基于dymola的風(fēng)冷質(zhì)子交換膜散熱膜性建立匯總

緒論1.1課題背景隨著時代的發(fā)展變化，當(dāng)今社會逐漸成為了科技為主導(dǎo)知識為力量的新時代，并且這一時代也將繼續(xù)隨著人類的進(jìn)步而進(jìn)一步發(fā)展，然而正式由于當(dāng)前人類的過快發(fā)展和跨越式進(jìn)步使得我們?nèi)祟惡鲆暳撕芏鄸|西，也失去了很多東西，這其中就包括了對于環(huán)境的忽視。由于人們對工業(yè)高度發(fā)達(dá)的負(fù)面影響預(yù)料不夠，預(yù)防不利，導(dǎo)致了全球性的三大危機(jī)：資源短缺、環(huán)境污染、生態(tài)破壞。環(huán)境污染指自然的或人為的破壞，向環(huán)境中添加某種物質(zhì)而超過環(huán)境的自凈能力而產(chǎn)生危害的行為。（或由于人為的因素，環(huán)境受到有害物質(zhì)的污染，使生物的生長繁殖和人類的正常生活受到有害影響。）由于人為因素使環(huán)境的構(gòu)成或狀態(tài)發(fā)生變化，環(huán)境素質(zhì)下降，從而擾亂和破壞了生態(tài)系統(tǒng)和人類的正常生產(chǎn)和生活條件。在20世紀(jì)以來，環(huán)境保護(hù)已經(jīng)成為了全世界人民飯后閑聊，全世界科學(xué)家們重點研究的炙手可熱的話題。環(huán)境污染會給生態(tài)系統(tǒng)造成直接的破壞和影響，比如：沙漠化、森林破壞，也會給人類社會造成間接的危害，有時這種間接的環(huán)境效應(yīng)的危害比當(dāng)時造成的直接危害更大，也更難消除。在全球范圍內(nèi)都不同程度地出現(xiàn)了環(huán)境污染問題，具有全球影響的方面有大氣環(huán)境污染、海洋污染、城市環(huán)境問題等。隨著經(jīng)濟(jì)和貿(mào)易的全球化，環(huán)境污染也日益呈現(xiàn)國際化趨勢，出現(xiàn)的危險廢物越境轉(zhuǎn)移問題就是這方面的突出表現(xiàn)。然而事實上人類過快的跨越式發(fā)展的負(fù)面影響還不止以上這些，事實上過快的發(fā)展也可能同時牽絆了人類發(fā)展的腳步，之前甚至從來沒有納入考慮的資源短缺問題在近幾年的時間里面顯得愈發(fā)突出，同時我們出行，起居期間消耗的能源中絕大多數(shù)都屬于不可再生的化石能源，然而化石能源在使用過程中產(chǎn)生的廢棄物質(zhì)如若處置不當(dāng)依舊會對我們的環(huán)境造成嚴(yán)重的破壞，在這種背景之下，新型能源的呼聲日益升高，然而燃料電池作為新興能源之中的佼佼者，正在逐漸向研究者以外的廣大世人展露它的鋒芒。1.2風(fēng)冷質(zhì)子交換膜燃料電池1.2.1我國PEMFC的發(fā)展現(xiàn)狀燃料電池(FuelCell)是一種將存在于燃料與氧化劑中的化學(xué)能直接轉(zhuǎn)化為電能的發(fā)電裝置。燃料和空氣分別送進(jìn)燃料電池，電就被奇妙地生產(chǎn)出來。它從外表上看有正負(fù)極和電解質(zhì)等，像一個蓄電池，但實質(zhì)上它不能“儲電”而是一個“發(fā)電廠”。但是，它需要電極和電解質(zhì)以及氧化還原反應(yīng)才能發(fā)電。中國最早開展PEMFC研制工作的是長春應(yīng)用化學(xué)研究所，該所于1990年在中科院扶持下開始研究PEMFC，工作主要集中在催化劑、電極的制備工藝和甲醇外重整器的研制已制造出100WPEMFC樣機(jī)。1994年又率先開展直接甲醇質(zhì)子交換膜燃料電池的研究工作。該所與美國CaseWesternReserve大學(xué)和俄羅斯氫能與等離子體研究所等建立了長期協(xié)作關(guān)系。中國科學(xué)院大連化學(xué)物理所于1993年開展了PEMFC的研究，在電極工藝和電池結(jié)構(gòu)方面做了許多工作，現(xiàn)已研制成工作面積為140cm2的單體電池，其輸出功率達(dá)0.35W/cm2。復(fù)旦大學(xué)在90年代初開始研制直接甲醇PEMFC，主要研究聚苯并咪唑膜的制備和電極制備工藝。廈門大學(xué)與香港大學(xué)和美國的CaseWesternReserve大學(xué)合作開展了直接甲醇PEMFC的研究。1994年，上海大學(xué)與北京石油大學(xué)合作研究PEMFC(“八五”攻關(guān)項目)，主要研究催化劑、電極、電極膜集合體的制備燃料電池工藝。北京理工大學(xué)于1995年在兵器工業(yè)部資助下開始了PEMFC的研究，單體電池的電流密度為150mA/cm2。中國科學(xué)院工程熱物理研究所于1994年開始研究PEMFC，主營使用計算傳熱和計算流體力學(xué)方法對各種供氣、增濕、排熱和排水方案進(jìn)行比較，提出改進(jìn)的傳熱和傳質(zhì)方案。天津電源研究所1997年開始PEMFC的研究,擬從國外引進(jìn)1.5kW的電池，在解析吸收國外先進(jìn)技術(shù)的基礎(chǔ)上開展研究。1995年北京富原公司與加拿大新能源公司合作進(jìn)行PEMFC的研制與開發(fā)，5kW的PEMFC樣機(jī)現(xiàn)已研制成功并開始接受訂貨。1.2.2國際PEMFC的發(fā)展?fàn)顩r發(fā)達(dá)國家都將大型燃料電池的開發(fā)作為重點研究項目，企業(yè)界也紛紛斥以巨資，從事燃料電池技術(shù)的研究與開發(fā)，已取得了許多重要成果，使得燃料電池即將取代傳統(tǒng)發(fā)電機(jī)及內(nèi)燃機(jī)而廣泛應(yīng)用于發(fā)電及汽車上。值得注意的是這種重要的新型發(fā)電方式可以大大降低空氣污染及解決電力供應(yīng)、電網(wǎng)調(diào)峰問題，2MW、4.5MW、11MW成套燃料電池發(fā)電設(shè)備已進(jìn)入商業(yè)化生產(chǎn)，各等級的燃料電池發(fā)電廠相繼在一些發(fā)達(dá)國家建成。著名的加拿大Ballard公司在PEMFC技術(shù)上全球領(lǐng)先，它的應(yīng)用領(lǐng)域從交通工具到固定電站，其子公司BallardGenerationSystem被認(rèn)為在開發(fā)、生產(chǎn)和市場化零排放質(zhì)子交換膜燃料電池上處于世界領(lǐng)先地位。