2023年夏季的高溫威脅到世界上部分地區(qū)數(shù)百萬人的生命。空調(diào)是人們在高溫下維持基本生活質(zhì)量必不可少的物件。同時，COVID-19疫情加強(qiáng)了傳染病預(yù)防的重要性。在室內(nèi)，病菌極易通過空氣快速傳播，所以空調(diào)系統(tǒng)尤其是中央空調(diào)會成為病菌傳播的溫床。在空調(diào)系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，添加除菌功能模塊可以有效抑制空調(diào)系統(tǒng)內(nèi)的病菌濃度，進(jìn)而預(yù)防傳染病在室內(nèi)環(huán)境下的傳播。本項目為上海交通大學(xué)和美國賓州州立大學(xué)的合作畢設(shè)項目，旨在基于太陽能空調(diào)原型機(jī)設(shè)計除菌模塊，預(yù)防傳染病的傳播。

本項目旨在為一種已有的太陽能空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計除菌裝置，具體內(nèi)容包含結(jié)構(gòu)設(shè)計、流場分析和效果評價三部分。其中結(jié)構(gòu)設(shè)計主要包括除菌模塊的3D結(jié)構(gòu)、流道形狀以及外形等建模設(shè)計，并對每一種設(shè)計的理論除菌率進(jìn)行估算；流場分析包括對添加除菌模塊前后，除菌模塊以及原空調(diào)系統(tǒng)內(nèi)部空氣流動特性仿真以及對原空調(diào)系統(tǒng)內(nèi)氣流的影響研究；效果評價包括應(yīng)用機(jī)器學(xué)習(xí)回歸模型對除菌模塊內(nèi)空氣中病菌濃度的預(yù)測以及對設(shè)計的除菌模塊除菌效果的評價。

針對太陽能空調(diào)的原型機(jī)，本團(tuán)隊設(shè)計了若干個除菌模塊的結(jié)構(gòu)方案，通過對各方案理論除菌率的計算和流場仿真結(jié)果的分析，選取了除菌效果和空調(diào)性能綜合最優(yōu)的方案，并優(yōu)化完善其3D結(jié)構(gòu)、流道形狀及外形等建模設(shè)計。同時，對結(jié)構(gòu)進(jìn)行了Ansys Fluent流場仿真，結(jié)果表明系統(tǒng)在添加除菌模塊后仍能進(jìn)行有效的溫度調(diào)控。最后，在除菌模塊內(nèi)部的傳感器測得的氣流參數(shù)結(jié)合python機(jī)器學(xué)習(xí)回歸算法，能有效預(yù)測除菌模塊的除菌效果。