环境模拟系统和环境模拟方法与流程

1.本技术涉及模拟技术领域，尤其是涉及一种环境模拟系统和环境模拟方法。


背景技术：

2.由于新型冠状病毒的爆发，针对各个传染病救治医院的防护、室内环境控制越来越受到关注，对环境模拟的需求也日益增长。相关技术中采用cfd(computational fluid dynamics,计算流体动力学)模拟技术进行环境的模拟。然而，由于cfd模拟技术仅是一种模拟方法，因此无法完全真实的反映实际情况，并且对于一些复杂的场景模拟效果较差，且在环境发生改变后需要相应地更改cfd模型的参数，从而导致环境模拟的适用性较差。


技术实现要素：

3.本技术的目的在于提供一种环境模拟系统和环境模拟方法，提升了环境模拟的效果，仅通过简单调整就可以模拟多种环境，提升了环境模拟的适用性。
4.第一方面，本发明提供一种环境模拟系统，环境模拟系统包括：环境舱主体，与环境舱主体指定位置连接的进排风装置，通过进排风装置与环境舱主体连接的环境模拟装置，以及设置于环境舱主体内部的参数采集装置；其中，
5.环境模拟装置用于在进排风装置的作用下，为环境舱主体内部提供模拟环境的气流组织；
6.参数采集装置用于在环境舱主体内部存在气流组织时，采集环境舱主体内的环境参数。
7.在可选的实施方式中，环境舱主体设置有多组风口，风口的风量范围为50～4500m3/h，环境模拟装置包括烟雾发生装置；
8.烟雾发生装置用于产生烟雾，并通过进排风装置与风口对接，将烟雾送至环境舱主体内。
9.在可选的实施方式中，进排风装置包括风机和可动风道，其中，可动风道一端连接风机，另一端连接环境舱主体指定位置的风口；指定位置包括环境舱主体的舱体顶部位置、舱体侧壁位置或者舱体底部位置。
10.在可选的实施方式中，环境模拟系统还包括中控模块；中控模块通过控制风口阀门对风口的开闭状态进行调节，根据风口的开闭状态确定进出风方式；
11.其中，进出风方式包括上送上回、上送下回、下送上回或中部送风。
12.在可选的实施方式中，中控模块还分别与烟雾发生装置和风机连接；
13.中控模块还用于，根据预设的需求模拟环境调节风机的频率和/或风量；以及，根据预设的需求模拟环境调节烟雾发生装置的生成烟雾的频率和/或烟雾量。
14.在可选的实施方式中，环境模拟系统还包括：设置于环境舱主体内部的激光显影器和温湿度传感器；
15.激光显影器用于当烟雾发生装置生成烟雾并通过风口传入环境舱内部时，在环境
舱主体内形成立体激光面，以通过立体激光面对气流组织进行显示；
16.温湿度传感器在环境舱主体内部的位置根据进出风方式对应设置，以采集所处位置的温湿度。
17.在可选的实施方式中，参数采集装置包括高频高清摄像机和视频传输采集设备；
18.高频高清摄像机用于采集环境舱主体内部的气流组织的模拟图像，并将气流组织的模拟图像发送至视频传输采集设备；
19.视频传输采集设备用于对气流组织的模拟图像进行处理，以识别环境舱主体内部的气流组织环境。
20.在可选的实施方式中，环境模拟装置还包括空调器；空调器用于模拟空调供暖或供冷环境下室内的气流组织。
21.第二方面，本发明提供一种环境模拟方法，环境模拟的方法应用于前述实施方式任一项的环境模拟系统，方法包括：
22.基于预设的模拟环境确定多组风口对应的进出风方式，以及进排风装置对应的风机参数；进出风方式包括上送上回、上送下回、下送上回或中部送风，风机参数包括风机频率和/或风量；
23.根据进出风方式和风机参数，生成气流组织，以对环境舱主体内部进行环境模拟。
24.在可选的实施方式中，方法还包括：
25.实时监测环境舱主体内部进行环境模拟时的气流组织的模拟图像，并记录对应的环境参数；环境参数至少包括风机参数、温湿度传感器参数、进出风方式的一种或多种。