BallardGenerationSystem最初產(chǎn)品是250kW燃料電池電站，其基本構(gòu)件是Ballard燃料電池，利用氫氣（由甲醇、天然氣或石油得到）、氧氣（由空氣得到）不燃燒地發(fā)電。Ballard公司正和世界許多著名公司合作以使BallardFuelCell商業(yè)化。BallardFuelCell已經(jīng)用于固定發(fā)電廠：由BallardGenerationSystem，GPUInternationalInc.，AlstomSA和EBARA公司共同組建了BallardGenerationSystem，共同開發(fā)千瓦級以下的燃料電池發(fā)電廠。經(jīng)過5年的開發(fā)，第一座250kW發(fā)電廠于1997年8月成功發(fā)電，1999年9月送至IndianaCinergy，經(jīng)過周密測試、評估，并提高了設(shè)計的性能、降低了成本，這導(dǎo)致了第二座電廠的誕生，它安裝在柏林，250kW輸出功率，也是在歐洲的第一次測試。很快Ballard公司的第三座250kW電廠也在2000年9月安裝在瑞士進(jìn)行現(xiàn)場測試，緊接著，在2000年10月通過它的伙伴EBARABallard將第四座燃料電池電廠安裝在日本的NTT公司，向亞洲開拓了市場。在不同地區(qū)進(jìn)行的測試將大大促進(jìn)燃料電池電站的商業(yè)化。第一個早期商業(yè)化電廠將在2001年底面市。下圖是安裝在美國Cinergy的Ballard燃料電池裝置，正在測試。在美國，PlugPower公司是最大的質(zhì)子交換膜燃料電池開發(fā)公司，他們的目標(biāo)是開發(fā)、制造適合于居民和汽車用經(jīng)濟(jì)型燃料電池系統(tǒng)。1997年，PlugPower模塊第一個成功地將汽油轉(zhuǎn)變?yōu)殡娏?。PlugPower公司開發(fā)出它的專利產(chǎn)品PlugPower7000居民家用分散型電源系統(tǒng)。商業(yè)產(chǎn)品在2001年初推出。家用燃料電池的推出將使核電站、燃?xì)獍l(fā)電站面臨挑戰(zhàn)，為了推廣這種產(chǎn)品，1999年2月，PlugPower公司和GEMicroGen成立了合資公司，產(chǎn)品改稱GEHomeGen7000，由GEMicroGen公司負(fù)責(zé)全球推廣。此產(chǎn)品將提供7kW的持續(xù)電力。GE/Plug公司宣稱其2001年初售價為$1500/kW。他們預(yù)計5年后，大量生產(chǎn)的燃料電池售價將降至$500/kW。假設(shè)有20萬戶家庭各安裝一個7kW的家用燃料電池發(fā)電裝置，其總和將接近一個核電機(jī)組的容量，這種分散型發(fā)電系統(tǒng)可用于尖峰用電的供給，又因分散式系統(tǒng)設(shè)計增加了電力的穩(wěn)定性，即使少數(shù)出現(xiàn)了故障，但整個發(fā)電系統(tǒng)依然能正常運(yùn)轉(zhuǎn)。在Ballard公司的帶動下，許多汽車制造商參加了燃料電池車輛的研制，例如：Chrysler(克萊斯勒)、Ford(福特)、GM(通用)、Honda(本田)、Nissan(尼桑)、VolkswagenAG(大眾)和Volvo(富豪)等，它們許多正在使用的燃料電池都是由Ballard公司生產(chǎn)的，同時，它們也將大量的資金投入到燃料電池的研制當(dāng)中，克萊斯勒公司給Ballard公司注入4億5千萬加元用于開發(fā)燃料電池汽車，大大的促進(jìn)了PEMFC的發(fā)展。1997年，Toyota公司就制成了一輛RAV4型帶有甲醇重整器的跑車，它由一個25kW的燃料電池和輔助干電池一起提供了全部50kW的能量，最高時速可以達(dá)到125km/h，行程可達(dá)500km。這些大的汽車公司均有燃料電池開發(fā)計劃，雖然燃料電池汽車商業(yè)化的時機(jī)還未成熟，但幾家公司已確定了開始批量生產(chǎn)的時間表，Daimler-Benz公司宣布，到2004年將年產(chǎn)40000輛燃料電池汽車。因而未來十年，極有可能達(dá)到100000輛燃料電池汽車。1.2.3風(fēng)冷PEMFC研究現(xiàn)狀質(zhì)子交換膜燃料電池工作時會同時產(chǎn)生一定的熱量，如果質(zhì)子交換膜燃料電池的所有反應(yīng)焓都轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔?，則電堆的輸出電壓在水以液態(tài)形式排出時為1.48V或水以氣態(tài)形式排出時電壓為1.25V。實際的電池電壓與這兩個值存在很大的差別，原因是能量有一部分沒有轉(zhuǎn)化成電能，而是以熱的形式放出來了。常規(guī)燃料電池電堆會有專門的冷卻系統(tǒng)來冷卻電堆，冷卻介質(zhì)為液體，如水等。這樣會增加系統(tǒng)的復(fù)雜程度，尤其在小型燃料電池中。風(fēng)冷燃料電池的冷卻采用冷卻介質(zhì)風(fēng)來冷卻電堆。風(fēng)冷電堆的冷卻有兩種，第一種風(fēng)冷電堆其陰極流道既為反應(yīng)氣體通道，同時也是冷卻流道，稱為陰極空氣冷卻法，；第二種風(fēng)冷電堆反應(yīng)氣體流道和冷卻氣體流道分開，為反應(yīng)空氣與冷卻空氣分離法。陰極空氣冷卻法風(fēng)冷電堆的結(jié)構(gòu)簡單，電堆主體結(jié)構(gòu)相對第二種要小，但是電池的控制策略將會很復(fù)雜。反應(yīng)空氣與冷卻空氣分離法風(fēng)冷電堆的電堆主體體積相對第一種電堆主體體積要大，這是因為反應(yīng)空氣與冷卻空氣分離以后，電池必須開出獨(dú)立的冷卻氣體流道，來對電堆進(jìn)行冷卻，其優(yōu)點是其電堆運(yùn)行的控制較陰極空氣冷卻法電堆簡單。在風(fēng)冷電堆中，電堆的供氧和冷卻是由風(fēng)量控制的。因此，風(fēng)冷電堆的空氣流量研究就顯得很必要。A．Schmitz,JournalofPowerSources118(2003)162-171等人設(shè)計的電池和D．T．