠的参数估
计值．
图１给出了基于ＣＦＤ数值模拟的系统参数在
线估计方法的实现流程．由图１可以看出，该建模实
现方法可以分为两大部分，即被控对象数值模拟和
“２（￡）＝１＋Ｐ。（￡），ｆｏｒ ｔ Ｅ＜６１，１２０）｝．（３）
Ｕ３（ｆ）＝５＋ｅ。（ｆ）， ｛ｏｒ ｔ Ｅ（１２１，１６０）Ｊ
ＣＦＤ数值模拟的混合器出水温度控制系统响应曲
线与系统输入如图３所示．
嚣
３４０
懿；
３２５
黎
采样步数
（ａ）系统输出——出水温度
５·３
］…… ●３．８
粤
号２．３
０．８ ０
５０
的信息量损失太多，将直接影响模型的精度，有些高
阶的过程也会自动退化成低阶的模型，大大降低模
型的性能．如果采样时间太小，则除了可能碰到硬件
速度和数值计算出现病态等麻烦外，还会显著影响 模型静态增益的估计值．一般来说，采样周期太大和
太小之间的范围是很宽的，可采用以下经验公式
ｔ＝Ｔ９５／（５～１５）
（１）
１００
１５０
采样步数
（ｂ）系统输入——热水流量
图３系统的输入与输出
图２混合器简图
有２种方法可实现对出水温度的控制，即变温 度和变流量控制．本文将建立热水流量一出水温度之 间的动态离散模型．首先，建立ＣＦＤ模型，冷水入口 边界为定常边界条件，即温度为２９０ Ｋ，流速为１ ｍ／ ｓ．利用ＵＤＦ按要求给定非定常的热水入口边界条 件，即将变化的热水流量作为系统输入，其温度为 ３５０ Ｋ．然后，进行ＣＦＤ模拟得到数值响应结果，其 中设定的时间步长为ｌ Ｓ，为保证每个时间步内计算 收敛：每个时间步的最大迭代步数定为２０步．本文 将出口温度作为系统输出．研究热水流量阶跃输入 下出水温度的响应发现，其动态过程具有二阶系统
式中：ｔ表示采用周期；７＂９ｓ是过程阶跃响应达到
９５％时的调节时间．
该方法的核心部分是合理地使用ＵＤＦ实现在
线辨识算法，因此要实时获得系统的输入输出对
｛牙（ｆ），夕（￡）｝，并保存其前ｋ步（大小视需要而定） 数据．
２仿真实例
下面以小型冷热水混合器出水温度控制为例， 说明基于ＣＦＤ数值模拟的系统参数在线估计方法 的可行性．混合器简图［１１］如图２所示．
本文针对基于ＣＦＤ的系统辨识建模方法，将递 推辨识算法嵌人ＣＦＤ数值模拟软件ＦＬＵＥＮＴ中， 实现了系统参数的在线实时估计，并以冷热水混合 器出水温度控制为例，说明了该方法的可行性．
１基于ＣＦＤ数值模拟的在线系统 参数估计
基于ＣＦＤ数值模拟的系统辨识建模方法兼顾 了系统内部和外部的特性．ＣＦＤ模型基于质量守 恒、动量守恒、能量守恒定律和传热传质原理，反映 了被控系统的内部特征，系统辨识提取ＣＦＤ数值模 拟的数据，经过必要的数据处理得到反映被控系统 外部特征的模型，可以说基于ＣＦＤ的系统辨识建模 方法是一种“灰箱”建模方法（亦称作基于数据的机 理建模法．
系统实时参数估计实现，前者由ＦＬＵＥＮＴ实现，后
者由用户自定义函数ＵＤＦ来实现．实现过程如下： 在ＵＤＦ中给定系统输入“（￡）和干扰信号Ⅲ（ｆ），将
其作为ＣＦＤ数值模拟的边界条件；设定ＣＦＤ模型
的各种参数（物性参数，求解器参数，湍流模型等）后
进行数值模拟；在模拟过程中，ＵＤＦ按照设定的采
样周期（即ＦＬＵＥＮＴ中的时间步长）实时采集数值
收稿日期：２００８—０２—２７． 作者简介：孟庆龙（１９７９－－），男，博士生；王元（联系人），男，教授，博士生导师． 基金项目：国 家科技攻关“十五”计划专项经费资助项目（２００４ＢＡ９０１Ａ２１）；新疆维吾尔自治区“十五”攻关重大项目（２００８３３１２１）．
万方数据
第１１期
孟庆龙，等：的冷热水混合器出水温度控制系统参数估计方法
第４２卷第ｎ期 ２００８年１１月
西 安 交 通 大 学 学 报Ｖ０１．４２ Ｎ０１１
ＪＯＵＲＮＡＬ ＯＦ ＸＩ ７ＡＮ ＪＩＡＯＴＯＮＧ ＵＮＩＶＥＲＳＩＴＹ
Ｎｏｖ．２００８
冷热水混合器出水温度控制系统参数估计方法
孟庆龙１，王元１，闰秀英２ （１．西安交通大学能源与动力工程学院，７１００４９，西安；２．西安建筑科技大学
