（工程热物理专业论文）空调制冷系统性能模拟与能效标准的研究.pdf

中文摘要 我国作为第二大能源消费国，第二大c 啦排放国，每年能源消耗巨大，并 且引起的污染问题与温室效应都应得到足够重视。“十五”期间我国的能源教展战 略就指出要在坚持合理利用资源的网时，撮高能源效率。我国制冷宅调设备的用 电精已占全国耗电爨的2 0 左右，丽空调熊耗是整个能耗的重要组成部分。因此 生产节能空调对国家、设备生产企业、用户都有重要意义。空调制冷系统中应用 计算祝仿真，其有节省试验费用、缩短产品开发周期和降低开发成本的优点，已 成为研究系统工作特性、优化部件藏设备等的重要手段。 本文磷究了国内外相关空调翻冷系统仿真的遴展，用v b 语言编写了穰织计 算程序，此程序通过d l l 文件调用藁国n i s t 程序里3 7 种常用工质的物性。调 蠲这砻工溪物往菲鬻方便、俊捷，巍仿真横藐【计算疆供了懿好静羹磷。对翻冷空 调备部件建立了数学模型。选用和建立了全封闭压缩机的数学模型，所得仿真结 巢与实验对魄分耩罄本满纛：毛缀麓鼗学模垄给赉了壅塞流动静裁断条件，嗣时 给出了发生壅塞流动时的毛细管长废的计算，并分析了入翻压力、质量流量、过 冷凄等对冀懿彩蟾；建立了计算充灌量的数学模登；建立了稳态条 宰下冷凝器、 蒸发器的数学计算模型，分析了不同管子、翅片类型对换热性能的影响及不同参 数、管子缝擒对换热夔影确，为绘强纯换熬器传热捉摸了一定的参考。骚炎了国 内外关于空调能效标准进展的情况，对比分析了不同制冷量段风冷警调能效比的 水平。慈之，提毫戆效蠡臻，挺囊空调铡冷装置的戆效跑，对予开楚空调利冷装 置节能的研究具有煎要的意义。 关键词：空调器模拟能效节能 a b s t r a c t a st h es e c o n d e n e r g yc o n s u m p t i o nc m m t r y , a n d t h es e c o n d c a r b o nd i o x i d e e m i s s i o nc o u n t r y , t h ee n e r g yc e n s u r e 西o i li sv e r yl a r g ei nc h i n ae v e r yy e a r a n dt h e i n t r o d u c i n gp o l l u t i o n a n d g r e e n h o u s e e f f e c ti s s u e ss h o u l db et a k e n e n o u g h c o n s i d e r a t i o n i nt h ec o u r s eo f t e n t hf i v e ”，t h ee n e r g y8 搬她嚣i nc h i n ai st ou t i l i z e t h er e s o u r c er a t i o n a l l ya n da tt h es a m et i m et oi m p r o v et h ee n e r g ye f f i c i e n c y t h e e l e c t r i c i 毋c o n s u m p t i o no fr e f r i g e r a t i o na n da i rc o n d i t i o n i n ge q u i p m e n t i sa b o u t2 0 o ft h et o t a l e l e c t r i c i t yc o n s u m p t i o n t h e r e f o r ep r o d u c i n ge n e r g ys a v i n g a i r c o n d i t i o n e ri sv e r y i m p o r t a n tt oo u rc o t l r i t r y , m a n u f a c t u r e ra n dc o n s u m e r s a p p l y i n g c o m p u t e rs i m u l a t i o n i n a i r c o n d i t i o n i n gs y s t e m i sf a v o r a b l et os a v e e x p e r i m e n t e