一種基于水溫耦合分析的水療床溫控方法及裝置與流程

本發明涉及控制系統領域，尤其涉及一種基于水溫耦合分析的水療床溫控方法及裝置。

背景技術：

1、水療床溫控是指通過一系列的設備和技術手段，對水療床中的水溫進行精確測量和調節的過程。其目的是確保在水療過程中，水溫保持在用戶設定的舒適和安全范圍內，通過有效的溫控，水療床不僅能提供更加舒適和安全的治療環境，還能提升水療的整體效果，滿足不同用戶的健康需求。

2、目前水療床溫控的傳統方式通常采用簡單的開/關型加熱器或溫控器，通過預設的溫度范圍來控制加熱器的工作，以保持水溫在用戶設定的目標范圍內。這種方式對溫度控制精度不高，容易使得水溫波動，從而導致用戶的水療體驗感不佳。

技術實現思路

1、本發明提供一種基于水溫耦合分析的水療床溫控方法及裝置，其主要目的在于實現水療床溫度的精準控制，以提高用戶的水療體驗感。

2、為實現上述目的，本發明提供的一種基于水溫耦合分析的水療床溫控方法，包括：

3、獲取水療床場景，構建所述水療床場景的多點實時系統，通過所述多點實時系統采集水療床場景的水療床場景數據，其中，水療床場景數據包括水物理性質、環境條件以及水療床參數；

4、確定所述水療床場景的熱交換機制，基于所述熱交換機制、水物理性質以及環境條件，構建所述水療床場景的熱傳遞模型，利用所述熱傳遞模型模擬水療床場景對應水療床的熱交換狀態；

5、確定所述水療床場景的水流速率影響目標，基于所述水流速率影響目標、水物理性質以及環境條件，分析所述水療床場景的流體守恒方程，通過所述流體守恒方程，構建所述水療床場景的流體動力學模型，通過所述流體動力學模型模擬水療床場景對應水療床的速度-溫度分布關系；

6、識別所述水療床場景的水療用戶，分析所述水療用戶的物理參數，基于所述物理參數、水物理性質以及環境條件，構建所述水療用戶的用戶熱舒適模型；

7、基于所述熱交換狀態、速度-溫度分布關系以及物理參數，利用所述用戶熱舒適模型分析水療用戶的熱舒適度，基于所述熱舒適度，計算所述水療用戶的舒適度損失，基于所述舒適度損失，調節所述水療床的水療床參數，得到目標水療床參數，利用所述目標水療床參數實現水療床的智能溫控。

