压缩式制冷系统及各部件模型及系统算法
admin-jj
admin-jj Lv.2
2006年10月24日 10:20:10
来自于制冷技术
只看楼主

制冷系统仿真的重点和难点就是制冷系统各部件模型的建立及其系统仿真算法的研究,已有主要的研究集中于压缩式制冷系统,现在将研究状况介绍如下。对于制冷系统及其部件的仿真,研究者们针对不同物理模型建立各种各样的数学模型,如集总参数模型、分区参数模型和分布参数模型等。压缩机模型:压缩机为制冷剂的流动提供动力,该部件模型的计算决定了制冷剂流量的大小。在压缩机实际工作过程中,过热工质蒸汽流过吸排气阀均有压力损失,在吸排气过程中工质与汽缸壁也存在热交换,而且换热也与壳体、电动机和润滑油的温度有关。制冷系统仿真中建立压缩机模型的目的是求出压缩机出口制冷剂的质量流量和压缩机的输出功率,仿真只要求计算压缩机对系统性能和其它部件有影响的参数(如流量和功率),并实现各部件模型之间的耦合。为了在保证计算精度的前提下尽量缩短仿真时间最终实现对系统的优化,必须对模型做大量的简化。吴业正等对双制冷循环电冰箱的压缩机开停过程建立了较完整的数学模型对压缩机的汽缸、吸气腔、排气腔和运动气阀等结构部件在吸气、排气、膨胀或压缩过程分别建立了流量、质量和能量方程来求流量和功率。张华俊等以压缩机生产厂家提供的压缩机性能曲线为依据,取系统运行区间足够多的点,用最小二乘法拟合出压缩机中制冷剂的质量流量和功率表达式。陈芝久等考虑汽缸与外界存在热交换情况采用集总参数法建立压缩机的非稳态仿真模型。与以上不同且也最常用的模型是视压缩过程为多变过程或绝热过程,这种模型通用性强,但针对不同压缩机的容积效率和电效率是通过大量试验数据回归成经验公式来求得。还要提到的是,丁国良等引入人工神经网络方法来改进压缩机模型,提出了传统理论模型和神经网络相结合的新型压缩机热力计算模型,将传统计算模型中压缩机的容积效率和电效率以及其它诸多难以描述的因素归入神经网络部分,减轻对试验的要求,同时达到较高的计算精度,这对模型的简化有重要的指导意义。

制冷系统仿真的重点和难点就是制冷系统各部件模型的建立及其系统仿真算法的研究,已有主要的研究集中于压缩式制冷系统,现在将研究状况介绍如下。
对于制冷系统及其部件的仿真,研究者们针对不同物理模型建立各种各样的数学模型,如集总参数模型、分区参数模型和分布参数模型等。
压缩机模型:压缩机为制冷剂的流动提供动力,该部件模型的计算决定了制冷剂流量的大小。在压缩机实际工作过程中,过热工质蒸汽流过吸排气阀均有压力损失,在吸排气过程中工质与汽缸壁也存在热交换,而且换热也与壳体、电动机和润滑油的温度有关。制冷系统仿真中建立压缩机模型的目的是求出压缩机出口制冷剂的质量流量和压缩机的输出功率,仿真只要求计算压缩机对系统性能和其它部件有影响的参数(如流量和功率),并实现各部件模型之间的耦合。为了在保证计算精度的前提下尽量缩短仿真时间最终实现对系统的优化,必须对模型做大量的简化。吴业正等对双制冷循环电冰箱的压缩机开停过程建立了较完整的数学模型对压缩机的汽缸、吸气腔、排气腔和运动气阀等结构部件在吸气、排气、膨胀或压缩过程分别建立了流量、质量和能量方程来求流量和功率。张华俊等以压缩机生产厂家提供的压缩机性能曲线为依据,取系统运行区间足够多的点,用最小二乘法拟合出压缩机中制冷剂的质量流量和功率表达式。陈芝久等考虑汽缸与外界存在热交换情况采用集总参数法建立压缩机的非稳态仿真模型。与以上不同且也最常用的模型是视压缩过程为多变过程或绝热过程,这种模型通用性强,但针对不同压缩机的容积效率和电效率是通过大量试验数据回归成经验公式来求得。还要提到的是,丁国良等引入人工神经网络方法来改进压缩机模型,提出了传统理论模型和神经网络相结合的新型压缩机热力计算模型,将传统计算模型中压缩机的容积效率和电效率以及其它诸多难以描述的因素归入神经网络部分,减轻对试验的要求,同时达到较高的计算精度,这对模型的简化有重要的指导意义。
admin-jj
2006年10月24日 10:20:31
