制冷系統(tǒng)仿真培訓(xùn)

換熱器及制冷系統(tǒng)仿真培訓(xùn)---制冷系統(tǒng)仿真2021.4.111、總體引見3.1、模型引見培訓(xùn)內(nèi)容：3.2、算法設(shè)計4、仿真平臺搭建2、數(shù)據(jù)模型3、部件實際模型2.1、緊縮機性能曲線2.2、大金EXCEL程序1、總體引見開展現(xiàn)狀最早由美國開利公司于上世紀60年代開展相關(guān)研討；上世紀70-80年代國外高校、研討機構(gòu)開場發(fā)表相關(guān)研討成果〔美國橡樹林實驗室、NIST、馬里蘭大學(xué)〕；我國最早于上世紀80年代末開場于高校〔陳芝久-制冷系統(tǒng)熱動力學(xué)初探〕；上世紀末隨著計算機技術(shù)開展，制冷仿真技術(shù)開展迅速，中國也成為此領(lǐng)域最活潑的國家之一，主要以

高校為主；

研討方向穩(wěn)態(tài)仿真動態(tài)仿真制冷系統(tǒng)仿真系統(tǒng)動態(tài)特性與控制戰(zhàn)略，由于制冷系統(tǒng)動態(tài)仿真復(fù)雜度高，目前主要在商業(yè)軟件〔Dymola、SimulationX、MWorks〕根底上進展二次開發(fā)，模型簡單，適用于中央空調(diào)，如約克在Dymola進展二次開發(fā)系統(tǒng)優(yōu)化，需建立系統(tǒng)部件實際模型，模型成熟，實際成熟且復(fù)雜。如開利Simtools、特靈T-Rex、同濟GREATLAB、美國橡樹林實驗室MARK性能預(yù)測、系統(tǒng)匹配，無需建立系統(tǒng)部件模型，完全基于實驗數(shù)據(jù)反推。如大金EXCEL程序數(shù)據(jù)模型部件實際模型優(yōu)點：簡單適用、快速計算適宜輕商非規(guī)范工況下數(shù)據(jù)的獲取〔客戶需求〕系統(tǒng)機型匹配、性能預(yù)測缺陷：根底數(shù)據(jù)沒有，需求丈量多個壓力點，任務(wù)量宏大不能做深化分析，不能用于系統(tǒng)優(yōu)化〔如流路優(yōu)化〕數(shù)據(jù)模型經(jīng)過標況的實驗數(shù)據(jù)獲得對應(yīng)換熱壓降系數(shù)，結(jié)合系數(shù)獲得其他非規(guī)范工況下的性能數(shù)據(jù)優(yōu)點：無需大量實驗數(shù)據(jù)支持，只需修正相關(guān)關(guān)聯(lián)式即可可對系統(tǒng)進展深化研討分析〔如換熱器流路優(yōu)化、毛細管冷媒匹配優(yōu)化等〕缺陷：實際要求高、編程難度〔算法設(shè)計〕準確性與穩(wěn)定性完善部件實際模型針對各部件建立實際模型，輸入各部件參數(shù)〔如換熱器排數(shù)、銅管翅片規(guī)格、緊縮機型號、銜接納尺寸、毛細管參數(shù)等〕、工況參數(shù)直接計算獲得性能數(shù)據(jù)部件實際模型開展歷程MIT〔1976，Hiller&Glicksman〕美國橡樹林實驗室ORNL〔1978，Ellison&Creswick〕美國規(guī)范技術(shù)研討院NIST〔1979，Domanski&Didon〕至今至今開利公司〔90年代〕至今張春路〔2006〕馬里蘭大學(xué)〔1995，Rossi〕至今2、數(shù)據(jù)模型

