冷凝器数学模型.doc

水冷多联机系统特性的仿真研究 胡松涛宋伟李绪泉 青岛理工大学摘要本文建立了水冷多联机的数学模型，以Simulink软件为平台建立了水冷多联机系统模型。搭建水冷多联机实验台，用该系统的实测数据验证了水冷多联机系统仿真模型的正确性。对不同的水温工况和不同负荷的情况进行了仿真，为水冷多联机系统的设计和运行控制策略的制定提供了基础。 关键词水冷多联机仿真控制冷却水温建筑负荷 水冷多联机作为一种高效节能的可再生能源利用技术，在面临能源危机、降低建筑能耗和提倡环保的今天受到了国内外政府部门和相关研究人员的普遍关注，并在实际工程上得到了应用。本文搭建水冷多联机实验台，并对其进行了连续的测试，建立了该系统的仿真模型，根据测试数据和仿真结果分析了影响水冷多联机系统性能的因素、冷却水温度的变化及负荷的变化对系统的运行特性影响。1 水冷多联机系统的数学模型 1.1压缩机数学模型 由于在封闭式涡旋压缩机中，系统的状态参数变化过程极快，因此可以假设工质热力参数均匀，采用集中参数法来建立其数学模型。 变频压缩机的转速[1]： （1） 理论排气量可用下式计算[2]： （2） 实际排气量为： （3） 制冷剂质量流量由下式计算： （4） 压缩机制冷量为： （5） 1.2 冷凝器数学模型 冷凝器的实际工作过程是一个很复杂的过程，因此建立冷凝器的数学模型时必须对冷凝器进行简化，保留其主要的和起支配作用的因素，忽略次要的因素，使之能用最少的参数，最简化的形式来描述对象的特点，并确保系统的稳定性。 基于上述的简化原则，在建立冷凝器的数学模型时，采用如下假设：不考虑换热器中不凝性气体和润滑油的影响；制冷剂的质量流量、水的质量流量和比热容在整个换热面上都是常量；由于流态为高度紊流，流体混合均匀，流动看作均相流；水和制冷剂进口参数均为稳定状态，忽略压降对水物性的影响； 板式换热器的热力计算应用传热基本方程式[3]： （6） 热平衡方程式： 1.3 电子膨胀阀数学模型 电子膨胀阀采用孔板方程来建立模型，即将电子膨胀阀在不同开度下的物理模型等效为一系列开口面积可变化的孔板，这是一种研究电子膨胀阀内制冷剂流动特性的经济有效的方法。 制冷剂流过电子膨胀阀的过程可近似认为是等焓过程能量模型： （8） 流量计算[4]： （9） （10） 1.4 蒸发器数学模型 蒸发器的热力学模型直接影响到制冷量，所以蒸发器的建模尤为重要，但对于一般制冷系统动态特性的仿真研究往往并不需要对管内流场做精确的计算，而更关心的是传热、压力特性，计算足够准确条件下尽可能提高计算的稳定性，加速迭代收敛，减少计算时间，所以仍需要采用一定的假设： 制冷剂的管内流动是沿轴向的一维流动。从理论上讲，管内的流动是三维流动，但对制冷装置用的热交换器，径向速度和切向速度一般可以忽略不计； 气相和液相处于热力平衡，即气相和液相有相同的饱和压力和温度，不存在亚稳态； 制冷剂在垂直流动方向的截面上，各点的物性参数和运动参数是一致的，气、液两相充分混合； 认为换热管内工质为均相饱和模型，工质不可压缩，装置中为纯工质且其中的工质充注量变化很小； 水平管中不计重力的影响； 忽略不凝性气体和制冷剂油膜的影响 管内制冷剂流动遵守质量守恒、动量守恒和能量守恒方程。由于假设中忽略了压降的影响，因此动量守恒方程可以省略。为实施一维时间差分方程，整个蒸发器采用部分集总模型，忽略沿程阻力。文献指出[5]：制冷剂干度在蒸发器内是线形分布的，故集总的蒸发器模型可使用恒定干度。这样，在集总模型中，制冷剂的热力学参数可采用空间平均化的方法，空间平均化后的参数只随时间改变。这些假定在Chi和Didion等人的研究成果中被较好的应用与验证[6]。J.V.C. Vargas, J.A.R.Paris等人的研究成果认为：质量方程可以稳态求解，即取压缩机流量作为蒸发器流量，可省去质量方程的求解，在一定的精度范围内并不严重影响最后的计算结果。此外，由于蒸发器内主要是两相区换热，过热部分较小，可以近似取共同出口压力作为三蒸发器的完全汽化点压力。即由于三个蒸发器并联，故出口压力相同，可用一个来代替[7]。 故本文对A、B、C三蒸发器建模如下： 同理： （12）