制冷空调系统仿真那些事~~！盘点国内的一些制冷仿真技术和软件！

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2020-5-7 20:07

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在写这篇文章以前，先简单谈谈我是谁？本人是一名仿真工程师，从事制冷空调系统仿真。为什么要写这篇文章？主要是闲来无事，来论坛叨叨！说说仿真这些事。下面以问题的形式谈谈自己的观点，感兴趣的同行可以一起拍砖 ...

在写这篇文章以前，先简单谈谈我是谁？本人是一名仿真工程师，从事制冷空调系统仿真。为什么要写这篇文章？主要是闲来无事，来论坛叨叨！说说仿真这些事。下面以问题的形式谈谈自己的观点，感兴趣的同行可以一起拍砖！

（1）什么是仿真，什么模拟那？

搞计算的人可能听到这样的问题没什么奇怪的？计算机技术作为理论分析、试验技术的第三种研究手段，也不是什么新东西。仿真简单理解就是仿造真实，如何去实现那？针对实际物理模型进行数学建模。在仿真工程师眼中你在实验中使用的说有部件都是一个数学模型，数学模型简单理解就是描述部件物理特性的数学方程（组）。本人以前读研究生的时候老师就问我，什么是仿真，什么是模拟？两者有什么区别？其实在实际中我们没有必要刻意去区分，应用中两者的英文都是sumulation。比较起来，总的来说仿真的概念要大于模拟的范畴。一般情况下，我们通常对CAE、CFD技术进行的数字化设计，称之为模拟；对数学建模过程称之为仿真设计。

（2）什么是系统仿真？

系统仿真的过程就是系统部件数学建模的过程。系统仿真中，个人觉得必须有这样的概念：对于系统中涉及的任意部件建模过程--部件模型=输入+模型+输出，可以这样说：输入是自变量，模型是描述部件物理特性的数学方程组，输出就是因变量。系统级仿真其实就只将这些描述部件的数学方程组耦合在一起，通过一定的算法求解方式得出系统级的输入和输出的关系。

（3）部件模型仿真

在这里面我们必须来说“模型”，针对一个物体描述它所有特性的数学方式有很多，我们可以从详细描述模型物理特性去建立数学模型，这就是我们说的参数化模型。也可以从描述模型输入和输出参数关系特性的角度去建立一个集中参数模型。总的来说，不管你选用什么形式的建模方式，你只要保证你的一个输入可以得出一个对应正确的输出就可以了。至于中间模型采用什么样的数学建模方式，我们可以完全不去理会。在这里我们必须谈下，通用性模型和专用模型。大多数我们建立模型都是应用于某一种特定的使用环境，多为专用模型。要想建立通用性很好的数学模型是不容易做到的，不过前人的研究给我们好好的建模试错，借鉴+修正是一种很好的建模方式。国内在制冷系统仿真这一块的研究并不很火，两个交大、清华的高校老师在这方面做出很多工作，有兴趣可以去关注一下，这里就不去举例了。最后谈一下，那些建模过程中那些看似神奇的算法：神经网络和遗传算法等，这些建模算法的学习成本高，有时候我们如果不是专门研究算法本身的可以完全不去关心算法底层是如何实现。只需要知道算法的思想就可以了。既然谈到这里，也简单说一下：诸如神经网络、遗传算法、响应曲面模型，这些都属于现代设计算法中的一种方式，属于近似建模方式：我们在做优化设计时为了推动寻优的速度，我们不再从优化输入的角度（DOE）或者寻优的方式出发（全局，组合、局部优化，提高优化算法本身），而是从计算模型的角度采用近似建模的方式去寻找输入变量和输出变量之间关系，提高寻优速度。实际中采用哪种方法好，我这里不去做评判，我们没有评判的资本。我只想说，适合自己需求的模型就是好模型。

（4）系统仿真建模的工具

前面我们已经说了制冷空调系统仿真是数学建模的过程。那么可以说适合数学建模的工具都是可以的，这里直接说我了解范畴的。大体可以将建模工具分为两大类：直接建模工具和商用建模工具。直接建模工具：matlab，EES用的较多，直接对你建模的数学方程进行编程求解，至于matlab-simulink，是图形化建模，它写好了很多内嵌的求解我们常用方程求解的数学程序块，便于我们实现模块编程；商用建模工具：flowmaster、kuli、MSC.Easy、Greatlab（国内-同济）、dymola、simulation X、Mworks（国内华科），其实这些工具是多学科系统建模工具，都适用于我们建模。但是这里面大体也可以分为两类：基于modelica建模语言的和其他建模语言的。这里面dymola、simulation X、Mworks（国内华科）是基于modelica建模语言的；flowmaster、kuli、MSC.Easy、Greatlab（国内-同济）基于其他建模语言的。想要详细指导每一个软件的功能可以去度娘脑补，其实上述软件都可以用于制冷空调系统仿真的，推荐Matlab、EES可以去直接编程；flowmaster、dymola里面有前人很好的空调库；Greatlab是针对空调建模的软件，没有使用过，商用情况不是太了解，公开信息反馈还不错！

（5）搞仿真有没有前途，有没有市场？

目前在高校里面搞制冷空调系统设计的老师们搞仿真不少，不过个人觉得搞得像那么回事不多。我的意思是有一定实用价值的不多。在制冷这个行业里面不管是搞系统仿真，还是搞CFD的，对一个仿真人员数学水平要求比较高。工科专业出身的一般数学和编程水平都不怎么样，因此搞仿真人很多都很痛苦，没什么兴趣，搞着搞着就不做了！总的来说仿真多在高校。仿真作为一种研究手段，也被企业逐渐重视，真正能够产生生产力的也就只能停留在汽车、航天这样的高中端制造业中，真正能够看到仿真驱动研发。一般制造业里面也有搞仿真的，做到驱动研发，完全谈不上。随着制造2025，国家也提出了实现制造业工业化和信息化，两化融合！企业也从管理，生产，制造，研发等整个企业的数字化水平和信息化水平有了越来越多重视，也相信仿真的用武之地会越来越大，但是仿真去改变传统研发方式，在企业还有很长的路要走。

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