SantaRosa,IntemationalJournalofHydrogenEnergy32(2007)4350—4357等人設(shè)計了一個風(fēng)冷電堆對風(fēng)量的研究也只是采取的控制風(fēng)扇電壓，從而得出最適合電堆的風(fēng)扇電壓，沒有定量的給出采取多大風(fēng)量的情況下電堆性能最好。并且對風(fēng)量研究局限于什么風(fēng)量對于其研究的電池的性能最好，沒有考慮綜合因素對電堆性能的影響。對于風(fēng)冷電堆的流場結(jié)構(gòu)對電堆性能影響，A．Schmitz，JoumalofPowerSources118(2003)162—171等人中提出了一種自呼吸的燃料電池，認(rèn)為陰極開口率越大，其電池的性能越高。此時的空氣是由于自然流動，因此，開孔率大的性能最好。Dymola軟件背景介紹Modelica語言Modelica建模語言由瑞典Link?ping的非贏利組織Modelica協(xié)會開發(fā)，是一種適用于大規(guī)模復(fù)雜異構(gòu)物理系統(tǒng)建模的面向?qū)ο笳Z言，可以免費(fèi)使用。Modelica可以滿足多領(lǐng)域建模需求，例如機(jī)電模型（機(jī)器人、汽車和航空應(yīng)用中的機(jī)電系統(tǒng)包含了機(jī)械、電子、液壓和控制子系統(tǒng)）、過程應(yīng)用、電力發(fā)電和輸送等。Modelica模型的數(shù)學(xué)描述是微分、代數(shù)和離散方程（組），相關(guān)的Modelica工具能夠決定如何自動求解方程變量，因而無需手工處理。對具有超過10萬個方程的大規(guī)模模型，可以使用專門的算法進(jìn)行有效處理。Modelica適用于半實物仿真和嵌入式控制系統(tǒng)。Modelica庫包含了大量的模型，其中，開放的Modelica標(biāo)準(zhǔn)庫包括了不同物理領(lǐng)域的920個元件模型，具有620種功能。Modelica是一個開放的物理建模平臺，可用于許多商業(yè)軟件，例如：MWorks(中國),SimulationX,CATIASystems,Dymola,AMESim,JModelica,MapleSim,MathModelica,OpenModelica,SCICOS及Vertex。通過MWorks(中國)、SimulationX,Dymola,MapleSim或Vertex，可以將Modelica導(dǎo)入到Simulink中。目前，越來越多的行業(yè)開始使用Modelica語言進(jìn)行模型開發(fā)。尤其是汽車領(lǐng)域，例如：Audi,BMW,Daimler,Ford,Toyota,VW等世界知名公司都在使用Modelica來開發(fā)節(jié)能汽車、改善車輛空調(diào)系統(tǒng)等。非營利國際組織Modelica協(xié)會對Modelica進(jìn)行開發(fā)和維護(hù)并公開它的標(biāo)準(zhǔn)程序庫。Modelica語言令人信服的原因主要有以下幾點。第一，也是最重要的是它的技術(shù)實力。Modelica編譯器在后臺運(yùn)行復(fù)雜的算法，使得工程師可以將工作重點放在組件特性的數(shù)學(xué)描述上，以獲得高性能的仿真速度。而工程師不需要具備某些相關(guān)領(lǐng)域的高深知識，例如微分代數(shù)方程組、符號運(yùn)算、數(shù)值求解、代碼生成、后處理等。Modelica語言在技術(shù)實現(xiàn)上能成功的關(guān)鍵是它支持廣泛的建模形式，即Modelica語言支持在混合微分代數(shù)方程組中同時描述連續(xù)和離散特性。Modelica語言支持在同一模型中同時使用因果（通常用于控制系統(tǒng)設(shè)計）和非因果（通常用于創(chuàng)建面向原理的物理模型設(shè)計）的建模方法。最后，Modelica語言另一個引人注目的事實是：Modelica從一開始就是作為開放的語言標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計的。Modelica語言規(guī)范可以免費(fèi)獲得。這大大激勵了工具供應(yīng)商支持Modelica模型導(dǎo)入、導(dǎo)出的熱情（因為不需要強(qiáng)制支付任何形式的版稅）。Modelica絕對是一種理想的建模語言，它幾乎可以用于所有工程領(lǐng)域的系統(tǒng)特性建模。單純使用Modelica語言就可以完美的支持物理模型設(shè)計和控制模型設(shè)計。同時，Modelica語言也是多領(lǐng)域的，因此它不會人為地限制其應(yīng)用的工程領(lǐng)域或系統(tǒng)。綜上所述，Modelica語言提供了一整套用于建立集總參數(shù)模型的方法，幾乎涉及所有的工程應(yīng)用系統(tǒng)。Dymola軟件介紹及其優(yōu)勢新型仿真軟件Dymola適用于各種物理系統(tǒng)的建模仿真，尤其是像動力系統(tǒng)這種涉及熱力、機(jī)械、液壓及電等領(lǐng)域的復(fù)雜系統(tǒng)的建模和仿真。它運(yùn)用了面向?qū)ο蠛兔嫦蚍匠探７椒?。因此具有下列?yōu)點：（1）模塊化，模塊的內(nèi)部狀態(tài)和實現(xiàn)完全封閉在模塊內(nèi)，模塊之間通過接口傳遞信息，接口定義了模塊間的關(guān)系；（2）繼承性和分層結(jié)構(gòu)，允許對已有模塊通過繼承、重載構(gòu)造新的模塊；（3）非因果關(guān)系，即接口實現(xiàn)了數(shù)據(jù)的雙向流動，方程處理器自動實現(xiàn)微分代數(shù)方程（DAE，Differential-AlgebraicEquation）到常微分方程（ODE，OrdinaryDifferentialEquation）的轉(zhuǎn)變，而不像傳統(tǒng)的軟件那樣，只能實現(xiàn)數(shù)據(jù)的單向流動，更需要人為實現(xiàn)這一轉(zhuǎn)變；（4）附帶可真正重復(fù)使用的模型庫，從而大大方便了各個領(lǐng)域?qū)＜覍W(xué)者的使用。目前Dymola的模型庫包括Modelica標(biāo)準(zhǔn)庫（基本的電、機(jī)械和控制等模塊庫）、ThermoFluid（熱流體）庫、Hydraulic（液壓）庫等。Dymola的以下一些特點[34]更顯示了其快速建模的優(yōu)越性：（1）大型、復(fù)雜、多領(lǐng)域系統(tǒng)的建模。