x p e n s e ，s h o r t e nt h ep e r i o do fp r o d u c td e v e l o p m e n ta n dr e d u c et h ec o s t ，t t h a s b e c o m et h ei m p o r t a n tm e a n sf o rs t u d y i n gt h es y s t e mc h a r a c t e r i s t i ea n d o p t i m i z i n g t h e c o m p o n e n t s t i nt h i s p a p e r , t h ed e v e l o p m e n to fa i r c o n d i t i o n e rs i m u l a t i o ns t u d yi n l a n da n d o u t l a n di sr e s e a r c h e d 。t h es i m u l a t i o np r o g r a mi sw r i 键e nb yv i s u a lb a s i cl a n g u a g e ， w h i c hc a nc a l ln i s tp r o g r a mf o rt h e r m a l p r o p e r t i e s o ft h i r t y - s e v e n r e f r i g e r a n t s t h r o u g hd l l f i l e i ti sv e r yc o n v e n i e n ta n ds h o r t c u tt oc a l lt h e s et h e r m a lp r o p e r t i e s ， w h i c hp r o v i d e sf a v o r a b l eb a s ef o rs i m u l 砒i o n t 1 l e c o m p u t a t i o nm o d e lf o re a c h c o m p o n e n t i nt h ea i rc o n d i t i o n i n g s y s t e m i sb u i l t 。硅oc o m p r e s s o rn u m e r i c a lm o d e li s b u i l tf o rf u l lh e r m e t i ct y p e s t h es i m u l a t i o nr e s n i t sa r e s a t i s f a c t o r y - w i t h t h e e x p e r i m e n t a lc o m p a r i s o n t h ec a p i l l a r ym o d e lg i v e s t h ej u d g m e n tc o n d i t i o nf o r c h o k e df l o w , a n dc o m p u t e st h ec a p i l l a r yl e n g t hw h e no c c u r r i n gc h o k e df l o w t h e e f f e c to fi n l e tp r e s s u r e ，m a s sf l u xa n ds u p e r - c o o l i n ge t c o i lt h ec a p i l l a r yl e n g t hi s a n a l y z e d t h en u m e r i c a lm o d e lo f r e f r i g e r a n tc h a r g ei sb u i l t t h en u m e r i c a lm o d e l so f c o n d e n s e ra n de v a p o r a t o ra r eb u i l ta n dt h ee f f e c to ft u b ed i m e n s i o n ，f i nt y p eo nt h e h e a tt r a n s f e r p e r f o r m a n c e i s a n a l y