一拖一风管机组基于Amesim平台建模方法的研究

1、基于Amesim平台建模方法的研究-一拖一风管机组-格力电器股份有限公司魏忠梅一、换热器仿真理论系统仿真就是利用一个能代表所研究对象的模型对真实系统或假想系统进 行某种实验研究，也称为模拟，主要包括建模和仿真。其中建模就是建立仿真模 型，要既能保证计算速度，又要保证计算精度。制冷空调系统主要由压缩机、冷凝器、节流装置和蒸发器四大主要部件组 成。冷凝器和蒸发器是制冷系统的基本换热设备，是空调系统的重要组成部件， 其性能好坏对系统的经济性和可靠性有很大的影响。冷凝器作为系统的高温换热 器，与高温热源进行热量交换，在制冷模式下是将系统产生的吸收的热量 （直接 或间接）排放到高温环境中去，在制热模式下

2、是将系统产生和从低温环境吸收的 热量（直接或间接）排放到用热空间。蒸发器作为系统的低温换热器，与低温热 源进行热量交换，在制冷模式下是从用冷空间吸收热量， 通过冷凝器排放到高温 环境中去；在制热模式下是从低温环境吸收热量，通过冷凝器排放到用热空间。制冷剂在冷凝器中经历了从过热气体到汽液两相、再到过冷液体的状态变化 过程。冷凝器的物理模型可以简化为图 1.1，在冷凝器的物理模型中，主要分为 过热区、两相区和过冷区。制冷剂在蒸发器中经历了从汽液两相到过热气体的状 态变化过程。蒸发器的物理模型可以简化为图 1.2，在蒸发器的物理模型中，主 要分为两相区和过热区。过热玄过理/空气图1.1冷凝器物理模型

3、示意图制恃剂两柜区过勲区巻发器管壁Uh k-.图1.2蒸发器物理模型示意图假设换热器(冷凝器和蒸发器)模型是由若干个基本计算单元组成的换热模 型，一个基本的计算单元如图1.3所示。第11页共9页对冷凝器的任一计算单元，可以建立如下的方程组：空气侧流动换热方程：Qa=ma(ha2-ha1)= aAa(Tw-Ta)( 1 )制冷剂侧流动换热方程：Qr=mr(hri-hr2)= a Ar(T r-T w)(2)管内外换热量平衡方程：Qa=Qr(3)对蒸发器的任一计算单元，可以建立如下的方程组：空气侧流动换热方程：Qa=ma(ha1_ha2)= E Oa Aa(Ta_Tw)( 4)制冷剂侧流动换热方程

4、：Qr=mr(hr1-hr2)= aAr(T w_T r )( 5)管内外换热量平衡方程：Qa=Qr(6)式(1) (6)中，Qa和Qr分别为换热器空气侧和制冷剂侧换热量,单位为W ；ma和mr分别为换热器空气侧和制冷剂侧质量流率，单位为kg/s； ha2和ha1分别为换热器空气侧出风口和进风口焓值，单位为 J/kg； hrl和ha2分别为换热器制冷 剂出口和进口焓值，单位为J/kg； a和ar分别为蒸发器空气侧和制冷剂侧的平均 传热系数，单位为W/(m2K) ； Aa和Ar分别换热器空气侧和制冷剂侧的换热面积， 单位为m2； Tw、Ta和Tr分别为换热器管壁平均温度、空气侧平均温度和制冷剂

5、侧平均温度，单位为C ; E为析湿系数。对换热器的空气侧，空气流过换热器的平均换热系数aa Nu* 入 /deq(7)对流换热的特征数方程：Nu=a*Reb *P rc(8)式(7 (8)中，Nu为努塞尔数；入为空气的热导率，单位为 W/(m.K) ； deq为 空气流通面的当量直径，单位为 m； Re为空气的雷诺数；Pr为普朗特数；a、b、 c为特征数方程中的常数系数，由实验数据确定。二、整机结构参数本项目以一拖一风管机FGR3.5*/*Na为研究对象，对机组的主要零部件如 冷凝器部件、蒸发器部件、节流部件、压缩机等进行相关实验测试，并在Amesim 软件中建立仿真计算模型。外机冷凝器规格尺