DAE方程的自動轉(zhuǎn)變功能有利于快速建立大型復(fù)雜系統(tǒng)，標(biāo)準(zhǔn)化的模塊接口連接，可以實現(xiàn)多領(lǐng)域的模型在同一平臺的仿真。（2）快速的圖形化建模。Dymola系統(tǒng)具有豐富的圖形功能，在Windows下具有良好的用戶界面，而且提供了豐富的圖形界面設(shè)計函數(shù)。圖形化建模過程為：將軟件庫瀏覽器內(nèi)的已有部件模塊拖入建模平臺，模塊的同類接口直接用連線連接，用鼠標(biāo)點擊模塊后出現(xiàn)對話框，以設(shè)置模塊參數(shù)。（3）快速仿真——符號化前處理（symbolicpre-processing）。具有“統(tǒng)一建模語言”UML（UnitedModelingLanguage）的特點，它給出一套建模的元素及表示符號，并定義了它們的語義。（4）開放式用戶界面。用戶可以通過擴(kuò)充等方式對已有組件進(jìn)行修改，甚至構(gòu)造新的模塊，提高了模塊的重復(fù)使用性。（5）開放式程序接口。具有Dymola-Simulink接口，可直接實現(xiàn)Dymola模塊與Simulink的連接；同時Dymola還可以與C或FORTRAN實現(xiàn)無縫聯(lián)結(jié)。對熟悉C和FORTRAN語言編程的人來說，可輕而易舉的將以前編寫的C、FORTRAN語言程序移植到Dymola中。（6）三維動畫。（7）實時仿真。1.4本文研究的主要內(nèi)容質(zhì)子交換膜燃料電池的關(guān)鍵在于質(zhì)子交換膜的使用控制，溫度過高的話質(zhì)子交換膜會發(fā)生變性，造成不可修復(fù)性的創(chuàng)傷使得質(zhì)子交換膜失活，因此對于散熱系統(tǒng)的徹底分析和良好控制是非常具有必要性的，本文之中將會介紹基于動態(tài)仿真軟件dymola的基礎(chǔ)上對于風(fēng)冷PEMFC（質(zhì)子交換膜燃料電池）散熱系統(tǒng)的分析及控制，在dymola平臺之上可以更加直觀的看到不同工況下散熱效果并且可以簡易的對工況進(jìn)行修改來得到不同情況之下的仿真。Dymola軟件使用方法入門Dymola這款軟件的受眾面實際上非常廣，凡是涉及到熱力，機(jī)械，液壓，電等多領(lǐng)域復(fù)雜綜合類型模型建模的時候Dymola軟件都能有出眾的表現(xiàn)并且對于實物而言，本軟件基礎(chǔ)之下搭建出來的模型都有著較高的還原性，對于之后對于實際操作實驗的時候有著較大的輔助意義。在很多汽車，航天公司都在使用Dymola軟件進(jìn)行產(chǎn)品的模型測試和仿真，而我們對于Dymola軟件的使用還都十分生疏，甚至有些人對于這一款軟件是聞所未聞的，同時這款軟件的建模形式相比于MATLAB等軟件有著一些區(qū)別，因此我在這一章的內(nèi)容內(nèi)會通過軟件內(nèi)部自身帶有的Demo和幾個簡單的模型來介紹這款軟件的界面布局，選擇操作還有一些設(shè)定等簡單的使用方法。2.1Dymola軟件的版面介紹Dymola軟件中主要分為兩大板塊：模型搭建和模型仿真。使用者需要首先草擬想要搭建出的模型大致需要的功能，之后在左側(cè)欄中的packagebrowser中的模型庫中選擇與自己想要搭建的模型相吻合的模塊加入到軟件的編輯欄里面，Dymola軟件每次重新打開或者打開一個搭建好的模型時候都會自帶一個名為Unnamed的空白模型頁，我們可以使用這個空白模型頁進(jìn)行模型的搭建，當(dāng)然我們也可以在頂部菜單欄里面選擇File>new>model來新建一個模型的空白頁作為之后的模型編輯，需要注意的是新建的模型命名是首字母不可以是數(shù)字，并且整個模型名稱里面不能夠有中文，在命名時彈出來的對話框里面我們可以對空白模型添加一些描述，也可以讓這個模型隸屬于某一個package里面作為我們自己編組的模型庫使用。2.1.1Dymola中modeling部分簡介首先來看一下這款軟件中modeling部分，打開軟件后我們可以看到軟件的右下方有modeling和simulation兩個按鈕，軟件打開之后默認(rèn)處于modeling界面，這是很合理的，因為我們只有在modeling界面里面完成了模型的搭建之后才可以再simulation中進(jìn)行仿真和三維動畫的演示操作。為了更好地了解Dymola軟件中modeling中的相關(guān)內(nèi)容我們來通過一個軟件內(nèi)部自帶的Demo來進(jìn)一步了解。選擇File>demo>robot來調(diào)出下圖中的這個機(jī)械臂仿真模型。如上圖所示，我們可以看到機(jī)械臂的模型搭建部分，最左側(cè)是一個集總電路，最上面連接一個起始的輸入信號來使整個機(jī)械臂運(yùn)行起來，下面連接有6個軸，每個單獨(dú)的軸都是需要之前完成內(nèi)部搭建的。當(dāng)我們想要調(diào)用dymola軟件里面其他的模型庫時可以選擇File>libraries，里面會有已購買的模型庫（aircondition，fuelcell，thermalfulid等）。選定與我們模型形式相符的demo之后因為工況等情況很難完全吻合于我們實際的模型，我們可以通過在packagebrowser欄里面右鍵所需模型選擇New>duplicatedclass可以獲得一個新的可編譯的模型，不過這其中需要注意的是有些模型存在保護(hù)，我們只能在在上面添加模塊而不能刪除或者修改本來就已經(jīng)存在于模型當(dāng)中的模塊。Dymola軟件的modeling層面中主要分為圖形層，模塊層，文本層和代碼層，打開一個模型之后默認(rèn)處在的是modeling界面的模塊層，之后我們可以通過頂部工具欄里面Icon，Diagram，Documentation，ModelicaText四個按鈕來切換各個層面。上圖所示為圖形層的界面，通過工具欄中的Icon按鈕可以切換到本層面，圖形層存在的目的是為了讓我們在編輯完成模型之后可以對模型的實際形象進(jìn)行描繪，比如我們打完一個風(fēng)扇里面的電路結(jié)構(gòu)之后在圖形層里面繪制出一個風(fēng)扇的樣子，這樣之后在用該風(fēng)扇模型作為其他模型的零部件時方便辨別。圖形層圖案的繪制是通過頂部工具欄里面的繪圖工具繪制出來。