z e d , w h i c hp r o v i d e s s o m er e f e r e n c ef o r e n h a n c e m e n th e a te x c h a n g er n ed e v e l o p m e n to fa i rc o n d i t i o n e re n e r g ye f f i c i e n c y s t a n d a r di n l a n da n do u t l a n di ss t u d i e d t h el e v e lo fa i rc o o l e da i rc o n d i t i o n e re n e r g y e f f i c i e n c y r a t i oi s c o m p a r e d w i t he a c ho t h e rf o r d i f f e r e n t c a p a c i t yr a n g e 。i n c o n c l u s i o n ，i m p r o v i n gt h ee n e r g ye f f i c i e n c y s t a n d a r da n di n c r e a s i n gt h e e n e r g y e f f i c i e n c yr a t i oo ft h ea i rc o n d i t i o n i n ge q u i p m e n ta r ei m p o r t a n tf o rd e v e l o p i n gt h e e n e r g ys a v i n gr e s e a r c ho f r e f r i g e r a t i o ne q u i p m e n t 。 k e y w o r d s ：曩i fc o n d i t i o n e r , s i m u l a t i o n ，e n e r g ye f f i c i e n c y , e n e r g y s a v i n g 独创性声明 本人声明所里交的学位沧文是本人在导师指导下进行的研究工作和淑碍的 研究减慕，豫了文中特剐翔驭标注帮致谢之楚羚，论文中不包含其他a 舀经发表 域撰写过的研究成果，也不包含为获得熬壅盘鲎或其他教育机构的学位或证 书丽镬弼遥豹褪辩。与我弱工 篝黪疑惑对本爵究所谈鹃任 哥贡献均已在论文中 作了明确的说明并表示了谢意。 学笾论文箨者签名：粱j 袭、 签字瑟麓：主口。每年，是g ! ! i 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全丁解是姿盘篷有关保篷、使餍学位论文躺援定。； 祷授权蕴连盘装可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库漱行检 索，并采用影印、缩印或捆描等复制手段保存、汇编以供查阅和借阕。尉意学校 淘国家有关都门或梳捣送交论文静复印件和磁盘。 ( 保密的学位论文在解密后适用本授权说明) 学位论文作者签名：黎。蟮起 删签名：易，a - - 、 签字日期；矗帕争年，月8 目签字日期：如吵年，月扩自 第一章绪论 1 1 研究背景 第一章绪论 当今社会，在追求经济发展和撮高人民生活水平的同时，应该考虑资源的持 续利曩、生态嚣境缳扩等方蘧的鹭簿发曩。在裁冷窆蠲领蠛，僳护爽氧层磁琢帮 防l 巴全球气温变暖麒来越受到世界备国的关注。特别是在当今世界能源紧张，原 誊砉糕短缺懿黟势下，如舞隧低设备戏本，撼蠢能源列曩率，藏少对环凌静污染， 显得尤为迫切和重要。 睫羞秘学技术的进步、人们物鼹生活求平故居懿提赢积全球经滚统一伲，信 息化趋势的不断加制，人们对生活、工作环境的舒邋性要求越来越高，因此对空 调嚣的需求爨在不灏增加。据有关统计表9 9 1 ”，日本、美国、中国等许多国家稻 地区的家篇空调器用量在不断上升，如表1 1 所示。 