2楼
节流部件模型:节流部件是制冷系统的压力调节机构,直接决定了系统的蒸发压力和冷凝压力。小型制冷系统中常用的节流部件有热力膨胀阀、电子膨胀阀和毛细管等。热力膨胀阀常用于汽车空调。陈芝久等建立了对过热度做出响应和对流量调节过程的控制环节和流量环节的热力膨胀阀数学模型。于兵等建立了汽车空调热力膨胀阀的 — 模型,采用SIMPLEST算法模拟了流过阀体的制冷剂的速度场和压力场。电子膨胀阀常用于变频空调。由于电子膨胀阀能使系统所提供的制冷量对负荷的变化做出快速的反应,维持蒸发器出口制冷剂的过热度最佳,保证蒸发器的面积得到充分的利用,其具有节能舒适的特性,因而在变频空调器中得到越来越广泛的使用。电子膨胀阀的节流结构与热力膨胀阀相同,二者在计算质量流量时的数学模型相同,其关键是流量系数的确定。
毛细管具有结构简单、价格低廉、无运动部件等优点,是小型制冷设备中最常用的节流部件。毛细管内制冷剂的流动特性较为复杂,尽管国内外有不少学者对其进行了大量的研究,但有些理论(比如亚稳态区)尚待完善,所以一般都忽略亚稳态区对毛细管内制冷剂流动特性的影响。毛细管模型有绝热毛细管和非绝热毛细管两种模型,一般都基于以下假设来建模:①忽略相间滑动,采用均相流模型;②管内是一维稳态连续流动;③毛细管内径一致,内壁粗糙度均匀。毛细管的入口有饱和液体、过冷液体、过热蒸汽或气液两相这四种状态,所建立的模型必须能处理这任何一种状态。设有回气管的非绝热毛细管常用做冰箱的节流部件。彦启森和陈芝久分别建立了非绝热毛细管的非线性模型,二者的不同之处在于后者考虑了毛细管与空气的热交换。阴建民等提出了冰箱毛细管的优化方法。邓湘华基于两相流压降算法建立了非绝热毛细管模型。绝热毛细管常用做空调器的节流部件。陈芝久等基于热力学方程建立了绝热毛细管的分布参数模型,采用控制容积法建立了用于混合工质的绝热毛细管模型。张小松等在建模时忽略进口压力损失,而何晓明则认为变频空调制冷系统从冷凝器出口到毛细管入口的制冷剂流动的压损不可忽略,可看作突缩流动。此外,张华俊采用步进法建立了毛细管的模型,考虑了亚稳态区过热液体的存在[5]。
回复
admin-jj
2006年10月24日 10:20:44
3楼
换热器(冷凝器或蒸发器)模型:蒸发器和冷凝器中制冷剂的贮存量占了整个系统的大部分,所采用的仿真模型的准确性直接影响系统中制冷剂总量分配的计算。制冷剂在换热器中以单相和气液两相态存在。针对研究的不同目的和要求达到预期效果,可建立换热器的稳态分布参数模型、动态集中参数模型、动态分布参数模型和稳态集中参数模型。相对集总参数模型来说,分布参数模型的仿真结果精确度更高,但占用的时间更多,收敛速度更慢。无论何种模型,从本质上说都是基于热力学的三个基本方程,即连续方程、动量守恒方程和能量守恒方程来建模的。张华俊采用步进计算法选取控制体建立了换热器的稳态分布模型[5]。周子良根据质量平衡和热量平衡关系建立了换热器的动态集总参数模型[8]。丁国良等把分体式家用空调器分成压缩机、高压侧(压缩机壳体、冷凝器和输液管)、低压侧(蒸发器、吸气管和储液器)和毛细管共四大模块。由制冷剂的质量和能量守恒方程式就高压侧和低压侧建立了相同的模型,并在开机模型中采用质量引导法,在关机模型中采用能量引导法。王康迪和周兴禧等对制冷剂在换热器中的单相和气液两相区分别建立了稳态分布参数模型。陈芝久等根据制冷剂在换热器中的状态分为过热区、两相区和过冷区,把每区取为一个控制体,建立了换热器的动态分区集中参数模型[6]。不少学者曾研究了换热器的动态分布参数模型,他们所建立的单相区模型都相同,只是两相区的模型有所不同。葛云亭等根据两相区质量流速的不同所出现的雾状流、环状流及波状流三种流型,建立了两相区的三种不同的动态分布参数模型,它是各种模型中较为详细的模型,也是目前广泛被采用的模型。周兴禧和阴建民等假设换热器的两相区为均相流建立了两相区模型,其实就是葛云亭的雾状流模型。制冷系统仿真技术的最终目的是转向实用化,指导产品的研制和生产。丁国良等从生产实际出发,针对春兰窗式空调器建立了换热器的集总参数模型,该模型简单但需要进行大量的专门化的实验。
