一种洗碗机能效水效测试的动态负载调节方法及系统与流程

本发明设备效率优化领域，尤其涉及一种洗碗机能效水效测试的动态负载调节方法及系统。

背景技术：

1、随着人们对节能环保意识的不断增强，洗碗机的能效水效表现愈发受到关注。在家庭及商业厨房等大量使用洗碗机的场景中，降低能耗与水耗同时保证良好的洗涤效果成为关键需求。

2、传统洗碗机往往采用固定的洗涤模式与参数设置，难以适应不同类型餐具比例和污垢程度的变化。例如，餐具较少或污垢较轻时，仍按标准模式运行会造成水电资源浪费；而面对重污或大量餐具，固定参数又可能导致洗涤不彻底。

3、一种洗碗机能效水效测试的动态负载调节方法及系统，通过精准分析洗碗机内部流体及温度分布，动态调整水泵和加热元件参数，能够依据实际负载情况优化洗涤过程，实现能效水效的最大化利用，提升洗碗机的智能化水平与实用性。

技术实现思路

1、本发明的目的是要提供一种洗碗机能效水效测试的动态负载调节方法及系统。

2、为达到上述目的，本发明是按照以下技术方案实施的：

3、本发明第一方面提供了一种洗碗机能效水效测试的动态负载调节方法，包括：

4、设置不同污垢程度、不同类型餐具比例的测试集合；

5、使用所述测试集合对洗碗机的不同洗涤模式进行瞬态性能分析，根据分析结果预测每种洗涤模式下洗碗机腔体内部中流体的流动分布和温度分布；

6、根据所述流体分布和所述温度分布识别异常区域；

7、构建第一目标函数，基于所述异常区域调节水泵参数，优化水流路径；构建第二目标函数，在调节后的水泵参数的基础上，调节加热元件参数；所述第一目标函数、所述第二目标函数均为基于洗涤效果构建的；

8、使用调节后的水泵参数和加热元件参数进行能效水效测试，获取洗碗机能效与水效平衡最优的洗涤周期，组合作为最优运行参数；

9、引入决策树算法学习每种测试情况与所述最优运行参数的映射关系，设置控制算法基于决策树算法对洗碗机运行参数进行实时调节。

10、作为进一步的方法，所述使用所述测试集合对洗碗机的不同洗涤模式进行瞬态性能分析的方法，包括：

11、根据洗碗机的实际尺寸和内部结构进行三维建模，确定边界条件，包括流体入口边界条件、流体出口条件和壁面边界条件；

12、构建洗碗机中流体的流动方程，表达式为：

13、

14、其中，ρ为流体密度，为流体速度矢量，t为时间，为梯度算子，p为流体压力，μ为动力粘度，为外部体积力，cs为湍流脉动作用强度系数，k为湍流脉动动能，和分别为湍流应力项和热浮力项；

15、构建洗碗机中流体的传热方程，表达式为：

16、

17、其中，cp为流体的定压热比热容，t为流体温度，u、v和w分别为流体速度在方向x、y和z的分量，ξ为流体的热导率，φ为粘性耗散项，qv为单元体积内的热源项；

18、以不同洗涤模式的洗碗机使用测试集合进行瞬态分析，得到每种测试情况下的流体力学瞬态变化和流体温度瞬态变化。

19、作为进一步的方法，所述根据分析结果预测每种洗涤模式下洗碗机腔体内部中流体的流动分布和温度分布的方法，包括：

20、对洗碗机腔体内部进行网格划分；

21、根据流体力学瞬态变化确定速度场和压力场的初始条件和边界条件，根据流体温度瞬态变化确定初始温度与温度边界条件，包括加热元件和腔体壁面温度条件；

22、通过有限体积法在各单元网格中离散流体的流体方程，通过有限差分法在阁员网格中离散流体的传热方程，基于时间步进行迭代求解，获得每种洗涤模式下的流体流动分布和流体温度分布。

23、作为进一步的方法，所述根据所述流体分布和所述温度分布识别异常区域的方法，包括：从流速分布角度，若区域流速低于适宜清洗流速阈值或存在流向紊乱导致区域不能被水流覆盖的情况，判断为流速异常区域；从温度分布角度，若区域温度低于适宜清洗温度阈值或温度标准差大于设定值，判断为温度异常区域。

24、作为进一步的方法，所述构建第一目标函数，基于所述异常区域调节水泵参数，优化水流路径的方法，包括：

25、基于餐具摆放位置和数量确定洗碗机腔体内部各区域的位置权重；

26、第一目标函数，表达式为：

27、

28、其中，ω为洗碗机腔体内部的控制体积，n为划分的控制体积数量，ωi为第i个控制体积的位置权重，ui、vi和wi分别为第i个控制体积的流速的x、y和z分量，ui,des、vi,des和wi,des分别为第i个控制体积的期望流速的x、y和z分量，ui,max、vi,max和wi,max分别为为第i个控制体积的最大流速的x、y和z分量，λ为平衡流速偏差与避免剪切应力偏差的权重系数，为洗碗机腔体的边界，τ为壁面剪切应力，τdes为期望的壁面剪切应力；