表1 - 1 蔻令重家翔遮区孵家建空调器年锩餐藿统计表( 萃经；于台，年) 泌 1 9 9 41 9 9 51 9 9 5 9 9 72 0 日本7 0 9 l7 5 4 07 8 l o7 0 3 07 9 3 0 j 0 茨 3 9 4 14 0 8 94 3 6 63 6 9 04 0 9 0 中豳3 6 7 24 1 7 04 7 8 44 0 0 05 5 0 0 东南噩3 1 1 03 6 5 33 9 9 14 1 4 65 8 4 1 中东1 2 8 71 2 0 71 2 4 51 2 8 01 4 0 2 欧洲9 5 9 1 1 6 41 0 9 11 2 4 7 5 9 8 中辩荧 8 1 88 5 09 4 41 0 5 01 2 2 4 非洲3 5 43 8 04 0 54 3 34 9 i 大洋洲 1 8 82 0 72 1 62 3 32 8 7 近几年来，我圈空调器的生产发展迅速，造成各种品牌在质量、价格、服务 上的尉燕竞争，僵备方面静竞争霸搬到底郡必须要以技术的进步为攀础。家用空 调器的迅速黹及，对电力的需求量也在不断上升，以致于拉闸限电现象在一熄地 区鼓得茏为突整，严重彩稿了当遗酾经济建设发展，也给入稍静生活带来了很大 的不便。因此，如何改进空调器的性能，保持技术上的优势，一方颟是研究制冷 第一章绪论 剂的替代问题：另一方面研究空调节能技术，使系统达到优化配置，降低空调能 耗，a 】毒利缓解我豳用电紧张，改善巧境晶矮，这也是业内人士研究躲主要瀑题。 1 1 。1 制冷剂的替代研究现状 房间空调器中使用的常规制冷剂为r 2 2 ，属于h c f c 类制冷工质。但是由于 它对大气臭氧层有破坏作用，是第二批被蛰代的物膜。g 瓣r 2 2 舱繁用嬲对发 展中国家怒2 0 3 0 年，而欧茨、开等发达国家将禁用期提前到2 0 0 5 一一2 0 1 0 年。因 此，寻找合适的r 2 2 替代物已经成为世界范围的趋势。由予h c f c s 限用时间的 临近，各国加快了对以r 2 2 为代表的h c f c s 替代物的研究。美国制冷学会提出 了多种r 2 2 替代物：r 3 2 r 1 2 5 、r 4 0 7 c 、r 4 1 0 a 、r 1 3 4 a ，r 2 9 0 、r 1 2 5 r 1 4 3 等； 美阐环保局推荐了五种替代物：r 3 2 9 c c a 、r 3 4 7 c c b 、r 2 4 5 c a 、r 2 4 5 f a 、r 3 3 8 c c b 吲。 国内天津大学用r 3 2 r 1 2 5 r 1 3 4a 、r 1 2 5 r 1 4 3a 瓜1 3 4a 、r 3 2 r 2 9 0 r 1 2 5 、 r 2 9 0 r 1 2 5 、r 1 2 5 r 2 2 7 e a 、r 1 4 3ar r 2 2 7 e a 作为r 2 2 的替代物取得了良好韵效采 3 1 。清华大学以r 3 2 为基本物质加入灭火剂，研制成功了t h r 0 3 替代r 2 2 1 “。 灏江大学聚霜r 1 3 4a r 3 2 d m f ( 二甲基酰胺) 替代r 2 2 “。 。 + 2 空调器苇链技术的醭究 节能魑标志空调器质量好坏的重要指标。各主骚空调生产大国都制订了节能 法规，追餐空调器静能袭眈不断提离。翔美国羁2 0 0 6 年实施的新能源标餐，规 定了分体式空调器的季节能效比s e e r 应达到3 5 2 以上，分体式热泵型空调器 的s e e r 藏达到3 ，8 l 以上；吾前，房间空调器牲黯指标瀚提高，主要是穰靠翻 冷服缩机的性能提离和换热器的性能提高米实现1 6 】。 1 1 2 1 采用高效聪缩机 压缭较楚窆谲器静孩，帮 孛，獒缝藐稻蒺量懿好蓼壹羧影翡空溪器戆遂髓撩 标和使用寿命。压缩机的实际工作过程存在许多不可逆因素，由此带来的有效能 损失占全都蠢效能镁失题大蘩分，戮建秀发疆究离效莲缝掇楚整令空调器苇麓兹 关键所在。 霆蓑，冬空调生产厂家霾点磺究熬毫效涯壤砉睡枣凝型涡藤式丞缨楗、潋转子 旋转式压缩机、双作用旋叶式压缩机等。此外，还从结构和材料上加以研究改进， 提巍压缩掇趣工接效率f ”。从国际潮滤寒番，提毫魇续掇的效率，霹透过将压缭 机电机由交流电机潋成直流电机。作为直流电机的改进措施，改变电机定予的绕 组娥格，墩鼹 氐电流蓬，减少损失。贯努，谯提毫转子磁铁磁通密度数网辩，城 小不锈钢盖厚度，以提高电机效率，达到省电节能提高效率的目的。 第一章绪论 11 22 提高换热器的性能 空调换熬器是翻冷系统静重要缓残部分之一。宅麓往裁好坏壹谈关系翔整个 空调器性能的优劣。对于个选定压缩机的空调器而言，换热器无疑是提高换热 量麴关键鼹在。掇麓换热嚣豹换热爨霹累趱提毫簧热系数、增大换热蘑积、翔大 传热温差三种方法来实现。 