(19)中华 人民共和国 国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202111668246.2 (22)申请日 2021.12.3 0 (71)申请人 西安交通大 学 地址 710049 陕西省西安市咸宁西路28号 (72)发明人 苏阳　陈雪江　 (74)专利代理 机构 西安通大专利代理有限责任 公司 6120 0 代理人 安彦彦 (51)Int.Cl. G06F 30/20(2020.01) G06F 119/08(2020.01) G06F 119/14(2020.01) (54)发明名称 一种基于MATLAB的离心风机系统动态仿真 方法和系统 (57)摘要 本发明公开了一种基于MATLAB的离心风机 系统动态仿真方法和系统， 本发明在离心风机、 管网、 阀门等部件留出了对应的特征参数接口， 用户们可根据实际背景设置离心风机、 管网、 阀 门等仿真模块的特征参数， 并根据实际离心风机 系统的连接情况搭建动态仿真模 型， 具有一定通 用性。 随着对各型号离心风机性能曲线的完善， 可应用本方法在动态仿真系统中建立常见通风 机、 鼓风机、 压缩机及阀门、 管网的模块库。 在工 程中， 用户可根据设计需求完成离心风机选型与 通风系统设计， 通过对比、 分析动态仿真结果确 定工程实施方案 。 权利要求书3页 说明书8页 附图5页 CN 114282389 A 2022.04.05 CN 114282389 A 1.一种基于 MATLAB的离心风机系统动态仿真方法， 其特 征在于， 包括以下步骤： 步骤1， 在MATLAB系统中建立离心风机系统的动态特性数学模型， 所述离心风机系统包 括离心风机(1)、 管网(2)和阀门(3)； 具体的， 根据离心风机(1)的Greitzer模型， 离心风机(1)的质量守恒 方程、 动量方程和 能量守恒方程， 获得离心 风机(1)的动态特性数学模型； 根据管网(2)的容腔模型、 动量方程 和能量守恒方程， 获得管网(2)的动态特性数学模型； 根据伯努利 方程与阀门(3)的通流特 性， 获得阀门(3)的动态特性数 学模型； 步骤2， 根据离心风机(1)、 管网(2)和阀门(3)的特性数学模型， 获得两两相邻部件之间 压力、 流量和温度的动态传递关系， 所述两两相 邻部件为离心风机(1)和管网(2)， 以及管网 (2)和阀门(3)； 步骤3， 确定目标仿真离心风机系统的特 征； 步骤4， 基于步骤2获得的离心风机(1)、 管网(2)、 阀门(3)之间 的压力、 流量和温度的动 态传递关系， 以及步骤3获得的仿真离心 风机系统的特征， 通过MATLAB软件 搭建目标离心风 机系统的动态仿真模型； 其中离心风机(1)、 阀门(3)为流量输出模块， 管网(2)为压力输出 模块， 流量输出模块和压力输出模块交替出现， 实现压力、 流 量、 温度的动态仿真； 步骤5， 对离心风机系统进行仿真。 2.根据权利 要求1所述的一种基于MATLAB的离心风机系统动态仿真方法， 其特征在于， 步骤1中， 所述离心风机(1)的动态特性数 学模型为： 式中a01为离心风机入口音速； pin， Tin， min为进口压力、 温度和质量流量； Ψ为离心风机 的无量纲性能 曲线； pp为等效容腔的平均压力； Vp为等效容积； N为转速； Lc为等效通流长度； A1为通流面积； mout为出口质量 流量； Pw为外界做 功； q为外界传热。 3.根据权利 要求1所述的一种基于MATLAB的离心风机系统动态仿真方法， 其特征在于， 步骤1中， 所述管网(2)的动态特性数 学模型为： 式中R为目标离心风机工质气体的常数； v为空气流速； 下标i和 j分别表示管网的进、 出 口序号； 管网(2)各截面的压力计算公式为：权　利　要　求　书 1/3 页 2 CN 114282389 A 2式中， λ为摩擦阻力系数； lw为弯管沿程长度； ζw为弯管损失系数； ζi、 ζj分别为三通管道 直流、 支流方向局部损失系数， 与管网系统的进、 出口相对应； 下标I， J， K分别表 示某工质流 动沿途经历直管、 弯管及三 通损失的序号。 4.根据权利 要求1所述的一种基于MATLAB的离心风机系统动态仿真方法， 其特征在于， 步骤1中， 阀门(3)的特性数 学模型如下： 式中 为阀门开度； S为阀门通 流面积； Pin， Tin分别为阀前压力， 温度。 5.根据权利 要求1所述的一种基于MATLAB的离心风机系统动态仿真方法， 其特征在于， 步骤2中， 动态传递关系中， 对于离心风机(1)， 输入为离心风机(1)的进口压力、 出口压力、 进口温度， 输出为离心风机(1)的进口质量 流量、 出口质量 流量、 出口温度； 对于管网(2)， 输入为管网(2)的进口质量流量、 出口质量流量、 各进口温度， 输出为管 网(2)各截面压力， 各 出口温度； 对于阀门(3)， 输入为阀门(3)阀前压力、 阀后压力、 阀门开度， 输出为质量 流量。 6.根据权利 要求1所述的一种基于MATLAB的离心风机系统动态仿真方法， 其特征在于， 步骤3中， 所述目标仿真离心风机系统的特征为离心风机系统中各部件的连接方式与整体 结构， 离心风机(1)的性能曲线与设计参数、 管网(2)的排布方式与几何尺寸、 阀门(3)的外 形特征与几何尺寸。 7.根据权利 要求1所述的一种基于MATLAB的离心风机系统动态仿真方法， 其特征在于， 步骤4中的过程 为： (41)在基于离心风机(1)、 管网(2)和阀门(3)各自的动态特性数学模型基础 上， 输入离 心风机(1)、 管网(2)和阀门(3)的特征参数与几何参数， 在MATLAB中建立离心风机(1)、 管网 (2)和阀门(3)的动态仿真模块； (42)根据离心风机(1)、 管网(2)和阀门的连接方式将各动态仿真模块连接 。 8.根据权利 要求7所述的一种基于MATLAB的离心风机系统动态仿真方法， 其特征在于， 步骤(42)中， 离心风机、 阀门为 流量输出模块， 管网为压力输出模块。 9.根据权利 要求1所述的一种基于MATLAB的离心风机系统动态仿真方法， 其特征在于， 步骤5中， 用户根据仿 真对象的实际工况， 输入 各部件的初始温度、 初始 流量和初始压力； 输 入大气压力、 大气温度和大气湿度； 输入离心风机系统中上游温度、 下游温度、 流量和压力 边界条件； 输入各阀门动作在时域上的函数和离心风机功率。 10.一种基于 MATLAB的离心风机系统动态仿真系统， 其特 征在于， 包括： 特性数学模型建立单元， 用于在MATLAB系统中建立离心风机系统的动态特性数学模 型； 动态传递关系建立单元， 用于根据离心风机(1)、 管网(2)和阀门(3)的特性数学模型， 获得两两相邻部件之间压力、 流 量和温度的动态传递关系； 特征确定单 元， 用于确定目标仿真离心风机系统的特 征； 动态仿真模型搭建单元， 用于基于离心风机(1)、 管网(2)、 阀门(3)之间的压力、 流量和权　利　要　求　书 2/3 页 3 CN 114282389 A 3