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ａ ｃｏｍｐｕｔａｔｉｏｎａｌ ｆｌｕｉｄ ｄｙｎａｍｉｃｓ（ＣＦＤ）ｂａｓｅｄ ｓｙｓｔｅｍ ｉｄｅｎｔｉｆｉｃａｔｉｏｎ ａｐｐｒｏａｃｈ ｗａｓ ｕｓｅｄ ｔｏ ｍｏｄｅｌ ｔｈｅ ｏｕｔｌｅｔ ｗａｔｅｒ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｃｏｎｔｒ０１ ｓｙｓｔｅｍ ｏｆ ａ ｈｏｔ ａｎｄ ｃｏｏｌ ｗａｔｅｒ ｍｉｘｔｕｒｅ ｂａｎｋ．Ａ ｒｅ— ｃｕｒｓｉｖｅ ｓｑｕａｒｅ ｍｅｔｈｏｄ ｆｏｒ ｐａｒａｍｅｔｅｒ ｅｓｔｉｍａｔｉｏｎ ｗａｓ ｅｍｂｅｄｄｅｄ ｉｎ ｔｈｅ ｃｏｍｍｅｒｃｉａｌ ＣＦＤ ｓｏｆｔｗａｒｅ， ＦＬＵＥＮＴ。ｆｏｒ ｏｎ－ｌｉｎｅ ｐａｒａｍｅｔｅｒ ｅｓｔｉｍａｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ ｖｉｒｔｕａｌ ｃｏｎｔｒｏｌ ｓｙｓｔｅｍ．Ｔｈｅ ｒｅｓｕｌｔ ｓｈｏｗｓ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｍｅｔｈｏｄ ｐｒｏｐｏｓｅｄ ｃａｎ ｅｓｔｉｍａｔｅ ｔｈｅ ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ ｏｆ ｔｈｅ ｃｏｎｔｒｏｌ ｓｙｓｔｅｍ ｗｉｔｈｏｕｔ ｔｈｅ ｌｉｍｉｔａｔｉｏｎ ｏｆ ｐｈｙｓｉｃａｌ ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔｓ，ｔｈｅ ｓａｍｐｌｅ ｔｉｍｅ ｉｓ ｄｅｔｅｒｍｉｎｅｄ ｂｙ ｔｈｅ ｔｉｍｅ ｓｔｅｐ ｗｈｉｌｅ ｔｈｅ ｃｏｍｐｕｔａｔｉｏｎ ｔｉｍｅ ｏｆ ＣＦＤ ｄｏｅｓ ｎｏｔ ｉｎｆｌｕｅｎｃｅ ｔｈｅ ｒｅａｌ·，ｔｉｍｅ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ ｏｆ ｐａｒａｍｅｔｅｒ ｅｓｔｉｍａｔｉｏｎ．Ｔｈｅ ｐｒｅｓｅｎｔ ａｐ‘。 ｐｒｏａｃｈ ｉｓ ｖｉａｂｌｅ ｆｏｒ ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄ ｓｙｓｔｅｍｓ ｉｎｖｏｌｖｉｎｇ ｆｌｕｉｄ ｆｌｏｗ ａｎｄ ｈｅａｔ ｔｒａｎｓｆｅｒ． Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｅｏｍｐｕｔａｔｉｏｎａｌ ｆｌｕｉｄ ｄｙｎａｍｉｃｓ；ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｃｏｎｔｒｏｌ；ｓｙｓｔｅｍ ｉｄｅｎｔｉｆｉｃａｔｉｏｎ；ｐａｒａｍｅｔｅｒ
信息与控制丁程学院，７１００５５，西安）
摘要：采用基于计算流体力学（ＣＦＤ）的系统辨识方法，对冷热水混合器出水温度控制系统进行了 建模．结合ＣＦＤ技术与系统辨识理论，将递推参数估计算法嵌入ＣＦＤ数值模拟软件ＦＬＵＥＮＴ中， 实现了基于ＣＦＤ的“虚拟”控制系统的在线参数估计．结果表明：该方法利用ＣＦＤ模拟被控对象， 不受物理实验限制，可以有效地估计控制系统参数；用计算模拟时间步长决定采样时间，而数值模 拟实际计算时间对参数估计的实时性没有影响，即参数估计相对于被模拟的控制对象永远是实时 的；特别是针对流体流动过程的系统建模，该方法是一种可行的选择． 关键词：计算流体力学；温度控制；系统辨识；参数估计；冷热水混合器 中图分类号：ＴＰ２７３；ＴＰ２７１ 文献标志码：Ａ文章编号：０２５３—９８７Ｘ（２００８）１１－１３９８－０５
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模拟结果
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时间步更新 扣＾＋ｌ
系统实时参数估计实现
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被控对象数值模拟