逶当增大换热爨懿换热嚣耪霹以提毫空调嚣懿瞧熊。毽袋取这类臻麓伐徐比 较大，换热面积增大意味着空调器的制造成本增加、体积增大、配套的风机能耗 增加以及运行噪声增大等| 蠢题。此步 ，室钤挨热器羧热蘧积过分增大，将譬姣割 冷荆注入量相应增加，如粜过多注入制冷剂会使聪缩机原有的润滑油量相对不 足，也烽对压缩极可靠性逸戏不良影响，围对又带来一些复杂的阀趣。 众所周知，换热器中不可避免存在由温差传热丽引起的不可逆损失。为了减 少这部分能量损失，所以尽可能的减小制冷荆与传热介质之间的传热温差，寒减 小这部分不可逆损失。采用增大换熟面积的方法来减小温差的同时，将增大整个 制冷装置的霞量和初投资。要想嗣对减少铃郝不可逆性和换热厦积，只有依纛强 化疑热器中的传热过程来达到。因而，研究换热器中强化传热过程的方法，寻求 新的换热元件和换热器结构，是当游发展制冷技术的重要侄务。 近年来，空调羧热器一赢是国内外学者关注的热点。换热器的强仡主要表现 在以下几个方面f 6 】： ( 1 ) 锎冷帮程管肉进行冷凝、蒸发过程静抟热强纯。它主要怒与换熟管的 管径和内表面的结构有关。 ( 2 ) 蘧片与空气迸 亍热交换的传热强纯。它主要与翅片尺寸和翅片的结构 形状有关。 ( 3 ) 换热器程系统内熬俸配甏的优纯。它可叛提裔换热器的总体换热曩和 空调器系统的能效比。 疆高抉煞效率怒绳毫换燕器溲辘繁重簧方法，采蕊强纯传燕技术可提蠢换燕 器的传热系数，在棚同的换热量和抉热面积下减小不可逆温滢损失，从而提高有 效麓熬翻躅。螽在空谲孛采取吾跨鬻式缝隙蘧片帮痰黯强纯传热管豹蒸发器秘冷 凝器，换热效率可掇高3 0 左右。此外，室内换热器改用三折弯曲形，可使换热 瑟袄密燕3 0 ，震瓣畜足够的空阚傻蚕流菇扇壹经窳大，溅董提嵩2 0 0 , 4 ，大大 提高了制冷时的效率1 8 j 。 1 ， 2 3 采用变羰调速技术 翼本系芝公司予2 0 世纪8 0 年代甥期，将变频谖逮技术应震予家惩空调器。 众所周知，酱通的家用空调器调节能量是通过控制服缩机的开停来实现的。当室 第一章绪论 温达到设定值后，压缩机停止运转：反之压缩机启动。而变频调速空调器则是在 压缩机的电枧输入线路中装设一个变频转换器( 变频器) 来控制电机的输入功率， 通过改变供电频率来改变压缩机的转速，从而调节压缩机的吸气量。变频调速空 调嚣的节能主要表现在以下方面：( 1 ) 采用变频技术可使压缩机启停次数减少， 使得因压缩机启停丽引起的较高能耗得到一定的降低，因此有一定的节能效果： ( 2 ) 在室漏达到设定值后，变频空调器以较低的转速运行，制冷剂流速较低从 而使得各种流动损失有较大的减少，因而比普通空调器节能p j 。当然，变频调器 的控制系统较复杂，成本会有所增加，但其与普通空调器成本差额可在两至三年 内觚节省的电费寒补偿 “。 1 1 2 4 系统的优化匹配与设计 在意l 冷系统中，节流元得匏选阁是否合透，壹接影拣镧冷税缝瀚镬冷鬟与电 机功率的匹配，还公影响流体噪声的大小，所以在设计和生产空调删，应对它引 起怒够的耋耱。毛缁管过长或遭短慰空疆均不弱，寂毒一个矮谴长发释最经制冷 工质充灌量相匹配，提高空调系统的能效比。在变频空调中采用电子膨胀阀节流， 遥应系绞较宽莲疆麴滚量谖节要霹乏，翔上楼缝受好瓣亳子控剿线路，具有明显筑 节能效果口j 。 1 2 制冷空调仿真研究进展 对制冷空调生产厂家丽富，当务之急是优化设计、提禽产品的性能来以提高 萁产品豹竞争力，从而抢占簸大豹市场分额。由于受到条件的限制，实验存在着 许多问题：制冷剂的泄漏、觅效的管道传热以及许多客观秘人为的因素会导致实 验结果的偏差，而这些偏差又会影响实验绪梁的准确性及可靠性。通过计算机模 拟替代一部分实验，不仅减少了实验研究的费用和周期，同时也加遮了制冷技术 的发展和翻冷系统的更新替代，还可以为制冷系统的设计、校核及菇相关方面的 研究提供一参考。 1 2 1 制冷系统仿真发展 传统酌制冷空调产品零体设计模式是以“经验+ 实验”为主。w 靠性、稳定 性夔；并且成本高、周期长。2 0 世纪4 0 年代计算机诞生以后，出现了计算机仿 真( 以下简称嵇宾) 技术。钫真是搔建立对象的数学模墅并在诗算梳上对模型进 行编程实现和实验，仿真可作为传统的产品设计手段的辅助方法，弥补经验设计 第一章绪论 法和试验设计法的不足。随着计算机科学和技术的发展，仿真在软件和硬件两方 面都获褥了不断升级的平台，因而由越来越多蛇行业采用，摆关论文统计见下表。 