制冷系統(tǒng)模擬和案例分析綜述

1、制冷系統(tǒng)模擬和案例分析制冷系統(tǒng)模擬和案例分析Wmk98 2015.11.30Wmk98 2015.11.30目錄常用系統(tǒng)模擬軟件介紹常用系統(tǒng)模擬軟件介紹2系統(tǒng)選型需了解各系統(tǒng)件的原理和特性系統(tǒng)選型需了解各系統(tǒng)件的原理和特性3重要的數(shù)據(jù)二次處理和分析重要的數(shù)據(jù)二次處理和分析4仿真分析基本流程和需求分析仿真分析基本流程和需求分析1系統(tǒng)優(yōu)化案例分享系統(tǒng)優(yōu)化案例分享5系統(tǒng)可靠性考慮系統(tǒng)可靠性考慮6仿真分析基本流程和需求分析按需建立仿真模型標定仿真模型根據(jù)測試數(shù)據(jù)修正在模型上輸入不同參數(shù)分析根據(jù)關(guān)鍵參數(shù)調(diào)整優(yōu)化不用拘泥于軟件通過之前的經(jīng)驗數(shù)據(jù)驗證模板調(diào)整流路時要以基礎(chǔ)數(shù)據(jù)修正數(shù)據(jù)2次處理非常重要，圖表直

2、觀后處理：目標最優(yōu)化仿真分析基本流程和需求分析系統(tǒng)模擬需求：1、其它不變，流路優(yōu)化；2、換熱器壓降（關(guān)系到判斷是否過熱)、連接管壓損;3、壓縮機選型判斷;4、影響整機性能關(guān)鍵因素：過冷度？流量？冷凝側(cè)換熱溫差？5、各零件最優(yōu)化疊加？成本最優(yōu)？6、內(nèi)外換熱器搭配是否失衡？7、根據(jù)額定制冷量估計判斷高溫制冷量？重要建議：擠出時間來分析、堅持數(shù)據(jù)分析的習慣、分析后無法得到效果時心態(tài)要正確（仿真不是萬能的，但能鍛煉思維和養(yǎng)成對數(shù)據(jù)敏感的習慣）提醒：目前不存在一鍵式分析系統(tǒng)的超級軟件！換熱器流路計算軟件系統(tǒng)制冷循環(huán)狀態(tài)參數(shù)計算常用系統(tǒng)模擬軟件介紹空氣參數(shù)計算整機系統(tǒng)匯總集成常用系統(tǒng)模擬軟件介紹常用系統(tǒng)模

3、擬軟件介紹常用系統(tǒng)模擬軟件介紹常用系統(tǒng)模擬軟件介紹常用系統(tǒng)模擬軟件介紹常用系統(tǒng)模擬軟件介紹例子計算列方程計算結(jié)果結(jié)果數(shù)據(jù)研究數(shù)據(jù)研究常用系統(tǒng)模擬軟件介紹常用系統(tǒng)模擬軟件介紹二、空調(diào)原理制冷循環(huán)和壓焓圖關(guān)系壓力(Mpa)焓(kJ/kg)壓縮行程等熵線過冷度 約膨脹行程過熱度約制冷原理：系統(tǒng)選型需了解各系統(tǒng)件的原理和特性系統(tǒng)選型需了解各系統(tǒng)件的原理和特性冷凝溫度 圧縮比排氣溫度制冷効果壓縮機功率 能效比蒸發(fā)溫度圧縮比排氣溫度制冷効果制冷量 EER0510152025-25-20-15-10-50蒸發(fā)溫度（）制冷量（KW)壓縮機能力蒸發(fā)器大蒸發(fā)器中蒸發(fā)器小四、制冷壓縮機滾動轉(zhuǎn)子式壓縮機結(jié)構(gòu)單轉(zhuǎn)子壓縮