2.1、緊縮機性能曲線緊縮機性能曲線輸入：蒸發(fā)溫度、冷凝溫度、頻率輸出：質(zhì)量流量、電流、功率、制冷量緊縮機性能曲線測試條件：冷媒R410A、電壓220V、頻率30Hz/60Hz/90HzAHRI規(guī)范測試工況：過熱度11.1℃、過冷度8.3℃定頻壓機-10系數(shù)模型〔AHRI規(guī)范〕Te：蒸發(fā)溫度；Tc：冷凝溫度；c1-c10：系數(shù)x：輸入功率、質(zhì)量流量、制冷量、電流值變頻壓機-15系數(shù)模型Te：蒸發(fā)溫度；Tc：冷凝溫度；fr：頻率；c1-c15：系數(shù)x：輸入功率、質(zhì)量流量、制冷量、電流值緊縮機性能曲線擬合緊縮機性能曲線推演m規(guī)范:知蒸發(fā)溫度、冷凝溫度、頻率，經(jīng)過壓機擬合公式計算出的質(zhì)量流量υ規(guī)范:規(guī)范工況下壓機進口比容〔實測壓機進口壓力對應(yīng)飽和溫度+過熱度11.1℃〕υ實踐:實踐工況下壓機進口比容〔實測壓機進口溫度〕緊縮機性能曲線推演Q規(guī)范:知蒸發(fā)溫度、冷凝溫度、頻率，經(jīng)過壓機擬合公式計算出的才干值h2規(guī)范:規(guī)范工況下壓機出口焓值〔實測進口壓力對應(yīng)飽和溫度+過熱度11.1℃，實測壓降出口壓力〕h1規(guī)范:規(guī)范工況下壓機進口焓值〔實測進口壓力對應(yīng)飽和溫度+過熱度11.1℃，實測壓降進口壓力〕h2實踐:實踐工況下壓機出口焓值〔壓機進口熵值，實測壓機出口壓力〕h1實踐:實踐工況下壓機進口焓值〔壓機進口熵值，實測壓機進口壓力〕2.2、大金EXCEL程序黑箱子黑箱子節(jié)流安裝冷凝器〔例如：A型號〕蒸發(fā)器〔例如：B型號〕緊縮機輸入?yún)?shù)〔實測數(shù)據(jù)〕制冷量功率各節(jié)點溫度、壓力輸出參數(shù)A冷凝器系數(shù)、壓損B蒸發(fā)器系數(shù)、壓損排氣管壓損、熱損吸氣管壓損、熱損功率修正系數(shù)有效冷媒循化量實際計算某個工況下，例如：35/2427/19仿真思緒-逆運算321456hP綠色背風光為實測數(shù)據(jù)，橙色背風光為逆運算要求解的關(guān)鍵參數(shù)。P1P2P3P4P6T1T2T3T4T6質(zhì)量流量h1h6Qslossh2h3QDlossh4Qch5Qe風側(cè)實測才干內(nèi)風機功率冷媒側(cè)才干有效循環(huán)量緊縮機功率外機功率功率修正系數(shù)內(nèi)側(cè)濕球外側(cè)干球冷凝器KA值蒸發(fā)器KA值外風機功率仿真思緒-逆運算黑箱子黑箱子節(jié)流安裝冷凝器〔例如：A型號〕蒸發(fā)器〔例如：B型號〕緊縮機輸出參數(shù)〔仿真數(shù)據(jù)〕制冷量功率各節(jié)點溫度、壓力輸入?yún)?shù)A冷凝器系數(shù)、壓損B蒸發(fā)器系數(shù)、壓損排氣管壓損、熱損吸氣管壓損、熱損功率修正系數(shù)有效冷媒循化量實際計算其他恣意工況，例如：35/2227/15仿真思緒-正運算321456hP緊縮機功率P1P2吸氣管阻力系數(shù)冷媒質(zhì)量流量P6過熱度T6h6排氣管阻力系數(shù)P3P4過冷度T4h4Qe蒸發(fā)器KA值T6s〔由風側(cè)求得〕P6〔由風側(cè)求得〕h1吸氣管漏熱量T1排氣管漏熱量冷凝器KA值Qch3h2T2緊縮機多變指數(shù)或入熱系數(shù)制冷量內(nèi)電機功率T3s〔由風側(cè)求得〕P3〔由風側(cè)求得〕賦初始值賦初始值制熱量仿真思緒-正運算仿真思緒優(yōu)點：簡單適用、快速計算適宜輕商非規(guī)范工況下數(shù)據(jù)的獲取〔客戶需求〕系統(tǒng)機型匹配、性能預(yù)測缺陷：根底數(shù)據(jù)沒有，需求丈量多個壓力點，任務(wù)量宏大不能做深化分析，不能用于系統(tǒng)優(yōu)化〔如流路優(yōu)化〕仿真思緒經(jīng)過標況的實驗數(shù)據(jù)獲得對應(yīng)換熱壓降系數(shù)，結(jié)合系數(shù)獲得其他非規(guī)范工況下的性能數(shù)據(jù)3、部件實際模型3.1、模型引見空調(diào)制冷系統(tǒng)模型組成1.物性計算模型2.緊縮機模型〔轉(zhuǎn)子式〕3.蒸發(fā)器、冷凝器模型4.節(jié)流元件模型〔毛細管、節(jié)流閥〕5.