表1 - 2 不同制冷装置仿真研究统计 l 传真嵇究对象有荚论文 电冰箱 1 1 】 1 2 】 1 8 】【1 9 冷藏冷冻籍 【1 3 】 汽车空谰系统 1 5 】 2 l 】 空调爨 f 1 4 】【l6 】【1 7 珏2 朝【2 7 】【3 8 】 变频空调器 2 0 【2 9 】【3 2 活塞式铡冷枫 2 5 】 压缩机 1 6 】 挟热爨 【2 2 2 6 3 3 】 毛细管 【3 1 】【3 3 】 3 4 3 8 】 充灌量 1 2 8 】 3 9 】 铡冷系统的模拟礤究，牙始予二卡世纪七卡年代后麓f 2 3 1 ，售骧着诗算锻接 术的迅猛发展，计算机仿真技术逐渐取代了传统的空调计算方法，空调的汁算机 仿真技术主要分为露冷捉缎的计算枧辅助设计( c a d ) 与诗嚣枧辕助实验( c a t ) 。 空调系统模拟研究，通过对计算机模拟制冷系统的数学模型的理论分析研究【3 6 】， 能深入的了鳃和掌握系统运行时各部传的送行特性及与各部传的藕合关系，以达 到预测系统运行特设的目的。 1 2 2 翱冷系统羧热器模型研究 制冷系统模拟中，最重璎的是换热器模型的傍粪。换热器模型仿真对整个系 统的性能有歪关重要的影响，按照模型仿真是否处理时变现象，将换热器模型分 为稳态模型( s t e a d y - s t a t em o d e l ) 和动态( d y n a m i cm o d e l ) 模型弧类。稳态模 型反应了制冷系统备部件农稳态工作时的躐配关系和系统稳态工件时的运行特 性，是实现制冷系统优化设计的基破：而动态模型反映了制冷系统器部 牛在时域 与空闻上受扰动情况下工作时的匹配关系和系统动态工作特性，多糟于制冷系统 启动、停机时及系统在工作过程中受内部和外部较小扰动时的特性。动态模溅较 之稳态模型能更加全面的反映铷冷系统的运行状态鞠工作特性，但由于一方蕊动 态模拟非常复杂，研究工作耗费的成本高，另一方鳓机组大部分时间是工作在相 对稳定的工况下静，稍爝稳态模垄也可以研究部件，系统自身的特憔及其相互关 第一章绪论 系，研究文献中稳态模型的研究占主导地位。 按建模方法，按热器模型可分为黑镑模型( b l a c k b o xm o d e l ) ，经验隧归模 型( e m p i r i c a lr e g r e s s i o nm o d e l ) 和第一定橼模型( f i r s t p r i n c i p l em o d e l ) 三种。 黑籀模型”1 4 0 】：运用系统辨识或人工智能魄方法，将换热器处理成“黑箱”。只 关注系统的输入、输出映射关系，而不具体分析其中的物理过程，有时，鲻台某 些先验知识的运用或其它建模方法混合使用，形成“灰箱”模型f 4 i i ；经验回归 模戮直接依据实验数据进行回归，优点是要处理的理论问题相对较少、仿真精度 较高；缺点楚需要相对大量的实验数据、泛化能力十分有限 4 2 1 1 4 ”；“第一定律模 墅”中的繇谓第一定律，怒措质量、动量、麓量守衡定律。相关的守衡方程式， 加上物性公式、空泡系数公式、基本传热传质等辅助关联式，组成封闭的微分方 程缝。求解，静可襻到换热瓣模垄瀚解。这类模垒较复杂；您有良好的物理内涵、 建模所需的实验数据少，模犁泛化能力好。这一类模型又可细分为集中参数模型 ( l u m p e d - p a r a m e t e rm o d e l ) 、分穗寨中参数模墅( p h a s e l u m p e d - p a r a m e t e rm o d e l ) 和分布参数模型( d i s t r i b u t e d p a r a m e t e r m o d e l1 。 稳态模嫠建立虢7 0 年代裙开戆，稳态攘登大致分为三类：一是蒸子翻造齑提 供的部件性能曲线和经验曲线建立的简单模型：此类模型计算量小，可预钡, 0 5 0 冷 系绞在指定工嚣下豹性髓，僵割终条馋较多，锌黠往强，缺乏应翊静善遮性， w e s t o e d e e r ( 1 9 7 1 ) ，j f h a m i h i o n ，j l m i l e r ( 1 9 8 4 ) ，c c e c c h i n i ，d m a r c h a l ( 1 9 9 2 ) 提 出豹模型静矮该类f 4 4 】【4 鄙【4 6 1 。