文本層面中主要是對與模型的介紹和說明，其中包括了模型的功能和涉及領(lǐng)域以及部分使用方法，還有對于模型中涉及到的參數(shù)的描述，這部分內(nèi)容如果我們是從0開始搭建一個模型的話，都是需要我們自己編輯的，還有一些相關(guān)公式也可能涉及。調(diào)用出來的模型文本層的內(nèi)容和我們右鍵模型模塊選擇Info之后出現(xiàn)的對話框內(nèi)部內(nèi)容相同。代碼層中的內(nèi)容可以說和模型層里面內(nèi)容一樣，都是本軟件的核心部分，本軟件我們可以使用modelica語言直接編譯成為模型使用，軟件里面拉入模型在模型層面里面可以在代碼層里面生成相應(yīng)代碼，同時在代碼層里面編譯的結(jié)果也會在模型層之中有所顯示。在代碼層里面我們右鍵>Expand>showentiretext(或者按ctrl+3)可以獲得完整的模型代碼。在代碼層的語言中，藍(lán)色字體為關(guān)鍵字，紅色字體為類型，運(yùn)算符等，黑色字體為設(shè)置的變量，數(shù)值，參數(shù)等輸入量，綠色字體在引號中的部分為解釋標(biāo)注和評論。用一串代碼層里面的代碼作為例子：connect(axis2.flange,mechanics.axis2)annotation(Line(points={{-5,-45},{25,-45},{25,-21.5},{33.5,-21.5}},color={0,0,0}))上述代碼中表示的是兩個部件的連接，也就是模型之中連接兩個元件的一條連接線，選定好了兩個要進(jìn)行連接模塊的端口（flange，axis2）之后連線的每一個拐點坐標(biāo)給出之后就可以完成連接，通過語句color選擇色譜定義連線的顏色，可以收模型層中的內(nèi)容細(xì)到每一條線都會在代碼層之中有所顯示。不過需要注意的是我們可以看到的代碼只是該層面模型的代碼，更為細(xì)致的代碼我們需要選擇相應(yīng)部件右鍵>showapartment之后再切換回代碼層查看。一些模型層之中參數(shù)我們?nèi)绻麑懭氲氖撬闶饺鏏=pi*r^2是不會在代碼層里面有所顯示的，因為這不是模型之中的東西。2.1.2Dymola中simulation部分簡介我們使用dymola軟件進(jìn)行模型搭建的最終意義是仿真，通過不受限制的虛擬系統(tǒng)中，我們可以對我們的模型在任何工況進(jìn)行仿真實驗而不會像現(xiàn)實中實驗里面那樣當(dāng)工況過于極端的時候會對實驗材料造成破壞。在dymola軟件中，我們通過軟件右下角處的simulate按鈕可以切換到simulation界面中，在此界面我們可以對已經(jīng)完成搭建的模型進(jìn)行Translate，我們可以得到模型運(yùn)行的情況報告。我們也可以直接點擊simulate按鈕對模型進(jìn)行仿真，在模型運(yùn)轉(zhuǎn)之前，系統(tǒng)也會自動對所選的運(yùn)行模型先進(jìn)行Translate在檢查無誤之后才會進(jìn)行仿真的步驟。在進(jìn)行模型的仿真之前，在頂部菜單欄的Simulation>step中可以改變模型運(yùn)行時間等運(yùn)行設(shè)置。完成這些設(shè)置后，我們對模型仿真的結(jié)果可以再simulation界面得到，凡是模型之中涉及到的數(shù)值我們都可以在simulation界面最左側(cè)的variablebrowser中找到對應(yīng)的顯示，點擊之后我們可以把這些數(shù)值顯示到圖表之中，若是我們搭建的模型之中包括了三維動畫部分，我們同樣可以再simulation界面中看到。以之前提到過的機(jī)械臂demo為例子，在simulation界面完成仿真之后可以看到如圖中的三維模型，點擊工具欄下方一欄中的運(yùn)行按鈕之后可以看到在設(shè)置的仿真時間之內(nèi)三維圖形的運(yùn)行情況，由此我們可以對一些模型有更為直觀的了解。2.2利用Dymola搭建簡單的模型Dymola軟件的使用事實上遠(yuǎn)遠(yuǎn)不止前面這樣在版面介紹時涉及到的內(nèi)容，想要進(jìn)一步了解dymola軟件的功能以及操作方法我們還是需要通過幾個具體簡單的模型搭建例子來了解，通過dymola搭建模型大致可以分為三種情況，一些比較簡單的模型，我們可以直接在modelicatext界面里面輸入代碼之后就可以直接進(jìn)行仿真；還有的模型我們通過引入模型庫之中現(xiàn)有得模型來獲得；還有一些模型中包括三維圖形（比如上面提到的機(jī)械臂）我們需要引進(jìn)一些作為在三維圖形中顯示的模塊到模型當(dāng)中。企業(yè)中使用的模型往往都是通過在基本庫或者高級庫中的demo代碼，模型層面修改之后并且?guī)в腥S動畫的仿真模型。2.21利用modelica代碼搭建簡單鐘擺模型首先來介紹一下通過單純利用modelica語言來進(jìn)行簡單的模型編輯，通過這個例子我們可以簡單的了解一部分dymola軟件基于modelica開放式語言的建模原理。如上圖中所示，直接通過按鈕ModelicaText切換到代碼層面之后輸入如上代碼：ModelPendulum給搭建的模型命名為PendulumParameterRealm=1；加入?yún)?shù)質(zhì)量m并且令其為1ParameterRealL=1；加入?yún)?shù)擺臂長度L并且令其為1ParameterRealg=9.81；加入?yún)?shù)重力加速度g并且令其為9.81ParameterRealJ=m*L^2；加入?yún)?shù)轉(zhuǎn)動慣量J并且加入轉(zhuǎn)動慣量的算式Realphi（start=0.1）；定義真值角度phi并且設(shè)定0.1為初始Realw定義真值角速度wEquation這條語句代表之后是模型的算法der（phi）=w；角度的微分為角速度J*der（w）=-m*g*L*sin(phi)；這條語句作為這個模型的核心算法給出了轉(zhuǎn)動慣量與質(zhì)量、擺臂長度的關(guān)系endPendulum；語句結(jié)束以上是對于鐘擺模型的解析，因為語句十分簡單所以對每一句都給出了解釋，可以看出modelica語言在dymola軟件中使用時和C語言有幾分相似之處，同樣是每一句最后需要加上分號作為這一語句的結(jié)束，沒有加入的話會報錯，model下面的語句多為定義參數(shù)，真值等模型運(yùn)行中會出現(xiàn)的數(shù)值，equation之后是模型的核心算法，如果是有模塊的模型還會有連線方式等。