8、可選地，所述構建所述水療床場景的多點實時系統，包括：

9、分析所述水療床場景的水療床場景結構；

10、基于所述水療床場景結構，構建所述水療床場景的場景幾何模型；

11、分析所述水療床場景的監測需求；

12、基于所述監測需求，標記所述場景幾何模型的多點監測點，并分析所述多點監測點的監測設備類型和監測精度；

13、基于所述監測設備類型和監測精度，配置所述多點監測點的目標監測設備；

14、將所述目標監測設備對應的網絡接口集成至預設的實時系統中，得到所述水療床場景的初始多點實時系統；

15、計算所述初始多點實時系統的即時系數，當所述即時系數符合預設的即時閾值時，將所述初始多點實時系統作為多點實時系統。

16、可選地，所述基于所述熱交換機制、水物理性質以及環境條件，構建所述水療床場景的熱傳遞模型，包括：

17、基于所述熱交換機制，確定所述水療床場景的熱傳遞影響因素；

18、通過所述熱傳遞影響因素、水物理性質以及環境條件，分析所述水療床場景的水療床固體面積、流體溫度以及水療床固體溫度；

19、基于所述水療床固體面積、流體溫度以及水療床固體溫度，利用下述公式計算所述水療床場景對應水療床的熱傳遞方程，其中，所述熱傳遞方程：

20、

21、其中，表示水療床的熱流密度，表示對流熱傳遞系數，表示水療床固體面積，表示流體溫度，表示水療床固體溫度；

22、通過所述熱傳遞方程，構建所述水療床場景對應水療床的熱傳遞熱傳遞模型。

23、可選地，所述利用所述熱傳遞模型模擬水療床場景對應水療床的熱交換狀態，包括：

24、設定所述熱傳遞模型的熱傳遞邊界條件和熱傳遞初始條件；

25、對所述熱傳遞模型進行離散化，得到有限單元；

26、構建所述有限單元的單元矩陣；

27、將所述單元矩陣整合成整體矩陣，其中，所述整體矩陣包括整體剛度矩陣和整體質量矩陣；

28、將所述熱傳遞邊界條件和熱傳遞初始條件集成至整體矩陣中，得到約束整體矩陣；

29、對所述約束整體矩陣進行求解，得到約束整體矩陣對應內節點的溫度分布狀態；

30、基于所述溫度分布狀態，分析所述水療床場景對應水療床的熱交換狀態。

31、可選地，所述基于所述水流速率影響目標、水物理性質以及環境條件，分析所述水療床場景的流體守恒方程，包括：

32、確定所述水流速率影響目標的速率分析目標；

33、基于所述速率分析目標、水物理性質以及環境條件分析所述水療床場景對應水療床的質量參數、動量參數以及能量參數；

34、基于所述質量參數，利用下述公式構建所述水療床場景對應水療床的流體質量函數，其中，所述流體質量函數：

35、

36、其中，表示散度運算，表示質量參數中水療床的流體密度，表示求導運算，表示質量參數中水療床的流體速度向量，表示質量參數中水療床的流體流動時間；

37、基于所述動量參數，利用下述公式構建所述水療床中流體的動量變化函數，其中，所述動量變化函數：

38、

39、其中，表示散度，表示水療床的流體密度，表示求導運算，表示水療床的流體速度向量，表示動量參數中水療床的流體受力，表示動量參數中水療床的流體壓力，表示水療床的流體動力粘度，表示水療床的流體流動時間；

40、基于所述能量參數，利用下述公式構建所述水療床中流體的能量變化函數，其中，所述能量變化函數：

41、

42、其中，表示散度，表示水療床的流體密度，表示求導運算，表示能量參數中水療床的流體熱源項，表示水療床的流體速度向量，表示能量參數中水療床的流體比定壓熱容，表示能量參數中水療床的流體溫度，表示能量參數中水療床的流體導熱系數；

43、基于所述流體質量函數、動量變化函數以及能量變化函數，構建所述水療床場景對應水療床的流體守恒方程。

44、可選地，所述通過所述流體動力學模型模擬水療床場景對應水療床的速度-溫度分布關系，包括：

45、設置所述流體動力學模型的力學模型初始參數；

46、構建所述流體動力學模型的流體速度組；

47、基于所述流體速度組和力學模型初始參數，利用所述流體動力學模型模擬水療床中流體的流體溫度組；

48、基于所述流體速度組和流體溫度組，構建所述水療床中流體的速度-溫度曲線；

49、計算所述速度-溫度曲線的決定系數；

50、通過所述決定系數，確定所述速度-溫度曲線的擬合度；

51、當所述擬合度符合預設的擬合度閾值時，通過所述速度-溫度曲線，分析所述水療床的速度-溫度分布關系。

52、可選地，所述基于所述物理參數、水物理性質以及環境條件，構建所述水療用戶的用戶熱舒適模型，包括：

53、基于所述物理參數，分析所述水療用戶的人體質量、皮膚溫度、蒸發散熱以及人體做功；

54、根據所述水物理性質和環境條件，分析所述水療用戶對應水療床場景的流體比熱容和環境空氣溫度；

55、通過所述人體質量、皮膚溫度、蒸發散熱、人體做功、流體比熱容以及環境空氣溫度，利用下述公式構建所述水療用戶的環境能量平衡函數，其中，所述環境能量平衡函數：

56、

57、其中，表示人體質量，表示流體比熱容，表示皮膚溫度，表示環境空氣溫度，表示蒸發散熱，表示輻射熱傳遞系數，表示對流熱傳遞系數，表示水療用戶對應水療床的流體溫度，表示微分運算，表示人體做功；