26.本技术提供的环境模拟系统和环境模拟方法，该环境模拟系统包括环境舱主体，与环境舱主体指定位置连接的进排风装置，通过进排风装置与环境舱主体连接的环境模拟装置，以及设置于环境舱主体内部的参数采集装置。在进行环境模拟时，环境模拟装置在进排风装置的作用下，为环境舱主体内部提供模拟环境的气流组织，当环境舱主体内部存在气流组织时，通过参数采集装置采集环境舱主体内的环境参数，以得到气流组织环境，同时可以实时监测环境舱主体内部的各参数，提升了环境模拟的效果，仅通过简单风口调整就可以模拟多种气流组织环境，提升了环境模拟的适用性。
附图说明
27.为了更清楚地说明本技术具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本技术的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
28.图1为本技术实施例提供的一种环境模拟系统的结构示意图；
29.图2为本技术实施例提供的一种环境舱主体风口设置的示意图；
30.图3为本技术实施例提供的一种进排风装置与环境舱主体连接的示意图；
31.图4为本技术实施例提供的一种中控模块连接方式的示意图；
32.图5为本技术实施例提供的一种具体的环境模拟系统的结构示意图；
33.图6为本技术实施例提供的一种环境模拟方法的流程图；
34.图7为本技术实施例提供的一种具体的环境模拟方法的流程图；
35.图8为本技术实施例提供的一种环境模拟方法的程序流程图。
具体实施方式
36.为使本技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本技术实施例中的附图，对本技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本技术一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本技术实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
37.因此，以下对在附图中提供的本技术的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本技术的范围，而是仅仅表示本技术的选定实施例。基于本技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本技术保护的范围。
38.应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。
39.自从2019年年底新型冠状病毒爆发以来，给各个传染病救治医院的防护、室内环境控制带来了很大的挑战；这其中的一项关键技术是如何准确的掌握病房内、手术室内、医院公共区域的空气流动路径、空气扩散方向，将室内气流组织可视化，以使用空气调节设备及时快速安全的将污染空气排出室外，保证室内环境的空气健康、新鲜。阻断病毒在医院内的传染和感染。
40.现有室内气流组织可视化技术均以模拟为主，例如使用cfd(computational fluid dynamics,计算流体动力学)模拟技术。cfd的基本原理是数值求解控制流体流动的微分方程，得出流场在连续区域上的离散分布，从而近似模拟流体流动情况，它是利用计算机求解各种守恒控制偏微分方程组的技术；涉及流体力学(湍流力学)、数值方法乃至计算机图形学等多学科。cfd模拟会因为问题的不同，模型方程与数值方法也会有所差别。其基本过程为：首先建立数学物理模型，其次进行数值算法求解，最后得到结果可视化。在做模拟的过程中，影响模拟的可靠性包括以下因素：1、描述方程本身是否能客观地反映出该类物理或化学现象的本质、共性；2、数值方法的正确性；3、计算机硬件、软件本身的可靠性；4、使用人的基础知识水平和知识储备。
41.因此，现有技术存在的客观缺点如下：1、使用的是模拟方法，是真实情况的一种理想化，并不能完全真实的反映实际情况；2、对使用者知识能力水平要求高，专业知识扎实；3、对计算机的软硬件要求高，必须使用专用软件才能进行；4、模拟步骤繁琐，先建立模型，再进行计算，最后才能得出结果；5、要求大量可靠的基础数据；6、状态参数改变，需要大量的修改输入数据，繁琐且易出错；7、一旦因输入数据错误，出现结果偏差，检查起来费时费力，且可能导致采用错误的模拟结果指导工作；8、一些复杂场景无法实现真正的模拟；9、要得到可视化结果时间周期长。