完成了模型的搭建之后我們切換到simulation界面來使用該模型進(jìn)行單擺的仿真，在simulation>step中設(shè)定運(yùn)行時間為10秒，之后運(yùn)行模型，運(yùn)行時默認(rèn)會出現(xiàn)檢查模型錯誤的對話框。檢查無誤之后模型就會完成仿真，在左側(cè)的variablebrowser欄中可以選擇想要查看的圖表。圖中我們分別選擇了角速度，角度和角加速度的圖形，可以看出他們之間對應(yīng)著的微分關(guān)系。單擺是在不考慮阻力的情況下運(yùn)行的，所以速度不會逐漸地減下來，圖中也可以看出角速度呈正弦穩(wěn)定，當(dāng)角速度變化快的時候，可以看到角加速度數(shù)值較大角度值處于極值附近。2.2.1利用Dymola搭建簡易的電機(jī)模型接下來我們通過一個簡單的電機(jī)模型搭建為例，來介紹在dymola軟件使用過程中基本貫穿所有建模形式的方法，電機(jī)模型包括電機(jī)的負(fù)載，輸入，還有一些相關(guān)參量，可以進(jìn)行調(diào)節(jié)完善。通過搭建這個電機(jī)模型，我們會對dymola的模型搭建系統(tǒng)有進(jìn)一步的了解。通過這款軟件搭建模型的過程中，一般我們都會需要選取modelica基本庫和一些購買的下載庫之中的內(nèi)容，然而又因為這些現(xiàn)有模塊有些時候因為是已經(jīng)編譯好的，會存在與我們現(xiàn)實模型的差異性，所以在調(diào)用這些模塊的時候我們有時候需要再代碼層面重新編譯一下。下面是搭建電機(jī)模型和電機(jī)驅(qū)動的模型與測試步驟：首先是搭建出這個電機(jī)的內(nèi)部模型，包括電機(jī)內(nèi)部的電感，電阻，電動勢，電機(jī)的轉(zhuǎn)動慣量等，這些模塊都可以在左側(cè)packagebrowser里面的modelica基本庫中找到，模型最左端和最右端的端口是在其前一部件的位置引出連接線之后右鍵選擇創(chuàng)建連接獲得的，V1和flange_b1的存在目的是為了與其他零件相連接，這種情況出現(xiàn)于我們將這個模型作為一個模塊使用引入到其他模型中的時候使用。右鍵點擊模型中的模塊選擇parameter或者雙擊模塊都可以呼出參數(shù)設(shè)定的對話框，在對話框中可以修改模塊涉及到的所有參數(shù)也可以通過對話框中的add來在該模塊中添加我們需要而模塊本身沒有涉及到的參量到模型里面。這之中值得一提的是在最開始新建模塊的時候可以建立出和packagebrowser中modelica基本庫等其他模型庫類似的目錄欄，我們可以在目錄內(nèi)部加入我們新建的或者是原本就存在與dymola軟件其他庫中的模塊，之后我們還可以把我們創(chuàng)建的package中的模塊在更復(fù)雜的機(jī)構(gòu)之中使用，本章最開始的部分我們曾經(jīng)引用的機(jī)械臂模型中就很大程度使用了這樣的操作方法編寫而成。完成電機(jī)內(nèi)部模型的搭建之后，在頂部工具欄里面通過icon按鈕切換到圖形層繪制電機(jī)模型的圖像表示，在最初進(jìn)入到這個界面的時候只能看到最左側(cè)藍(lán)色的三角和最右側(cè)白色的圓圈，分別代表輸入和輸出端口，這兩個端口就是V1和Flange_b1，之前在模型層面里面編寫出來的，中間的部分是用dymola內(nèi)部的繪圖功能畫出來的。完成上面步驟的模型搭建之后我們得電機(jī)模型就完成了，然后可以給電機(jī)一個信號測試電機(jī)，在這里使用的方法是新建一個mode，在新建這個mode的時候我們可以選擇mode所屬的browser，為了之后的操作方便我們把它放入之前建立的package中。在最上面菜單欄里面電機(jī)edit>check可以確認(rèn)模型搭建是否有問題，之后電機(jī)仿真便可以完成，這里不再把仿真的結(jié)果放出來了，在后面的模型測試之中還會有仿真結(jié)果。接下來搭建一個電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)的模型，電機(jī)就是使用的我們之前搭建的電機(jī)，同樣是在之前新建的package欄下面新建一個mode，命名為motordriver，加入控制器，負(fù)載，傳感器等構(gòu)成一個閉環(huán)的驅(qū)動系統(tǒng)。Controller，gearbox，load，phisensor幾個基本零部件都可以在Modelica.mechanics中和Modelica.stack中獲得，放入到模型之后完成連接。之后在packagebrowser中選擇之前搭建好的模型右鍵可以選擇由此模型拓展（extendfrom）便可以新建一個帶有原模型所有模塊的mode，在這個mode中可以修改模型內(nèi)全部部件的相關(guān)參數(shù)，但是不能移動模型內(nèi)模塊的位置或者刪除原有模塊，不過可以增加新的模塊，比如這張圖里面我們增加的step模塊，通過這個作為一個初始信號使得整個模型運(yùn)轉(zhuǎn)起來。這樣做的好處是可以在避免原有模塊被改動的前提下改變輸入到模型中的信號或者改變模型輸入的控制方法等操作的方便。切換到simulation界面完成方正設(shè)置并且對模型進(jìn)行仿真。，在前面勾選哪個便可以看到哪個的數(shù)值變化，在開始仿真之前可以通過在仿真界面的simulation-step中設(shè)定仿真的時間。同時在左側(cè)browser中我們可以看到k，Ti，Td等數(shù)值都是可以更改的，也就是說我們可以通過在這個界面更改這些數(shù)值然后再重新仿真獲得更準(zhǔn)確的結(jié)果，dymola軟件還有一個相當(dāng)方便的功能就是可以把在這個界面里面修改過的數(shù)值直接保存然后帶入到原來的模型中。如上文中所提到過在modelica語言編寫界面我們可以增加新的parameter，即新的參數(shù)，方法是選擇左側(cè)package欄中modelica里面的SIunits，在里面選取我們需要的國際單位，然后拖入到左下方便可以得到上圖中的對話框，在里面我們可以選擇加入單位的種類，設(shè)置其名稱，數(shù)值以及對其進(jìn)行簡單描述。