58、通過所述環境能量平衡函數和預設的熱感覺指數函數，構建所述水療用戶的用戶熱舒適模型。

59、可選地，所述基于所述熱交換狀態、速度-溫度分布關系以及物理參數，利用所述用戶熱舒適模型分析水療用戶的熱舒適度，包括：

60、構建所述用戶熱舒適模型的模型當前參數和熱舒適度邊界條件；

61、基于所述模型當前參數、熱舒適度邊界條件、熱交換狀態以及速度-溫度分布關系，分析所述水療用戶對應水療床的當前對流熱傳遞系數和當前水溫；

62、基于所述物理參數、模型當前參數、熱舒適度邊界條件、當前對流熱傳遞系數以及當前水溫，利用所述用戶熱舒適模型計算水療用戶的熱感覺指數；

63、通過所述熱感覺指數，分析所述水療用戶的熱舒適度。

64、可選地，所述基于所述熱舒適度，計算所述水療用戶的舒適度損失，包括：

65、識別所述水療用戶的用戶特征；

66、基于所述用戶特征，分析所述水療用戶的舒適度影響因子；

67、根據所述舒適度影響因子，構建所述水療用戶的熱舒適度測試環境；

68、通過所述舒適度測試環境，測試所述水療用戶的理想熱舒適度；

69、構建所述水療用戶的熱舒適度交互系統；

70、利用所述熱舒適度交互系統對理想熱舒適度進行優化，得到目標熱舒適度；

71、基于所述熱舒適度和所述目標熱舒適度，計算所述水療用戶的舒適度損失。

72、為實現上述目的，本發明還提供一種基于水溫耦合分析的水療床溫控裝置，包括：

73、水療床數據獲取模塊，用于獲取水療床場景，構建所述水療床場景的多點實時系統，通過所述多點實時系統采集水療床場景的水療床場景數據，其中，水療床場景數據包括水物理性質、環境條件以及水療床參數；

74、熱傳遞模型構建模塊，用于確定所述水療床場景的熱交換機制，基于所述熱交換機制、水物理性質以及環境條件，構建所述水療床場景的熱傳遞模型，利用所述熱傳遞模型模擬水療床場景對應水療床的熱交換狀態；

75、動力學模型構建模塊，用于確定所述水療床場景的水流速率影響目標，基于所述水流速率影響目標、水物理性質以及環境條件，分析所述水療床場景的流體守恒方程，通過所述流體守恒方程，構建所述水療床場景的流體動力學模型，通過所述流體動力學模型模擬水療床場景對應水療床的速度-溫度分布關系；

76、熱舒適模型構建模塊，用于識別所述水療床場景的水療用戶，分析所述水療用戶的物理參數，基于所述物理參數、水物理性質以及環境條件，構建所述水療用戶的用戶熱舒適模型；

77、水療床智能溫控模塊，用于基于所述熱交換狀態、速度-溫度分布關系以及物理參數，利用所述用戶熱舒適模型分析水療用戶的熱舒適度，基于所述熱舒適度，計算所述水療用戶的舒適度損失，基于所述舒適度損失，調節所述水療床的水療床參數，得到目標水療床參數，利用所述目標水療床參數實現水療床的智能溫控。

78、為了解決上述問題，本發明還提供一種電子設備，所述電子設備包括：

79、存儲器，存儲至少一個指令；及

80、處理器，執行所述存儲器中存儲的指令以實現上述所述的基于水溫耦合分析的水療床溫控方法。

81、為了解決上述問題，本發明還提供一種計算機可讀存儲介質，所述計算機可讀存儲介質中存儲有至少一個指令，所述至少一個指令被電子設備中的處理器執行以實現上述所述的基于水溫耦合分析的水療床溫控方法。

82、本發明構建所述水療床場景的多點實時系統實現對水療床場景的實時監控和分析，從而提高數據的可靠性；本發明基于所述熱交換機制、水物理性質以及環境條件，構建所述水療床場景的熱傳遞模型可以模擬和分析水療床的熱交換過程為后期的水床參數優化提供依據；本發明利用所述熱傳遞模型模擬水療床場景對應水療床的熱交換狀態為后期水床溫度優化提高依據，本發明基于所述水流速率影響目標、水物理性質以及環境條件，分析所述水療床場景的流體守恒方程提供了描述流體行為的數學基礎，進一步地，本發明通過所述流體動力學模型模擬水療床場景對應水療床的速度-溫度分布關系可以作為后期進行進行水療床參數調整的依據，本發明基于所述物理參數、水物理性質以及環境條件，構建所述水療用戶的用戶熱舒適模型可以評估用戶對當前水溫的熱舒適度，最后，本發明基于所述熱交換狀態、速度-溫度分布關系以及物理參數，利用所述用戶熱舒適模型分析水療用戶的熱舒適度可以判斷用戶是否處于舒適狀態，為后期的水療床參數優化提供依據，并本發明基于所述舒適度損失，調節所述水療床的水療床參數以實現更符合用戶需求和期望的熱舒適度。因此，本發明可實現水療床溫度的精準控制，以提高用戶的水療體驗感。