制冷剂的充灌量模型:制冷剂的充灌量直接影响整个系统运行的经济性和可靠性。充灌量过少,蒸发器的传热面积不能充分利用,蒸发器出口过热度和压缩机的吸气比容增加,系统的循环流量和制冷量下降;充灌量过多,可能造成冷凝器集液,减少有效传热面积,冷凝温度升高,压缩比增大,导致压缩机功耗增加,制冷系数下降。已有不少学者从实验角度对系统充注量进行了优化研究。采用实验方法确定充注量工作量大,精确度低,因而学者们研究充注量的理论计算及优化方法。制冷剂充注量的计算包括单相区和两相区的制冷剂质量的计算。两相区制冷剂质量的确定是制冷系统充注量研究的关键。两相区质量的确定必须研究空泡系数模型。常用的空泡系数模型有四种即均相模型、滑移比模型、Xtt修正模型和考虑质流率的模型,这些模型都是经验模型,并不能指出哪一种模型是准确的,还得通过实验来对这些模型不断修正,可惜国内研究者对这一方面的工作开展得太少。丁国良等研究了HFC134a和HFC152a的充注量得出结论是Tandon模型较适合于HFC134a,Hughmark模型较适合于HFC152a。
制冷剂的热物性模型:制冷剂是制冷系统的血液,制冷工质的热物性将对仿真结果有重要影响,由于工质热物性程序在仿真中有成千上万次被调用,如何使制冷工质的热物性模型误差更小同时又不使仿真时间太长,这是制冷系统仿真须解决的问题。除张春路等提出了制冷工质的隐式拟合模型及碳氢制冷工质的快速计算模型[28—30]外,其它有关制冷剂热力学简化模型研究很少见到。
回复
admin-jj
2006年10月24日 10:20:54
4楼
系统模型及算法:系统算法大致可以分为两类。一种方法是采用一般的解线性方程组的方法,将所有的方程和初边值条件整理成可以套用某一经典方法的格式,然后就直接求解、等待结果。常用的经典方法有牛顿-拉弗森法、龙格-库塔法等。这些求解还可基于通用的求解器,如EES和MATLAB等。这种算法不要求使用这具有很高的算法设计水平和编程能力。这种方法的最大缺陷就是无法保证技术的绝对稳定性,计算过程物理意义不明,而且难以获得明确的计算过程信息以解决计算工程中的问题。
另一种方法就是根据实际对象的模块构成及其相互的物理关系,以一定的顺序构建系统算法。这一方式中的迭代算法应该尽可能的简单明了(通常采用二分法),以便于研究者根据计算过程信息师兄对计算过程的控制,从而可以分析程序出错额原因,并有效地避免出错,提高编程效率。这种方法地构建过程和编程要依靠研究者自己解决,因此需要对于研究对象特性有较深的了解,同时具备较强的算法设计水平和编程能力。这种方法有一定难度,但是对于提高研究的效率和仿真软件的实用化很有必要。
对于单级压缩制冷系统,标准算法有四重迭代;迭代变量的选用遵循数量和迭代判据相等,从部件模型的输入状态参数选取这两个准则;而迭代判据是制冷剂制冷流量守恒。实际仿真算法中,通过将最内层迭代结果直接带入下层,我们可以将标准算法压缩成三重迭代。
对于两级压缩式制冷系统或者更加复杂的系统,虽然对象更加复杂,但是算法思路与上类似,迭代判据的确定,迭代变量的选取和算法流程的社军也遵循同样的基本准则。
回复
hansizhou
2006年12月04日 14:51:34
5楼
我很感兴趣阿楼主,多发!跟定你了;)
回复
yhcl2006
2007年05月10日 13:55:59
6楼
不知楼主是否可提供一些可用的仿真软件?谢谢
回复
wangzhilei11
2008年04月08日 23:21:31
7楼
能提供下这款软件吗!谢谢了
回复
zl_abc
2008年04月11日 09:37:22
8楼
可以提供软件下载吗?
回复
yym2071
2008年04月21日 10:03:36
9楼
能提供下这款软件吗!顶你!
回复
jenry820
2008年11月04日 16:59:38
10楼
顶你个肺:lol ,有姿势没实际!:lol
回复

相关推荐

APP内打开