這樣的操作之后我們會發(fā)現(xiàn)在代碼層面增添了相應(yīng)的代碼和相關(guān)描述，這樣的操作可以省去我們直接對代碼編輯的繁瑣操作。之后我們在寫入與新加入?yún)?shù)相關(guān)方程的時候可以直接選擇我們先前加入的參數(shù)如上圖所示。完成之后再進(jìn)行仿真在仿真界面可以看到我們加入的參數(shù)在左側(cè)并且可以經(jīng)行修改。2.2.3利用Dymola搭建furuta擺的3D模型Dymola軟件的一大優(yōu)勢就是可以通過模型仿真來生成三維動畫圖像，本節(jié)內(nèi)容里里面會通過搭建一個furuta擺來介紹此項功能。Furuta擺的模型主要是由三個部件構(gòu)成分別是一個座位環(huán)境條件的輸入（world），三個轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)的模型（R1,R2，R3），還有三個作為三維動畫中擺臂顯示部分的圖形模塊(B1,B2,B3)。World模塊在模型界面的packagebrowser中Modelica.Mechanics.MultiBody.World里面可以找到，這個模塊作為furuta擺的環(huán)境存在，提供了和現(xiàn)實世界相適應(yīng)的條件，包括重力條件，還有包括現(xiàn)實地面的三維設(shè)定結(jié)構(gòu)，相當(dāng)于在只使用modelica代碼編寫單擺模型時候里面定義的g=9.81作為環(huán)境在概念上來講是一樣的。Packagebrowser>Modelica.Mechanics.MultiBody.Joints.Revolute是在此模型中，R1，R2，R3使用模塊的具體位置，同樣是在modelica基本庫中找到的，這個部件代表的一個可以回轉(zhuǎn)的連接件，可以定義其圍繞某個角度點或軸旋轉(zhuǎn)，如本模型中分別用三個向量方向定義了三個部件回轉(zhuǎn)時的中心位置，這樣在之后由于重力影響furuta擺呈現(xiàn)自由落體型運(yùn)動時會根據(jù)設(shè)定好的軸線進(jìn)行擺動。B1，B2，B3是三個作為顯示部件加入到模型中的，部件在軟件中的位置于packagebrowser中Modelica.Mechanics.MultiBody.Parts.BodyBox。表示的是一個盒子狀的剛體結(jié)構(gòu)，作為在三維圖像中的顯示被放進(jìn)模型里面。雙擊或右鍵點擊模型選擇parameter可以呼出參數(shù)值設(shè)定界面，其中可以修改的主要參數(shù)包括向量方向，部件的長，寬，高，密度以及部件在三維圖像中顯示的顏色與上面中提到過的代碼層面中定義連線顏色的方式相同是通過色譜來設(shè)定的。完成模型搭建后，切換到simulation運(yùn)行模型，在運(yùn)行之前我們可以先通過edit>check來檢查模型是否正確，為了保證觀察到的效果，我們需要較長的試驗時間，在step中設(shè)定運(yùn)行時間為25秒，在simulation界面上方的工具欄中選擇增加圖標(biāo)可以在圖標(biāo)的對話框中增加更多的圖標(biāo)以便于我們觀察同一時間內(nèi)不同模型內(nèi)相關(guān)參數(shù)的變化情況，上圖中分辨調(diào)出了R1，R2，R3的角度變化。在觀察到圖形變化的同時我們也可以看到三維模型隨著時間遞進(jìn)的動作情況，可以看到furuta擺隨著重力以及自身限制呈現(xiàn)出不規(guī)則的變化，左側(cè)圖表中時間與角度的對應(yīng)情況同樣可以在三維圖形中觀察到，三維圖形變化的同時，會有一道黃線標(biāo)出其對應(yīng)在圖表中變化的位置。2.3本章小結(jié)這一章主要介紹了使用dymola軟件的基本建模方法，通過modelica代碼，在模型界面加入模型和三維模型搭建帶有三維視圖的模型建模方式都存在于這款軟件之中。在dymola軟件中，demo和library中的模型事實上都是可以通過modelica基本庫內(nèi)的模塊搭建而成的，不過有一些模塊的單獨(dú)搭建過于繁瑣或者存在一些公式算法的版權(quán)問題所以在搭建復(fù)雜模型的時候通過資料庫中的模型進(jìn)行修改是更為簡便的方法。Dymola具有強(qiáng)大的仿真，二維曲線結(jié)果顯示，三維動畫功能，同時Dymola還可以使用編譯器把modelica語言轉(zhuǎn)化為c代碼進(jìn)行編譯，編碼能夠直接帶入到simulink軟件中進(jìn)行仿真。于是我們可以總結(jié)出通過dymola軟件仿真流程主要包括1、模型編輯；2、利用已有的模型搭建出需要驗證的系統(tǒng)并且在dymola的simulation界面進(jìn)行仿真；3、演示或者圖線演示。Dymola軟件下風(fēng)冷模型的搭建3.1在Dymola軟件中風(fēng)扇模型的搭建機(jī)理3.2散熱系統(tǒng)的搭建過程3.2.1溫度對質(zhì)子交換膜燃料電池的影響PEMFC燃料電池的溫度對維持PEMFC電化學(xué)反應(yīng)的正常進(jìn)行和質(zhì)子交換膜的長期穩(wěn)定工作有著重要影響。PEMFC電化學(xué)反應(yīng)是放熱反應(yīng)，PEMFC在運(yùn)行中不斷產(chǎn)生熱量，溫度逐漸升高，依據(jù)電化學(xué)動力學(xué)，電池溫度升高，一方面會加快反應(yīng)速度，降低極化電壓;另一方面能增加質(zhì)子交換膜的電導(dǎo)率，減少膜的歐姆極化，從而提高轉(zhuǎn)換效率。但是一般運(yùn)行溫度不宜超過100℃，溫度過高會加速膜中水分的損失，導(dǎo)致水蒸氣壓增加，嚴(yán)重時引起質(zhì)子交換膜的收縮破裂。相反，電池內(nèi)部溫度過低，反應(yīng)生成水不能以氣態(tài)方式排除，容易出現(xiàn)“電極淹沒”現(xiàn)象;過低溫度又會引起電池內(nèi)傳質(zhì)受限和電化學(xué)反應(yīng)速度降低，同時造成電池性能下降。PEMFC內(nèi)部正常電化學(xué)反應(yīng)的溫度應(yīng)維持在70℃～95℃之間［5］。評判PEMFC性能最重要的指標(biāo)是燃料電池的電壓－電流密度特性，這些都與電池的工作溫度有重要的關(guān)系。