42.为解决上述至少一种技术问题，本技术实施例提供了一种环境模拟系统和环境模拟方法，可以提升环境模拟的效果，无需建立模型进行模拟，且模拟效果直观准确，得到模拟效果的效率较高，较大的提升了适用性。
43.为便于理解，首先对本技术实施例提供的一种环境模拟系统进行说明。参见图1所示，该环境模拟系统包括：环境舱主体，与环境舱主体指定位置连接的进排风装置，通过进
排风装置与环境舱主体连接的环境模拟装置，以及设置于环境舱主体内部的参数采集装置；其中，环境模拟装置用于在进排风装置的作用下，为环境舱主体内部提供模拟环境的气流组织；参数采集装置用于在环境舱主体内部存在气流组织时，采集环境舱主体内的环境参数。
44.在一可选的实施方式中，上述环境舱主体的组成包括：不锈钢内舱、预设厚度的保温层、不锈钢外舱、有机玻璃窗、环境舱支架，从而可以实现密闭可承压、温度可保持、洁净无尘土、舱内情况可视化等。
45.该环境舱主体指定位置处设置的多组风口，设置风口的指定位置可以包括环境舱主体的舱体顶部位置、舱体侧壁位置或者舱体底部位置。在一种实施方式中，该风口可以参见图2所示，在该图中，风口1和风口2设置于环境舱主体的舱体顶部位置；风口3、风口4和风口5设置于舱体侧壁位置，其中，风口3与风口4和风口设置于不同的侧壁；风口6设置于舱体底部位置。在实际应用时，具体的风口位置以及环境舱每个侧壁设置的风口组数可以根据实际情况进行调整，此处仅作示例，不作具体限定。
46.所述环境舱主体为保温保湿、压力可控的密闭型环境舱。在一种实施方式中，可以将环境舱的净空尺寸设置为4000
×
4000
×
2800(单位：mm)，可以用于模拟一般的病房空间，也可以按照一定的比例将病房缩小，在本舱内构建等比例的房间结构。
47.环境舱顶部风口的风量范围为50～4500m3/h，从而可以方便的测试风口出风速度、阻力、压损和气流的扩散半径、包络面。
48.在一可选的实施方式中，上述环境模拟装置包括烟雾发生装置，该烟雾发生装置用于产生烟雾，并通过进排风装置与风口对接，将烟雾送至环境舱主体内。在实际应用时，该烟雾发生装置可以采用发烟机。
49.上述进排风装置包括风机和可动风道，其中，可动风道一端连接风机，另一端连接环境舱主体指定位置的风口。在一种示例中，假设与可动风道连接的风口为上述风口1，则参见图3所示，发烟机产生烟雾，通过风机和可动风道，将烟雾通过风口1排入环境舱主体内部。在实际应用中没有可动烟道连接的风口也可以根据实际情况选择其他的风口，此处仅作示例，不作具体限定。
50.进一步，为保证环境模拟系统的稳定运行，环境模拟系统还包括中控模块，该中控模块通过控制风口阀门对风口的开闭状态进行调节，根据风口的开闭状态确定进出风方式；其中，进出风方式包括上送上回、上送下回、下送上回或中部送风。
51.在一种实施方式中，环境舱主体侧壁还设置有穿线孔，中控模块通过风口阀门控制线穿过穿线孔与风口连接，以便对风口的开闭状态进行调节。当不同风口的开闭状态不同时，进出风方式相应不同。诸如，当风口1或风口2的其中一个与可动风道连接，另外一个开启，且其他风口(风口3-6)关闭，则对应的进出风方式为上送上回；当风口1和/或风口2与可动风道连接，风口3、风口4和风口中至少一个开启，则对应的进出风方式为上送下回；当风口3、风口4或风口5与可动风道连接，风口1和/或分口2开启，则对应的进出风方式为下送上回；当风口6开启时，则对应的进出风方式为中部送风。
52.上述风口可安装为多种风口形式，包括百叶风口、球形喷口、回风口、地板风口，可以通过调节送风口的频率和功率，实现无级变速送风。
53.进一步，上述环境模拟装置还包括设置于环境舱主体内部的空调器，空调器用于
模拟空调供暖或供冷环境下室内的气流组织，空调器的个数可以根据实际需要设置，在本实施例中，环境舱内还可以安装一个空调器，模拟单个空调供暖供冷的病房房间气流组织。