4、機雙轉(zhuǎn)子壓縮機系統(tǒng)選型需了解各系統(tǒng)件的原理和特性旋轉(zhuǎn)壓縮機：四、制冷壓縮機滾動轉(zhuǎn)子式工作原理 轉(zhuǎn)子的主軸在原動機拖動下旋轉(zhuǎn)時，偏心轉(zhuǎn)子緊貼著汽缸內(nèi)壁面回轉(zhuǎn)，造成月牙狀空間容積周期性的變化，完成吸排氣和壓縮過程。 旋轉(zhuǎn)壓縮機：系統(tǒng)選型需了解各系統(tǒng)件的原理和特性制冷劑R410A 轉(zhuǎn)子式壓縮機容積效率為：0.70.9，取0.8；壓縮比越大，其值越小輸氣量要求：輸氣量要求：質(zhì)量流量體積流量理論輸氣量選用的壓縮機: 凌達QXA-B096注：需要選用比理論輸氣量大約10%的壓縮機旋轉(zhuǎn)壓縮機選型：系統(tǒng)選型需了解各系統(tǒng)件的原理和特性 八、其它制冷配件四通閥結(jié)構(gòu)電磁線圈四通閥本體主閥先導閥系統(tǒng)選型需了解各系統(tǒng)件

5、的原理和特性四通閥：八、其它制冷配件四通閥結(jié)構(gòu)爆炸圖（主閥）四通閥：八、其它制冷配件四通閥中先結(jié)構(gòu)爆炸圖（先導閥）四通閥：八、其它制冷配件四通閥制冷工作原理 一、制冷循環(huán)(線圈斷電狀態(tài))Cooling cycle （Coil De-Energized）壓縮機低壓流體Low Pressure高壓流體High Pressure先導滑閥 Pilot Slide Valve壓縮彈簧 Compress Spring 毛細管 Capillary Tube右活塞腔 Right Piston Chamber主滑閥 Body Slide Valve左活塞腔 Left Piston Chamber 當電磁線圈處于

6、斷電狀態(tài)，先導滑閥在壓縮彈簧驅(qū)動下左移，高壓流體進入毛細管后進入右活塞腔。另一方面，左活塞腔的流體由于和S管相通，受壓縮機抽吸而排出；使活塞兩端產(chǎn)生壓力差，活塞及主滑閥左移，使E、S接管相通，D、C接管相通，于是形成制冷循環(huán)，制冷劑流向如右圖所示。CompressorInside evaporatorOutside condenser室外機組室內(nèi)機組pilot valveValve BodySolenoid Coil圖1（制冷循環(huán)）四通閥：Compressor室內(nèi)機組室外機組Solenoid CoilValve BodyPilot Valve二、制熱循環(huán)(線圈通電狀態(tài))Heating Cycl

7、e （Coil Energized）Inside evaporatorOutside condenser低壓流體Low Pressure高壓流體High Pressure先導滑閥 Pilot Slide Valve壓縮彈簧 Compress Spring 毛細管 Capillary Tube右活塞腔 Right Piston Chamber主滑閥 Body Slide Valve左活塞腔 Left Piston Chamber 當電磁線圈處于通電狀態(tài)，先導滑閥在電磁線圈產(chǎn)生的磁力作用下，克服壓縮彈簧的彈力而右移，高壓流體進入毛細管后進入左活塞腔。另一方面，右活塞腔的流體由于和S管相通，受壓縮機

8、抽吸而排出；使活塞兩端產(chǎn)生壓力差，活塞及主滑閥右移，使C、S接管相通，D、E接管相通，于是形成制熱循環(huán)，制冷劑流向如右圖所示。圖2（制熱循環(huán)）八、其它制冷配件四通閥制熱工作原理四通閥：液體比氣體非常容易通過，氣體流動阻力液體流動阻力，毛細管有自補償特點，停機后，壓縮機與蒸發(fā)器內(nèi)壓力能很快自平衡。過冷度對毛細管的流量影響較大。合理選擇：在規(guī)定的TK、T0下，使毛細管的阻力足以在毛細管進口處保持一個液封，而又無過多的液體存于冷凝器內(nèi)。六、節(jié)流機構(gòu)毛細管系統(tǒng)選型需了解各系統(tǒng)件的原理和特性毛細管：系統(tǒng)選型需了解各系統(tǒng)件的原理和特性系統(tǒng)流量計：加長毛細管和增加灌注量都會使過冷度降低，但不一定能使整機制冷