下圖為不同溫度下PEMFC電池性能的特性曲線。3.2.2風(fēng)冷模型的散熱原理根據(jù)熱力學(xué)理論,PEMFC的溫度主要由以下因素決定:T=f(Q,其中，T為PEMFC溫度;Q為PEMFC產(chǎn)生的熱量;ΔQera為熱輻射散失熱量;ΔQq為PEMFC內(nèi)部水汽化散熱量;ΔQ為冷卻空氣帶走的熱量;Cp為PEMFC熱容?？紤]到散熱的熱源為PEMFC，PEMFC熱容很大，所以可以近似的認(rèn)為 PEMFC的出口溫度等同于PEMFC燃料電池電堆內(nèi)的溫度，忽略輻射的散熱量只考慮冷卻空氣對其進(jìn)行散熱的散熱量，則上述供述可以簡化為：T=f(Q,?PEMFC產(chǎn)生的熱量。PEMFC的工作原理為2H2+O2→2H2O，電化學(xué)反應(yīng)過程中，產(chǎn)生電能和電化學(xué)反應(yīng)熱，同時由于歐姆極化產(chǎn)生焦耳熱。PEMFC產(chǎn)生的熱量主要是電化學(xué)反應(yīng)熱和焦耳熱，約等于當(dāng)前PEMFC輸出功率。冷卻空氣冷卻的熱量可以使用熱力學(xué)公式得到：?Q=Ca為空氣的比熱容，ma為空氣流量，ΔT為冷卻空氣流入散熱管路與流出時候溫度的差值。通過對本散熱模型服務(wù)的原件觀察，實驗準(zhǔn)備使用的燃料電池為風(fēng)冷散熱是PEMFC燃料電池，工作原理為2H2+O2→2H2O，外部通過鼓風(fēng)機(jī)將環(huán)境空氣（或冷卻空氣）吹入到蜂窩狀的燃料電池電堆內(nèi)部，本燃料電池內(nèi)部風(fēng)路可以簡化為一條通入冷卻空氣的冷卻管路，冷卻空氣流入管路中為管路散熱之后管路溫度降低的同時并帶動燃料電池內(nèi)部溫度降低。由考慮到燃料電池內(nèi)部在正常工作的情況下是持續(xù)工作的，當(dāng)電池穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)后會持續(xù)向外輸出穩(wěn)定電流，同時內(nèi)部在相同時間段內(nèi)產(chǎn)生一定值的熱量，因此本散熱膜性中將燃料電池電堆簡化為通有持續(xù)高溫氣體的一段管路，與冷卻管路通過熱傳導(dǎo)模式連接，當(dāng)風(fēng)扇運(yùn)行之后，通過觀察管路內(nèi)部均布溫度的變化情況可以預(yù)判出實際模型當(dāng)中燃料電池在鼓風(fēng)機(jī)的冷卻效果之下溫度的變化情況。3.2.3風(fēng)冷散熱模型在dymola中的搭建過程模型搭建過程中為了確保每一步都能夠獲得完整的，合理的實驗結(jié)果，本次模型搭建中依次由簡至繁搭建了整體的模型。首先需要確保的是所選管路的可用性以及合理性，在Dymola軟件中，管路在modelon庫thermalfluid中可以找到集中管路，simplepipe，distributedpipe，doubledistributedpipe等幾種類型。考慮到燃料電池內(nèi)部的散熱通路冷卻空氣流入之后會有一個擴(kuò)散的過程，并且還需要考慮通路自身溫度的變化，因此選擇distributedpipe模塊作為模型中散熱以及熱源的管路部分，該管路中包含延遲管路和管路自身的熱元件部分，符合我們需要驗證的模型。上圖為所搭建的管路模型，為管路連接上一個300度的恒定環(huán)境溫度，使得管路處于始終被加熱的狀態(tài)，環(huán)境溫度保持不變，這個時候通入恒定溫度的冷卻空氣查看管內(nèi)的溫度變化可以驗證管路是否確實符合本實驗的實際需求。左右兩側(cè)的boundary部件作為環(huán)境的環(huán)境介質(zhì)的情況，包括環(huán)境中的溫度，介質(zhì)種類，氣壓等參數(shù)，其中右側(cè)可以部件可以創(chuàng)造一個恒定流速的氣流源，與管路連接之后可以使管路內(nèi)部有恒定流速的空氣流過。通過對右側(cè)空氣源連接兩個階躍信號可以控制流入管內(nèi)空氣的溫度和質(zhì)量流量。設(shè)定運(yùn)行時間為30秒，之后運(yùn)行模型仿真可以看到管路內(nèi)部的均布溫度變化情況，管內(nèi)溫度隨設(shè)定流量，與溫度變化趨勢相同。因此可以確定管路的可用性。在確定了管路搭建不存在問題之后我們搭建一個通過風(fēng)扇對有恒定外部溫度的管路散熱的模型，此模型中風(fēng)扇接入一個速度的物理量來直接控制風(fēng)扇轉(zhuǎn)速，同時風(fēng)扇運(yùn)轉(zhuǎn)過程中，由于氣流的產(chǎn)生是因為氣壓的不同，壓差導(dǎo)致氣體的流動，高壓區(qū)域的空氣會流向低壓區(qū)域，壓差越大也就導(dǎo)致氣流越劇烈造成流速越大，因此風(fēng)扇運(yùn)轉(zhuǎn)的同時實際上控制了空氣的體積流量與壓差值，因此不需要再繼續(xù)接入流動氣體的源。本模型左側(cè)可以改變輸入冷卻空氣的溫度，風(fēng)扇上方連接的階躍信號可以直接修改風(fēng)扇轉(zhuǎn)速對整體散熱效果進(jìn)行控制。外部環(huán)境溫度設(shè)定為130℃，通入定值溫度和流速的冷卻空氣之后進(jìn)行仿真得到上圖中的二維圖形，圖中看到溫度逐漸降低，在降低到70度左右的時候溫度降低速度驟然緩慢，之后再繼續(xù)緩慢下降，大致在6.6秒左右達(dá)到平穩(wěn)值，結(jié)果符合邏輯。模型運(yùn)轉(zhuǎn)通過之后搭建我們所需要的模型，事先已經(jīng)驗證過單一管路的通順性以及合理性，因此在搭建完整模型的時候不會有太多阻力。Distributedpipe管路部件中包括了管內(nèi)的延遲以及管自身的熱交換元件，同時管路還可以連接處一個熱口作為與外部其他熱源的交換，本實驗中考慮散熱管路與工作管路之間可以認(rèn)為是貼合狀態(tài)，因此認(rèn)為兩條管路之間為熱傳導(dǎo)的換熱方式。兩條管路的熱口直接連接，默認(rèn)換熱方式就是熱傳導(dǎo)，下半部分為通過風(fēng)扇對冷卻管路鼓入冷卻風(fēng)，下路管路溫度降低之后帶動上部管路溫度降低。模型中散熱管路部分可以通過D_IN_T和set_rad來分別調(diào)節(jié)冷卻空氣的溫度以及風(fēng)扇的轉(zhuǎn)速；上半部分作為熱源的管路可以通過U_IN_T和U_IN_mass分別調(diào)節(jié)進(jìn)