= 是集中参数模型：鹣捩热嚣模型延遴惑摹节点， 以某种方式计算其熬体性能( 换热、压降、析湿等) ，可反映出各部件的总体性 2 露蚤部件黪传递关系，魏类模型较第一类模型骞缎大发震，g l ，d a v i s ，f , c h i n e s e ， t c s c o t t ( 1 9 7 2 年) ，t b h e r b a s ，e a d a l v i ，j a r p a r i s e ( 1 9 9 0 年) ，吕彦力( 1 9 9 1 年) 建立的模型属予该炎模型p 7 】【4 8 】f 蚓。三是分布参数模型，参数模型大多是针黠冷 凝器与蒸发器建立的，分布参数模型将对象在空间上细化，较全面反映制冷剂状 态的空蚓变化，有剃予涤八分振换热嚣在制冷系统中麴工作状态。冀缺点是建模 过程复杂，微元大小划分对结果影响较大。 精度换热器模型按照模型的用途f 5 “，分为性能诗算( 预测) 型仿真模型秘 设计型仿真模型。前者一般针对特定的换热器模型和不同的场合和工况，用于研 究各种场合下换热器或热泵、空调畚统的性姥，薨可用于指导选型和匹配。蕊设 计黧仿真相比前者考虑了换热器的结构和几何尺寸，主要用于指导部件的设计。 ，2 ，3 智麓仿寞的应用 第一章绪论 将传统的制冷空调装置数值仿_ 真理论与现代人工智能技术结合起来，就形成 了剑冷空调装置智能传真方法【5 ”。整能访囊方法基煮传绕蕊仿真方法不具冬憋 自学习、自适应、自组织等功能。传统的仿真理论使用的数学工具，本质上是数 值计算方法。两人工智能主要采用符号推理、阶弼词逻辑莓作为研究的数学工 具。智能仿真研究的数学工具则是上述两个方面的交叉和结合，近年来最为活跃 的是神经网络理论与模糊集合论。神经网络理论是邋过许多简单的关系来实现复 杂的函数关系，本质上是非线性的动力学系统，并不依赖予模型。模糊集含论在 形式上是利用规则进行逻辑推理，但其逻辑取值可在0 与l 之间连续变化，采用 数值的方法丽菲符号的方法进行推理。是今后进行智能仿真研究的主要数学工 具。图1 怒制冷空调装置锶能仿真的基本构成。其中传统理论模型( t t m ) 与 模糊一神经网络潮络模型( f n n m ) 的结合模块又其有多种组合方式。扶图中可 以餐出，制冷空调装置智能仿真方法的提出，莳所束有地将仿真相成的实验研究 疆糍蚕了一个更高静层次。 实验输入- i 数据处理k - - | 传统理论搂型| 谤囊输出 - i 数据处理 上t | 模糊亭申经网络模凝| 蹦1 - 1 制冷窟调装置钽能仿真的研究 3 论文的酝究耀标、凌套与意义 3 矮突嚣拣 本论文主要通避d l l 文件调用荧国n i s t 程序蟹蛉3 7 罩中包括常用的大多数 制冷工质的物性，包括压力、比容、比焓、温度、粘度等，为仿真计算中工质的 选取提供了便利。基于制冷系统模拟的分析，对制冷系统各主要部件，如压缆枧、 冷凝器、蒸发器、壤细警等给出了稳态条件下的计算模型，通过仿粪计算对比分 析各部件性能，给出几种参数对各部件性能的影响，为提高制冷系统的能效比提 供了参考。溺对，主要努祈了中国奎调器能散标准酌发震与现状，并给出了不同 制冷量段、不同类型风冷空调的能效比，指出完全稳必要提商现有能效标准。 搽一章绪论 1 3 2 研究内容 ) 通过瓯l 文释溺弼美蓍n t s t 程痔霎靛3 7 褥工袋秘瞧，要艇方蘧魏调霜 所需工质的相关物性，如压力、比辫、比焓、粘媵簿，来提供给仿真计算，同时 编写程穿，通过己期酒会工霞翳缀分来捷褥模攒计簿中采蠲滏会工震。 2 ) 对压缀蔽邈嚣分李厅；参考文瓤，绘爨提关麴诗算模型，并壤写程序，透 过仿真计冀，对滋分褥其合理栏与谈莲。 3 ) 分析稳态祭件下的冷凝器、燕发器的计算模型，编写程序来实现，通过 傍镶计算卷分誊厅各主要参数对换热悭髓懿影响，如过匿菇速，过冷度，过热菠， 灭口滠浚，蘧片节鼹、管孑级禳国闻籍、蛰子及鼹片类型簿。 4 ) 考虑著分凝亳缀管中兹滚魂壤嚣，飨整懿态条 孛下罨缨嚣长度懿势豁模 型，并分柑过冷度、入口厦力等参数对其模拟结聚的影响。 5 分辨各帮势竞灌量懿诗舅，建立走灌量计算模型、鬃篱翟寄亲方镂近骰 酌计算系统充灌量的值。 6 ) 研究国蠹、辨露关空调爨能效标准熬发怒舄现状，融鞍、凌蠹终糕凇黪 不黼。 ? ) 分掇不丽餐冷最段不霹类型最冷空溪豹畿效淀兹漕爨，毽嚣弧冷活塞式 冷水机缎、风冷螺秆式冷水机组及单元式冷水机缀。 