9、量增加系統(tǒng)選型需了解各系統(tǒng)件的原理和特性分液頭：分液器組件設(shè)計：進管長度一般為射流環(huán)長度的5倍以上較好。氣液兩相流速較大，分體機使用時存在向心力，沒有射流環(huán)或射流孔太小或者進管折彎半徑太小、折彎角度太小，都容易產(chǎn)生向心作用，流量趨于外壁，造成分液不均勻。系統(tǒng)選型需了解各系統(tǒng)件的原理和特性系統(tǒng)選型需了解各系統(tǒng)件的原理和特性系統(tǒng)仿真（含流量模擬）系統(tǒng)選型需了解各系統(tǒng)件的原理和特性換熱器蒸發(fā)器：1、蒸發(fā)器的換熱量隨著支路數(shù)增加先升后降，存在最佳支路數(shù)；而冷凝器隨支路數(shù)增加而減??；2、蒸發(fā)器壓降（沿程阻力導致的壓損）一般比冷凝器大；低溫區(qū)對壓降更敏感，支路數(shù)減少時壓降增加，這時會抬高蒸發(fā)器進口溫度，減

10、少了和空氣側(cè)的傳熱溫差；3、隨著支路數(shù)增加，支路內(nèi)的制冷流量會減少，傳熱溫差會隨著管壁溫均勻增加，但換熱系數(shù)會隨每個支路內(nèi)的流量減少而減少。換熱量存在最佳平衡點。系統(tǒng)選型需了解各系統(tǒng)件的原理和特性換熱器冷凝器：1、冷凝器的支路數(shù)增大時，壓降基本相同，加上高溫高壓區(qū)對壓降不敏感；2、冷凝器支路數(shù)減少時，溫差場基本相同，但傳熱系數(shù)變化較大；3、冷凝器的傳熱溫差在過熱段較大，傳熱系數(shù)是兩頭小，中間大。而傳熱系數(shù)是制約冷凝器換熱量的主導因素。同時注意某些冷凝器分氣管流量分布：對可泡水冷凝器，右邊排管方式2根管和水接觸，換熱較好重要的數(shù)據(jù)二次處理和分析如何利用數(shù)據(jù)分析提高風道系統(tǒng)復(fù)熱（進口溫度和排氣相當

11、，出口溫度一般在39-41度間，進出口太近，在制冷時溫差過大產(chǎn)生復(fù)熱）影響冷出溫度，從而影響過冷度和壓力降，最終影響整機換熱量。系統(tǒng)優(yōu)化案例分享案例1：風場分布 對整機分路設(shè)計影響很大，建議對某個殼體不熟悉的時候，尋找風場測試數(shù)據(jù)或自行測試進出風風速分布，有條件可以用熱成像儀進行估計參考，作為仿真分析的結(jié)果核對。然后根據(jù)溫度場分布進行分路設(shè)計，再采用換熱器模擬軟件進行計算校核。最后通過1組實驗數(shù)據(jù)確定仿真基型。系統(tǒng)優(yōu)化案例分享案例2：系統(tǒng)優(yōu)化案例分享分體蒸發(fā)器流路設(shè)計對以下蒸發(fā)器分路（進在迎風面），進風方向如圖，在制冷時復(fù)熱影響不大；制熱時，圖示的出16溫度高，進16溫度低，按進風方向，復(fù)熱影