29、以第一目标函数值最大化为目标，对水泵参数进行迭代寻优计算，终止条件为连续10次迭代第一目标函数值的变化率小于0.01％。

30、作为进一步的方法，所述构建第二目标函数，在调节后的水泵参数的基础上，调节加热元件参数的方法，包括：

31、第二目标函数，表达式为：

32、

33、其中，ti和qi分别为第i个控制体积的实际温度和热流密度，ti,des为第第i个控制体积的期望温度，ti,max和qi,max分别为第i个控制体积的最大温度和最大热流密度，λ2为平衡温度偏差与热流密度偏差的权重系数，λ3为平衡温度偏差与加热元件功率偏差的权重系数，m为加热元件的数量，pj、pj,des和pj,max分别为第j个加热元件的功率、期望功率和最大功率；

34、根据洗碗机的洗涤温度要求和正常工作范围，设定温度上下限；

35、考虑加热元件的物理限制，在温度上下限的范围内，以第二目标函数值最小为目标，对加热元件参数进行迭代寻优计算，终止条件为连续10次迭代第二目标函数值的变化率小于0.01％。

36、作为进一步的方法，所述使用调节后的水泵参数和加热元件参数进行能效水效测试，获取洗碗机能效与水效平衡最优的洗涤周期的方法，包括：

37、采用多目标遗传算法，将洗涤周期时长、调节后的水泵参数和加热元件参数编码为染色体，初始化种群；

38、计算种群中各个体的能效水效平衡综合指标作为适应度值，表达式为：

39、

40、其中，c为洗涤效果，e为总能耗，ψ为洗涤周期时长，w为总用水量，f为水泵流量，p为水泵功率，h为加热元件功率，t为加热时间；

41、基于非支配排序和拥挤度选择个体，进行交叉和变异操作生成新种群；

42、重复适应度评估及种群更新，直到达到预设终止条件，此时最优个体对应的洗涤周期时长为能效与水效平衡最优的洗涤周期。

43、作为进一步的方法，所述引入决策树算法学习每种测试情况与所述最优运行参数的映射关系的方法，包括：使用cart算法构建决策树，将不同污垢程度、不同类型餐具比例作为决策树的输入特征，将最优运行参数作为输出目标，训练模型学习每种测试情况与所述最优运行参数的映射关系。

44、作为进一步的方法，所述设置控制算法基于决策树算法对洗碗机运行参数进行实时调节的方法，包括：

45、洗碗机启动后，以预设固定时间间隔采集当前餐具状态数据，更新污垢程度和餐具比例信息，将更新后的数据输入至决策树模型中，得到新的运行参数；

46、基于pid控制器设置控制算法，在洗涤周期内根据新的运行参数与当前运行参数的差异，调整洗碗机的运行状态，表达式为：

47、

48、其中，padj(t)和hadj(t)分别为在当前运行时间t时的水泵运行参数和加热元件运行参数，plast和hlast分别为上一次决策树输出的水泵参数和加热元件参数，δt为预设固定时间间隔，ξ为控制算法的调整系数，pnew和hnew分别为本次决策树输出的水泵参数和加热元件参数。

49、本发明第二方面提供了一种洗碗机能效水效测试的动态负载调节系统，包括：

50、测试集合构建模块，用于设置不同污垢程度、不同类型餐具比例的测试集合；

51、流体模拟模块，用于使用所述测试集合对洗碗机的不同洗涤模式进行瞬态性能分析，根据分析结果预测每种洗涤模式下洗碗机腔体内部中流体的流动分布和温度分布；

52、异常区域识别模块，用于根据所述流体分布和所述温度分布识别异常区域；

53、参数优化模块，用于构建第一目标函数，基于所述异常区域调节水泵参数，优化水流路径；构建第二目标函数，在调节后的水泵参数的基础上，调节加热元件参数；所述第一目标函数、所述第二目标函数均为基于洗涤效果构建的；

54、洗涤周期模块，用于使用调节后的水泵参数和加热元件参数进行能效水效测试，获取洗碗机能效与水效平衡最优的洗涤周期，组合作为最优运行参数；

55、智能调节模块，用于引入决策树算法学习每种测试情况与所述最优运行参数的映射关系，设置控制算法基于餐具的污垢程度和餐具比例对洗碗机运行参数进行实时调节。

56、相对于现有技术，本发明的实施例至少具有如下优点或有益效果：

57、(1)本发明通过不同洗涤模式下的流体流动和温度分布进行研究，并基于洗涤效果调节水泵与加热元件参数，能在不同负载条件下精准确定最优运行参数组合，确定在节能节水的同时，还能保证稳定出色的洗涤效果。

58、(2)本发明通过决策树算法学习测试情况与最优参数间的映射关系，并基于实时检测的餐具污垢程度与比例进行运行参数的实时调节，使洗碗机能够适应不同的洗涤任务需求，并提升了用户使用体验。