54.在一可选的实施方式中，上述中控模块还分别与烟雾发生装置和风机连接，参见图4所示，中控模块还用于，根据预设的需求模拟环境调节风机的频率和/或风量；以及，根据预设的需求模拟环境调节烟雾发生装置的生成烟雾的频率和/或烟雾量。并且，中控模块还用于为烟雾发生装置(发烟机)和风机进行供电。
55.进一步，本实施例提供的环境模拟系统还包括：设置于环境舱主体内部的激光显影器和温湿度传感器。其中，激光显影器用于当烟雾发生装置生成烟雾并通过风口传入环境舱内部时，在环境舱主体内形成立体激光面，以通过立体激光面对气流组织进行显示。由于烟雾的颜色局限性和在视频显示技术上的不足，肉眼和相机无法清晰的识别烟雾，因此在发送烟雾时，打开环境舱内的激光显影器，可以在水平和竖直平面内形成立体的激光面，可以将烟雾清晰的显示，便于在环境模拟时，对环境舱主体内部的烟雾图像进行采集。
56.上述温湿度传感器在环境舱主体内部的位置根据进出风方式对应设置，以采集所处位置的温湿度。
57.为便于对环境舱主体内部的气流组织进行获取分析，在一可选的实施方式中，上述参数采集装置包括高频高清摄像机和视频传输采集设备。其中，高频高清摄像机用于采集环境舱主体内部的气流组织的模拟图像，并将气流组织的模拟图像发送至视频传输采集设备；视频传输采集设备用于对气流组织的模拟图像进行处理，以识别环境舱主体内部的气流组织环境。
58.在一种示例中，高频高清摄像机将环境舱内的气流组织模拟图片与视频传输到视频传输采集设备(可以为pc、平板电脑、手机终端等)上，从而可以实时采集和显示环境舱内的图像和视频，显示烟雾状态和流向，并进行保存。
59.可选的，本技术实施例提供的整个环境舱的所有设备(送风管道电动阀、环境舱主体、激光显影器、高频高清摄像机、温湿度采集器阵列电机等)实现统一供电，由一个配电柜统一输出。
60.图5示出了一种具体的环境模拟系统，其中，图5所示的激光仪也即前述介绍的激光显影器，该示例中激光显影器的个数为3个，在实际应用中，可以根据实际需求进行增减，此处仅作示例，不作具体限定。图5中所示的摄像机也即上述高频高清摄像机，采集器和计算机组合也即上述视频传输采集设备。其他的设备运作方式及功能参见上述介绍，此处不再赘述。
61.综上，本技术实施例提供的环境模拟系统可以解决目前采用cfd模拟所存在的技术问题，提升了使用便捷性，降低了使用难度，并且进行模拟时的结果增加直观形象，响应时间较短，得到可视化结果的时间周期较短，提升了模拟效率。
62.本技术实施例还提供了一种环境模拟方法，该环境模拟的方法应用于前述实施方式任一项的环境模拟系统，参见图6所示，该方法包括以下步骤：
63.步骤s602，基于预设的模拟环境确定多组风口对应的进出风方式，以及进排风装置对应的风机参数；进出风方式包括上送上回、上送下回、下送上回或中部送风，风机参数包括风机频率和/或风量；
64.步骤s604，根据进出风方式和风机参数，生成气流组织，以对环境舱主体内部进行
环境模拟。
65.进一步，上述方法还包括实时监测环境舱主体内部进行环境模拟时的气流组织的模拟图像，并记录对应的环境参数；环境参数至少包括风机参数、温湿度传感器参数、进出风方式的一种或多种。
66.在一具体的实施方式中，该方法可以由计算机软件执行，该计算机软件包括嵌入式使用软件系统和电脑使用软件系统。其中嵌入式软件系统主要是控制作用，安装在环境舱控制柜内的嵌入式系统主机(也即图5中的中控)上，控制环境舱内传感器的位置和移动；电脑使用软件系统主要包括控制界面和采集界面，控制界面设置环境舱内的压力、风机风速和风量，调节舱内的实验参数；采集界面负责采集和保存摄像机的视频信息和照片信息，并投影在电视上或者大屏幕上，直观的表现环境舱内气流的流型和室内温湿度分布状况。
67.在具体实施时，可以参见图7所示，主要采用以下步骤：
68.s71，打开配电柜，给整个环境舱及附属设备通电；
69.s72，打开电脑程序。电脑程序分为控制界面和采集界面，要先打开控制程序，再打开视频采集程序；
