面向制冷空調(diào)裝置快速穩(wěn)定仿真的部件模型拓展及系統(tǒng)仿真平臺開發(fā).pdf

1、制冷空調(diào)裝置計算機仿真技術(shù)作為一種高效的制冷設(shè)備設(shè)計方法，已經(jīng)越來越多地受到國內(nèi)外制冷設(shè)備生產(chǎn)企業(yè)的重視，并已經(jīng)成為現(xiàn)代制冷裝置設(shè)計的主要發(fā)展方向。相對于傳統(tǒng)的經(jīng)驗和試驗相結(jié)合的設(shè)計方法，制冷裝置計算機仿真技術(shù)可以避免大量的重復(fù)性的試驗，同時可以得到實驗得不到的數(shù)據(jù)，便于設(shè)計人員對制冷裝置特性有更深入的認識，并為制冷產(chǎn)品設(shè)計提供更可靠的理論指導(dǎo)。在制冷空調(diào)裝置的仿真計算中數(shù)學(xué)模型被成千上萬次調(diào)用，這就需要仿真用的模型計算快速、絕對穩(wěn)定和

2、準(zhǔn)確。
　　雖然制冷空調(diào)裝置仿真方法已有廣泛的研究，但隨著制冷技術(shù)的進步、制冷部件的更新?lián)Q代、制冷過程的復(fù)雜化，快速穩(wěn)定的制冷裝置仿真方法也需要不斷地完善和進步。對于空調(diào)裝置，其制冷循環(huán)由原來的亞臨界制冷循環(huán)擴展到跨臨界制冷循環(huán)，節(jié)流機構(gòu)由廣泛采用的絕熱等徑毛細管組件替代為低成本絕熱變徑毛細管；對于冰箱裝置，帶有吸氣管換熱的等徑毛細管廣泛應(yīng)用，換熱器由簡單的串聯(lián)連接發(fā)展為并聯(lián)、半并聯(lián)等多種復(fù)雜的連接方式。針對以上制冷空調(diào)裝置新的發(fā)

3、展，制冷空調(diào)裝置的快速穩(wěn)定仿真方法也需要進一步完善。為此，本文開展了以下五個方面的研究：
　?。?）開發(fā)跨臨界循環(huán)中超臨界區(qū)制冷劑物性隱式擬合顯式計算方法。通過選取臨界點附近的等溫線作為基準(zhǔn)線來構(gòu)建超臨界區(qū)隱式擬合關(guān)聯(lián)式，進而獲得制冷劑物性的顯式公式的方法，可在超臨界區(qū)保證制冷劑物性計算的快速、穩(wěn)定、可逆。采用新方法，CO2和R410A的超臨界區(qū)的物性被預(yù)測并和國際物性計算標(biāo)準(zhǔn)軟件REFPROP8比較。預(yù)測結(jié)果相對于REFPROP

4、8的計算結(jié)果的計算偏差在1％以內(nèi)，而新方法的計算速度是REFPROP8的100倍以上。
　?。?）開發(fā)絕熱變徑毛細管快速計算方法?；诿毠軆?nèi)的基本控制方程和經(jīng)典突擴突縮公式，本文建立了變徑毛細管計算模型，并提出流量計算和管長計算方法，并進行了實驗驗證。為了工程應(yīng)用方便，本文還開發(fā)了絕熱變徑毛細管流量的無量綱關(guān)聯(lián)式和常用工質(zhì)的變徑毛細管尺寸設(shè)計圖。變徑毛細管的無量綱關(guān)聯(lián)式通過在原有的等徑毛細管關(guān)聯(lián)式中引入等效管徑和等效管長得到。提

5、出的無量綱關(guān)聯(lián)式預(yù)測結(jié)果與實驗數(shù)據(jù)的平均偏差在5%以內(nèi)，計算速度是理論模型的700倍以上。應(yīng)用開發(fā)的尺寸設(shè)計圖，變徑毛細管可以很容易設(shè)計。
　?。?）開發(fā)非絕熱等徑毛細管快速計算方法。首先，非絕熱毛細管的所有可能的相變情況統(tǒng)一成過冷區(qū)、兩相區(qū)和過熱區(qū)的疊加模式;然后，提出了各相區(qū)物性的近似關(guān)系式;最后，將近似關(guān)系式帶入控制方程得出非絕熱毛細管長的顯式近似分析解。提出的快速計算方法可以覆蓋蒸汽壓縮制冷系統(tǒng)的大多數(shù)可能工況。對R134

6、a、R600a、R12、R410A和 R407C等工質(zhì)的計算結(jié)果顯示了提出的快速計算方法相對于分布參數(shù)模型的計算偏差小于2%，計算速度是分布參數(shù)模型的1000倍以上。
　?。?）開發(fā)復(fù)雜串并聯(lián)換熱器快速穩(wěn)定計算方法。首先，分析不同連接方式的換熱器在不同工作過程下所有可能的制冷劑分布情況，將其總結(jié)為5種分布模式的組合，從而實現(xiàn)描述任何換熱器中制冷劑分布變化；其次，建立制冷劑分布模式光滑轉(zhuǎn)換判斷準(zhǔn)則，從而實現(xiàn)換熱器中各工作過程轉(zhuǎn)換的光

7、滑連接；再次，選取制冷劑總質(zhì)量和總能量作為狀態(tài)參數(shù)，將質(zhì)量和能量守恒方程直接作為控制方程，從而保證了新方法的質(zhì)量和能量嚴格守恒；最后，開發(fā)制冷劑狀態(tài)具體計算公式和求解算法，從而實現(xiàn)換熱器模型快速求解。仿真案例表明，新方法在仿真48小時換熱器性能中，質(zhì)量和能量嚴格守恒，計算穩(wěn)定，仿真結(jié)果和實驗結(jié)果吻合。
　?。?）開發(fā)制冷裝置系統(tǒng)仿真的部件模型集成方法并搭建冰箱系統(tǒng)仿真平臺。制定了基于系統(tǒng)仿真需求的部件模型選取原則和集成方法，并以冰