6、寸见表1和图2.1，内机蒸发器规格尺寸见表2和图2.2。 压缩机型号为 QXA-A*ZC*C*，毛细管规格为 TP2Y% 2.5X 1.37X650X2T15表1冷凝器规格参数换热器规格参数排数/1管径mm 9.52翅片类型/平片片距:mm1.4片厚mm0.105列距mm22孔距:mm25.4铜管数/20宽X咼mm704.8 X508换热器规格参数排数/3管径mm7翅片类型/开窗片片距mm1.6片厚mm0.105列距mm12.7孔距mm19.05每排铜管数/12宽X咼mm525X228.6图2.1冷凝器结构图表2蒸发器规格参数1O图2.2蒸发器结构图三、Amesim软件中整机系统仿真模型建立1

7、. Amesim软件中机组零部件仿真模型建立在Amesim软件中，有换热器各零部件的模型库，主要有 Two-Phace Flow两相库、Thermal热库、Mechanical库、和Signal，Control信号库，如图3.1所示O-山車那feMEl lAFErura .CRblbFPEihwl5 HrtlMDvcms兔:7 g昭ll-wnri7 HcfiM)H*di:rbTi_ PwRWI+1 PiWTi： Cc*(w*a De.i帥4:吧 L FallEfeXncMrec 和 GtsmpbX.BjAltiWFrGlwwr*ffwna Ff-MhmEd 覽Vtfvdv &jnn=i 解 C

8、iritada Efjnnci jnFi : Cni nd FdfcMH图3.1 Amesim 模型库在/ Sketch mode下建立仿真模型（1）建立制冷剂类型模型：在 Two-Phace Flow库中选出制冷剂类型模型，设置 制冷剂类型为R410A，如图3.2所示。（2）建立冷凝器材料模型：在Thermal库中选择冷凝器铜管和翅片的材料模型，设置铜管的材料为铜，翅片的材料为铝，如图3.2所示。制冷剂秤类 翅己柯料馬世 乘青村料鬲性图3.2 Amesim中冷凝器制冷剂种类、材料属性模型（3）建立冷凝器各换热单元模型：冷凝器换热单元模型由管内模型、管壁模型、 翅片模型组成，在Two-Phac

9、e Flow库选出相应模型组成换热单元模型， 如图3.3 所示。图3.3 Amesim中冷凝器管内模型、管壁模型、翅片模型（4）建立冷凝器基本计算单元模型：将各换热单元模型连接起来就组成冷凝器 的一个基本计算单元模型，如图3.4所示。图3.4 Amesim中冷凝器基本计算单元模型图3.5 Amesim中换热器制冷剂侧进口模型图3.6 Amesim中冷凝器进风空气模型（5）建立制冷剂输入模型：在 Two-Phace Flow库和Signal, Control库中选出制 冷剂进口状态参数模型，如图3.5所示，左图为冷凝器冷媒侧进口模型，右图为 蒸发器冷媒侧进口模型。制冷剂航荒匚、卜制冷刑进口压力（

10、7 卜唏冷刑进U溢麼I #（6）建立空气侧模型：在 Two-Phace Flow库Signal, Control库中选出空气状态参数模型，如图3.6所示。(7) 换热器的换热计算仿真模型：将制冷剂输入模型、空气侧输入模型按空气 实际分布连接到冷凝器模型各换热单元的翅片模型上，得到冷凝器的完整的换热 计算仿真模型。冷凝器换热仿真模型如图3.7所示，蒸发器换热仿真模型如图3.8 所示。图3.7冷凝器换热仿真计算模型图3.8蒸发器换热仿真计算模型(8) 压缩机仿真计算模型：在 Two-Phace Flow 库、Mechanical 库、Signal, Control库中选出压缩机参数模型，如图3.9

11、所示，有压缩机转速参数模型和进出口状态 参数模型组成。图3.9压缩机仿真计算模型(9) 节流装置仿真计算模型：在 Two-Phace Flow库中选出节流装置模型, 本项目中节流装置为毛细管组件，计算模型如图3.10所示。图3.10毛细管组件仿真计算模型2. Amesim软件中整机系统仿真模型建立在AEMSim中，将机组的四大部件计算模型连接起来，就得到一拖一整机 系统仿真模型，如图3.11所示图3.11 一拖一整机系统仿真模型在-Sketch mode下完成建模后，要进行子模型的选择和参数设置。运行Submodel mode，根据已知条件选择系统各零部件的子模型，最后在Parameter mode模式下，设置整机系统的各模型参数，完成整机系统的换热仿真建模。四、建模心得与总结在Amesim整机系统换热仿真模型的建立中，冷凝器和蒸发器的迎面风量分 布的划分