70.s73，观察控制程序参数和需要模拟的环境，调整新风机的频率和风量；
71.s74，根据需要模拟的环境，调整进风口和出风口的位置，满足模拟环境的进出风方式；
72.s75，依据进出风方式，调整温湿度传感器的位置，满足温湿度参数采集的要求；
73.s76，开始采集，检查传感器是否存在故障，及时进行故障处理；检查激光器是否正常，扫描面是否满足模拟要求；视频拍照清晰度是否满足要求。
74.s77，各项准备工作准备完毕，开始进行气流组织模拟，按照既定的模拟方法调节控制参数，实时监测舱内参数和气流组织图像，记录并保存。
75.s78，完成一次模拟后，将所有参数更改为下一方案的设置参数，进行下一次新的气流组织模拟。
76.s79，完成所有模拟工作后，依次关闭发烟机、控制机柜、电子摄像机、激光器，室内环境辅助设备、舱内传感器和送风风机及送风管道阀门，关闭供电柜，断开供电柜供电。
77.图8示出了上述步骤的执行示意图，具体内容与上述s71～s79类似，此处不再赘述。
78.通过本技术实施例提供的环境模拟方法，可以解决目前采用cfd模拟所存在的技术问题，提升了使用便捷性，降低了使用难度，并且进行模拟时的结果增加直观形象，响应时间较短，得到可视化结果的时间周期较短，提升了模拟效率。
79.本技术实施例还提供了一种计算机可读存储介质，该计算机可读存储介质存储有计算机可执行指令，该计算机可执行指令在被处理器调用和执行时，该计算机可执行指令促使处理器实现上述环境模拟系统，具体实现可参见前述方法实施例，在此不再赘述。
80.本技术实施例所提供的环境模拟系统和环境模拟方法的计算机程序产品，包括存储了程序代码的计算机可读存储介质，所述程序代码包括的指令可用于执行前面方法实施例中所述的方法，具体实现可参见方法实施例，在此不再赘述。
81.除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对步骤、数字表达式和数值并不限制本技术的范围。
82.所述功能如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个处理器可执行的非易失的计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本技术的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本技术各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：u盘、移动硬盘、只读存储器(rom，read-only memory)、随机存取存储器(ram，random access memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
83.在本技术的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本技术和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本技术的限制。
84.此外，术语“水平”、“竖直”、“悬垂”等术语并不表示要求部件绝对水平或悬垂，而是可以稍微倾斜。如“水平”仅仅是指其方向相对“竖直”而言更加水平，并不是表示该结构一定要完全水平，而是可以稍微倾斜。
85.在本技术的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本技术中的具体含义。
86.最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本技术的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本技术进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本技术各实施例技术方案的范围。