其他模型〔儲液罐、四通閥、配管等〕空調(diào)制冷系統(tǒng)模型組成物性計算模型計算方法優(yōu)點缺點狀態(tài)方程法參數(shù)范圍廣、精度高計算速度慢，臨界點不穩(wěn)定性曲線擬合法計算速度快、穩(wěn)定性好針對不同制冷劑需擬合對應(yīng)公式仿真快慢取決于物性計算時間，占整個制冷系統(tǒng)仿真時間的90%；綜合思索計算精度、速度及穩(wěn)定性，優(yōu)選曲線擬合法；現(xiàn)成的物性計算軟件〔REFPROP、CoolProp〕采用形狀方程法，可直接調(diào)用計算，但計算速度較慢；濕空氣普通采用實際公式計算；緊縮機模型輸入：蒸發(fā)溫度、冷凝溫度、頻率輸出：質(zhì)量流量、電流、功率、制冷量定頻壓機-10系數(shù)模型〔AHRI規(guī)范〕Te：蒸發(fā)溫度；Tc：冷凝溫度；c1-c10：系數(shù)x：輸入功率、質(zhì)量流量、制冷量、電流值、能效變頻壓機-15系數(shù)模型Te：蒸發(fā)溫度；Tc：冷凝溫度；fr：頻率；c1-c15：系數(shù)x：輸入功率、質(zhì)量流量、制冷量、電流值、能效緊縮機性能曲線〔廠家提供〕蒸發(fā)器、冷凝器模型集中參數(shù)模型：模型簡單、不能思索流路分布、空氣分布影響，適用于性能預(yù)測；分布參數(shù)模型：模型復(fù)雜、思索流路分布、空氣分布影響，適用于性能優(yōu)化；節(jié)流元件模型節(jié)流元件流動機理復(fù)雜，如閃蒸、雍塞等ASHRAE規(guī)范引薦關(guān)聯(lián)式模型；輸入：進口參數(shù)、內(nèi)徑、長度輸出：質(zhì)量流量輸入：進口參數(shù)、內(nèi)徑〔長度〕、質(zhì)量流量輸出：長度〔內(nèi)徑〕毛細管〔節(jié)流閥〕設(shè)計系統(tǒng)仿真其他模型包括銜接納、四通閥、儲液罐、風機模型；詳細構(gòu)造差別較大，普通進展簡化處置；模型需能反映各部件對系統(tǒng)壓降、換熱等參數(shù)的影響；3.2、算法設(shè)計〔1〕延續(xù)性方程〔前一部件質(zhì)量流量等于后一部件質(zhì)量流量〕〔2〕能量守恒方程〔前一部件出口焓值等于后一部件進口焓值〕〔3〕動量守恒方程〔前一部件出口壓力等于后一部件進口壓力〕〔4〕系統(tǒng)充注量守恒〔系統(tǒng)充注量=系統(tǒng)各部件充注量之和〕方程組成算法優(yōu)點缺點聯(lián)立法通用性好、效率高，適合復(fù)雜制冷系統(tǒng)程序不易調(diào)試順序法程序容易調(diào)試不適合復(fù)雜制冷系統(tǒng)求解方法針對簡單系統(tǒng)〔如家用空調(diào)〕，可采用順序法求解，便于調(diào)試；針對復(fù)雜系統(tǒng)〔如中央空調(diào)〕，建議用聯(lián)立法進展求解；〔1〕產(chǎn)品設(shè)計知：蒸發(fā)器過熱度、冷凝器過冷度求：整機充注量毛細管長度制冷量緊縮機功率〔2〕性能預(yù)測知：整機充注量、毛細管長度求：蒸發(fā)器過熱度冷凝器過冷度制冷量緊縮機功率系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)算法流程一〔產(chǎn)品設(shè)計〕系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)算法流程二〔性能預(yù)測、優(yōu)化〕順序法求解思緒結(jié)果標定參數(shù)調(diào)整因子說明制冷量壓縮機流量調(diào)整因子系統(tǒng)制冷量主要由壓縮機大小決定總功耗壓縮機功耗調(diào)整因子壓縮機功耗占系統(tǒng)功耗大部分飽和吸氣溫度蒸發(fā)器換熱系數(shù)調(diào)整因子影響直接飽和排氣溫度冷凝器換熱系數(shù)調(diào)整因子影響直接壓縮機吸氣過熱度毛細管流量系數(shù)調(diào)整因子影響直接毛細器過冷度系統(tǒng)制冷劑充注量修正值高壓、高密度段對過熱度影響最大當實驗結(jié)果與仿真結(jié)果誤差較大時需對系統(tǒng)模型進展標定；4、仿真平臺搭建

