布风器作为船用空调变风量末端装置,通过改变内部空气流通截面来调节送风量,在空调系统中起着终端散流作用。我国船用布风器主要存在以下问题:一是流道结构设计不合理,箱体内部阻力系数升高,动压损失较大,射流范围小,导致舱室内送风不均匀,气动噪音较大;二是传统变风量空调系统采用统一送风或者手动控制布风器,不能随舱室内实际温度和风量需求实时调节,舒适性和节能性差;三是布风器变风量控制回路系统参数存在强耦合关系,使得系统灵活性、稳定性和控制精度差;四是现有高端布风器产品主要被国外品牌垄断,国内布风器还处于引进仿制阶段,设计制造手段尚不成熟,不能适应当今网络化和信息化社会的发展。因此,本文主要利用FLUENT模拟软件,采用CFD数值模拟分析和实验相结合的方法,分别研究了布风器的阻力、气动噪声和变风量调节性能。主要研究内容如下:(1)低能耗超静音流道结构寻优设计及实验验证。采用CFD仿真模拟的方法,通过正交表研究流道结构参数对布风器流动特性的影响规律。采用极差分析法优化预测了优化结构参数组合。阻力性能实验及误差传递分析结果说明,额定工况下,改进后布风器阻力系数降低了20.7%。在影响布风器阻力性能的三个结构参数中,h对阻力系数的影响最为显著,d次之,D对阻力系数的影响最小。(2)气动噪声实验及仿真模拟。通过进行噪声实验,研究了布风器的声学性能。实验结果说明,在同等静压下改进前后布风器的噪声都随着风量的增加而增加。在额定工况下,原布风器各测点总声压级为56.3 d B(A),改进后各测点总声压级为38.6d B(A)。在各种工况下,改进后的布风器出口声压级均低于55 d B(A),满足IMO船舶噪音规范标准的要求。利用宽频噪声和FW-H模型分析了监测点处声功率级分布、布风器箱体表面压力脉动和噪声贡献。模拟结果说明,改进后布风器测点声压级峰值频率由原来的中高频变成人耳不敏感的低频,在布风器内部的噪声集中点与流场中涡旋处基本吻合,改进后布风器内部脉动压力较小,流场更稳定。优化后布风器的A计权声压级特性得到了明显改善。(3)基于神经网络的阀门开度控制预测模型设计。本文通过变风量调试实验对布风器各种工况进行了原始训练数据的采集,利用MATLAB神经网络工具箱函数建立了一种基于BP神经网络的预测模型,借助神经网络的自学习能力和逼近能力,输入设定风量和静压后获得变风量控制系统阀门开度的优化解,不需要进行复杂的参数辨识和积分微分修正环节,可避免阀门执行器频繁动作,具有简单、便捷、快速的优点。将神经网络与最小二乘法拟合公式对阀门执行器正向和反向行程的测试结果进行了对比。结果说明,采用神经网络模型后变风量布风器控制系统预测结果与期望结果误差在5%以内,与拟合公式计算结果具有较高的吻合性。本文的阻力系数和气动噪声数值模拟计算方法以及基于神经网络的变风量控制系统研究成果可为船用变风量布风器优化设计提供参考,对进一步提高布风器的工作性能,改善舱室居住舒适性具有重要意义。