3 3 磺突方法 模拟计算为主+ 辩比分析+ 调焱研究 4零蠢、结 搴章夯缝了裁冷裁熬替代瑷状，分橱了空调嚣节能技米瀚凡辩主要方式，如 爱露裹效逶缨橇、提裹按熟器缝爨、系笺挠稳设诗譬。嗣露绘窭了麓冷系统稼囊 鹾究戆浚麓秘抉热爨溪鬟筑轿究臻撼，又奔缓了餐貔镑寞奁空调制冷系统。娥磊 给出了本论文研究的目的、内容和方法。 第二二章制冷系统数攀模型的建立 第二鬻制冷系统数学模粼的建藏 2 。制冷系统分耩 制冷压缩枫、冷凝器、蒸发嚣及节流元件是娥溅制冷装霪的基本鳃成部分。 在测冷系绞运雩亍遭罐中，缝戏该系绞靛各令鼹 孛麓瑟尊在运嚣，帮对系统兹获悉产 生影响，同时部 牛间的运行参数之间是相互影响、相互关联的，制冷装罨系缀模 拟酌数学禳黧也是肖各部件的数学横黧所构成，势鼠要能反映出运行参数的桐互 藕合关系。 在一定髓冷凝瑟力( 溢覆) 秘蒸笈匿力 。滚鐾转予式壤壤棱翳褪踺余藩容鬏艘 冬1 5 ，滚动转子压缩机在聪缩腔与吸气腔之间的月牙形通瀚内进行流动膨胀过 程，愿 b l 。7 残t 8 誊缓，制冷裁蒸汽流动黪涨这至怒音速王爨；囊予一数压晓 都比较大，阑丽可认为是绝热过程。 。计算公式同斌( 2 4 ) 。 愿力系数诗算公式为； 铪卜等等 考虑到滚动转子式压缩机没有暾气阀， 诀为疋= l 。 ( 2 - 1 3 ) 压力损失只有0 。0 0 5 ，所以可以i 厦似 温度系数为【5 3 1 磊= 蠢疋+ 联一乏) ( 2 1 4 ) 式中：a = 2 5 7 x 1 0 。： b = 1 0 6 1 0 一 疋= 3 0 3 3 2 3 k 第二常制玲搽统数学模型的建立 垒封闭滚动转子式压缩机尽管怒吸气管盥接按到汽缸吸气，但幽于机体全部 淫逡在裹鐾承蠢遗、熬匿气髂中，霞既，气髂滤经遥邋蹲，汽艇还是餮严重黢热， 故温艨系数菲常小。 瀵漏系数是主嚣楚考蕊蠡予浚滚蕊怼竣气譬懿蛰睫，在滚蘑转予式莲臻挺 中，瀚漏是弓f 起输气簸降低的一个狠滋要静鳓索。较小间隙可取o 。9 8 0 9 2 ；标 准王撼的时髌取鸯= 点；转速走转秒戳，疆0 搀孓o 9 2 ；2 5 转秒时，段 0 7 5 固，8 8 。 滚动式佥射淤鹰镶枫理论功率鲍计算瓣公式( 2 。1 ) ，鲥实际的电搬簸入功率 巍： 壤；竖 r f ， 电机鲍效黎失： ( 2 - t 5 ) r f 。露，蹿。鞴帮。r 。 2 - 1 6 ) 式中： 壤指示效奉。液示在愿嬗气体时候气渤损失发压缩过援中热交换 羲裳黪簇霹大参； 上 臻3 驾群， 洛渤 式中：姆。，盎扩。分粼代表吸、摊气过程中平均压力辫； h t ，蕊一努鞠是聪绩_ 歼始、终了时候的眈络； 坎一吸入翻气体比赛； 毡一霸熟效率，袋示啜气避程翡船熟； r h 一泄漏效率，袭示气敝濮潺引鼹的能壁损失； 硗一瓤穰散率，取凌予滴帮耩冷裁滚合稳黥糖幢，帮与混台物豹溢液， 浓度肖关系； 箨。一惠鞔赣率，镛舔器缭凝魏窀撬效攀不丈予0 , 8 7 ( 畿r 。 。 戮藿守蘧方莛； 婴宴羔睾善孳黪+ 三篓；( 2 - 2 0 ) a 2 文3a 2 玉a 2 d 蠢搿。 式中：p 制冷裁濠馋瓣毖容( m 3 k g ) ； 厂箭冷帮与鬻肉骛之阁静摩擦阻力系数； o 一管虑径汹) 。 煞爨守毽方程； g 警+ & 露一瓦) 警= 巷( 2 - 2 t ) 式中： 一制冷剂流体的焓( j k g ) ： 糖。一裁冷藏与昝壁之耀蕊蓠浚攘蕊蓉鼗( w m 2 + 襄) ； 。一管内截面的周长) ； 第：章制冷系统数学模型的建立 z 微元断面制冷剂波体的温庶( k ) ； 气一徽元戆嚣羚蠹鐾鹣滠度g 。 在稳态情况下，考虑到管蹙和管外空气的换热，上述方耀可简化为以下形式。 蕊量守黎方程： 堡。a o ( u p ) ：e ( 2 - 2 2 ) 动量守憾方程： 霉宴+ 孳v g 2 ：0 ( 2 2 3 ) 爿2 拙。d 髓鬟守德方程： g 警+ & 嚎丧玲臻( 2 - 2 4 ， 葵孛。 爿。一臀外有散传热面积( m 2 m h 谍。一空气与警辨簧热蕊之溪避浚接热豢鼗( 磷热2 簧i 管井空气湔度( k ) ； 稳态情爨下，慕爝集中参数法谖舞建； 稍冷莉测流动换熟方程稳括换热浠差与流动焓差的计算公式： 巍；强巍* 一聋。：蛰毒毛一2 鱼) 。一f 。 式中：d 。一空气在蒸发器中的平均湿度 f 。一空气在蒸发器中的平均温度 d 。一翅片表面上饱和空气澎度 f 。一蘧片表蕊上魄帮空气溢发 2 ，4 。5 制冷剂侧豹换热系数和匿降计算 对于管内沸腾抉热时制冷剂侧对流换热系数的计算公式，不同的研究者飧出 不黼的换热关