基于部件實際模型仿真平臺搭建制冷系統(tǒng)根底仿真換熱器路設(shè)計仿真搭建制冷系統(tǒng)仿真平臺可仿真整個制冷系統(tǒng)的運轉(zhuǎn)特性，但換熱器模型采用集中參數(shù)模型，不能仿真冷媒及風場分布不均的影響〔初步完成〕換熱器采用分布參數(shù)模型，用戶可自行編輯流路，可進展換熱器設(shè)計，可仿真冷媒及風場分布不均的影響〔初步完成〕將制冷系統(tǒng)根底仿真與換熱器流路設(shè)計仿真結(jié)合搭建制冷系統(tǒng)仿真平臺〔待完成〕仿真平臺搭建制冷系統(tǒng)根底仿真流程1.主循環(huán)預(yù)先計算：Preconditioners.m循環(huán)計算：cycle_solve.m〔主程序〕2.部件調(diào)用〔Componet_model〕緊縮機計算：Compressor_cal.m冷凝器計算：Condenser.m蒸發(fā)器計算：Evaprator.m管路計算：LineSet.m,LineSet_Twophase.m毛細管計算：Capillary_zhang.m3.翅片側(cè)計算〔Airside_cal〕平片傳熱與壓降計算：wang_plainfins.m開窗翅片傳熱與壓降計算：wang_louveredfins.m橋片傳熱與壓降計算：wang_slitdoublefins.m波紋片傳熱與壓降計算：wang_wavyfins.m濕翅片傳熱與壓降調(diào)整：DryWetSegment.m4.制冷劑側(cè)計算〔Refrigerantside_cal〕兩相區(qū)加速度引起的壓降計算：AccelPressureDrop.m兩相區(qū)摩擦引起的壓降計算：LMPressureGradientAvg.m冷凝傳熱計算：Cavallini_c_htransfer冷凝壓降計算：Kedzierski_c_pdrop.m蒸發(fā)傳熱計算：Cavallini_e_htransfer.m蒸發(fā)壓降計算：Kedzierski_e_pdrop.m單相傳熱計算：Tang_h_1phase.m單相壓降計算：f_h_1phase_Annulus.m相態(tài)判別：TrhoPhase_ph.m兩相密度計算：TwoPhaseDensity.m5.冷媒與空氣物性計算〔Properties_cal〕冷媒物性計算：Props.mexw64、PropsSI.mexw64空氣物性計算：HAProps.mexw64制冷系統(tǒng)根底仿真程序換熱器流路設(shè)計仿真流程EVSIM.mEVPHX2.m1.主循環(huán)程序系統(tǒng)主循環(huán)：EVSIM.m計算主循環(huán)：EVPHX2.m〔主程序〕2.數(shù)據(jù)讀取〔Data_read〕換熱器流路信息：read_data_evap.m制冷劑信息：read_data_refrigerant.m3.空氣側(cè)與制冷劑媒分配不均計算〔Distri_cal〕結(jié)合換熱器流路預(yù)估冷媒分配：TRACE3.m基于各路壓降相等對流量進展調(diào)整：BALFL1.m確定各管對應(yīng)的空氣分布：DISTR2.m分叉處的冷媒分配計算：FRACT.m空氣水力直徑計算：HYDDIA.m3.空氣側(cè)計算〔Fin_correction〕平片傳熱與壓降計算：wang_plainfins.m開窗翅片傳熱與壓降計算：wang_louveredfins.m橋片傳熱與壓降計算：wang_slitdoublefins.m波紋片傳熱與壓降計算：wang_wavyfins.m濕翅片傳熱與壓降調(diào)整：DryWetSegment.m翅片效率計算：FINEF2.m空氣經(jīng)過換熱器的水力直徑計算：HYD