12、響有限，但如果按圖2，將進出口調(diào)轉(zhuǎn)（如制熱時），則順著風向，將高溫的出16（約70C）熱量直接帶給低溫的進16（約33C），溫差有30多度，極易造成復(fù)熱的影響，對系統(tǒng)過冷度造成影響，從而影響整機性能。案例3：系統(tǒng)優(yōu)化案例分享分體蒸發(fā)器流路設(shè)計根據(jù)蒸發(fā)器換熱特性，進入分液頭前為氣液兩相，液體比例大，流速相對低，進入蒸發(fā)器換熱時結(jié)合迎風情況，第一排換熱最充分，所以進入時可以考慮1路走12U再分流，此時分流好處在于氣體增多，整體流速變大，需要更多的有效換熱面積（各分路），以便繼續(xù)維持液態(tài)變氣態(tài)，直到過熱。同時由于流速加大，經(jīng)過蒸發(fā)器的時間縮短，而且出口一般在第2排，風場和溫度場都變差，即有效換熱變差

13、。所以最后的過熱氣體經(jīng)過的U管可考慮布置在風場較弱處。（在5度的飽和溫度下，R410A潛熱約為顯熱的180倍?。φ舭l(fā)器：氣液兩相氣態(tài)增多體積增大分路考慮逐步分路效果更好案例4：系統(tǒng)優(yōu)化案例分享案例5：某機型常規(guī)測試數(shù)據(jù)如下：系統(tǒng)優(yōu)化案例分享案例5：其分路如右圖：對分路進行優(yōu)化分析，從而設(shè)計換熱器：測試后側(cè)進風：系統(tǒng)優(yōu)化案例分享案例5：根據(jù)參考數(shù)據(jù)在壓焓圖上描點：系統(tǒng)優(yōu)化案例分享案例5：用EES軟件建立系統(tǒng)參數(shù)進行計算，主要依據(jù) Qe=G（h1-h6）并修正。系統(tǒng)優(yōu)化案例分享案例5：用EES軟件建立系統(tǒng)參數(shù)：系統(tǒng)優(yōu)化案例分享案例5：用EES軟件建立系統(tǒng)參數(shù)：系統(tǒng)優(yōu)化案例分享案例5：用EES軟件

14、計算已有的數(shù)據(jù)的結(jié)果：系統(tǒng)優(yōu)化案例分享案例5：改變不同數(shù)據(jù)進行分析（如改變壓縮機轉(zhuǎn)速），可以看到系統(tǒng)在一些參數(shù)變化下的結(jié)果變化，從而優(yōu)化整機系統(tǒng)。系統(tǒng)可靠性考慮注意：除了性能優(yōu)化，系統(tǒng)還要關(guān)注可靠性，只有滿足可靠性的性能優(yōu)化，才算得上是完整的系統(tǒng)方案：吸氣過熱度、回液：系統(tǒng)設(shè)計要在任何工況下考慮吸氣過熱度，防止液擊導致壓縮機損壞，如下圖，吸氣進入儲液罐時為紅色線路，在低溫工況下可能帶液，但由內(nèi)部吸氣管吸氣則一定要是氣態(tài)（綠色線路），否則容易產(chǎn)生液擊。制冷劑過多時，低溫時開機瞬間儲液罐會滿液，然后系統(tǒng)平衡時才會逐漸降低液面高度壓縮機底部油面壓縮機底部油面系統(tǒng)可靠性考慮分體機長連接管、高落差及回油

15、（50米管，25米高落差）工況高壓低壓冷進冷中冷出排氣回氣油面穩(wěn)定時間穩(wěn)定位置備注額定制熱20.95-2.90.513.3105-4.72min 滿最大制熱23.86.26.081.918.1127-2.53.5min滿85%電壓通過最大制熱25.46.17.45.921122.51.43min滿110%電壓通過惡劣除霜13.83.8-6.5-5.31.590-14.6滿通過低溫制熱12.42.9-19.6-17.5-6.384.4-22.77min滿凍12小時啟動12.23.3-11.1-13.1-4.693.4-21滿85%電壓運行11.83.2-11.2-13.5-5.694.6-18.7滿110%電壓運行額定制冷3.8834842.590-2.7滿最小制冷3.461.434.525.3