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(tái)開(kāi)發(fā).pdf

1、制冷空調(diào)裝置計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)作為一種高效的制冷設(shè)備設(shè)計(jì)方法，已經(jīng)越來(lái)越多地受到國(guó)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(jì)的主要發(fā)展方向。相對(duì)于傳統(tǒng)的經(jīng)驗(yàn)和試驗(yàn)相結(jié)合的設(shè)計(jì)方法，制冷裝置計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)可以避免大量的重復(fù)性的試驗(yàn)，同時(shí)可以得到實(shí)驗(yàn)得不到的數(shù)據(jù)，便于設(shè)計(jì)人員對(duì)制冷裝置特性有更深入的認(rèn)識(shí)，并為制冷產(chǎn)品設(shè)計(jì)提供更可靠的理論指導(dǎo)。在制冷空調(diào)裝置的仿真計(jì)算中數(shù)學(xué)模型被成千上萬(wàn)次調(diào)用，這就需要仿真用的模型計(jì)算快速、絕對(duì)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(jìn)步、制冷部件的更新?lián)Q代、制冷過(guò)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(jìn)步。對(duì)于空調(diào)裝置，其制冷循環(huán)由原來(lái)的亞臨界制冷循環(huán)擴(kuò)展到跨臨界制冷循環(huán)，節(jié)流機(jī)構(gòu)由廣泛采用的絕熱等徑毛細(xì)管組件替代為低成本絕熱變徑毛細(xì)管；對(duì)于冰箱裝置，帶有吸氣管換熱的等徑毛細(xì)管廣泛應(yīng)用，換熱器由簡(jiǎn)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(duì)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(jìn)一步完善。為此，本文開(kāi)展了以下五個(gè)方面的研究：
　　（1）開(kāi)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(jì)算方法。通過(guò)選取臨界點(diǎn)附近的等溫線作為基準(zhǔn)線來(lái)構(gòu)建超臨界區(qū)隱式擬合關(guān)聯(lián)式，進(jìn)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(jì)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(cè)并和國(guó)際物性計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)軟件REFPROP8比較。預(yù)測(cè)結(jié)果相對(duì)于REFPROP

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

5、出的無(wú)量綱關(guān)聯(lián)式預(yù)測(cè)結(jié)果與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的平均偏差在5%以內(nèi)，計(jì)算速度是理論模型的700倍以上。應(yīng)用開(kāi)發(fā)的尺寸設(shè)計(jì)圖，變徑毛細(xì)管可以很容易設(shè)計(jì)。
　?。?）開(kāi)發(fā)非絕熱等徑毛細(xì)管快速計(jì)算方法。首先，非絕熱毛細(xì)管的所有可能的相變情況統(tǒng)一成過(guò)冷區(qū)、兩相區(qū)和過(guò)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(xì)管長(zhǎng)的顯式近似分析解。提出的快速計(jì)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(duì)R134

6、a、R600a、R12、R410A和 R407C等工質(zhì)的計(jì)算結(jié)果顯示了提出的快速計(jì)算方法相對(duì)于分布參數(shù)模型的計(jì)算偏差小于2%，計(jì)算速度是分布參數(shù)模型的1000倍以上。
　?。?）開(kāi)發(fā)復(fù)雜串并聯(lián)換熱器快速穩(wěn)定計(jì)算方法。首先，分析不同連接方式的換熱器在不同工作過(guò)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(shí)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(shí)現(xiàn)換熱器中各工作過(guò)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(yán)格守恒；最后，開(kāi)發(fā)制冷劑狀態(tài)具體計(jì)算公式和求解算法，從而實(shí)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(shí)換熱器性能中，質(zhì)量和能量嚴(yán)格守恒，計(jì)算穩(wěn)定，仿真結(jié)果和實(shí)驗(yàn)結(jié)果吻合。
　?。?）開(kāi)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(tái)。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