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单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,#,产品领先 效率驱动 全球经营,换热器及制冷系统,仿真培训,-,制冷系统仿真,2016.4.11,换热器及制冷系统2016.4.11,1,1,、总体介绍,3,.1,、模型介绍,培训内容:,3,.2,、算法设计,4,、仿真平台搭建,2,、数据模型,3,、部件理论模型,2.1,、压缩机性能曲线,2.2,、大金,EXCEL,程序,1、总体介绍 3.1、模型介绍 培训内容:,2,1,、总体介绍,1、总体介绍,3,发展现状,最早由美国开利公司于上世纪,60,年代开展相关研究;,上世纪,70-80,年代国外高校、研究机构开始发表相关,研究成果(美国橡树林实验室、,NIST,、马里兰大学);,我国最早于上世纪,80,年代末开始于高校(陈芝久,-,制,冷系统热动力学初探);,上世纪末随着计算机技术发展,制冷仿真技术发展,迅速,中国也成为此领域最活跃的国家之一,主要以,高校为主,;,发展现状 最早由美国开利公司于上世纪60年代开展相关研究;,4,研究方向,稳态仿真,动态仿真,制冷系统仿真,系统动态特性与控制策略,,由于制冷系统动态仿真复杂度高,目前主要在商业软件(,Dymola,、,SimulationX,、,MWorks,)基础上进行二次开发,模型简单,,,适用于中央空调,如约克在,Dymola,进行二次开发,系统优化,,需建立系统部件理论模型,模型成熟,理论成熟且复杂。,如开利,Simtools,、特灵,T-Rex,、同济,GREATLAB,、,美国橡树林实验室,MARK,性能预测、系统匹配,,无需建立系统部件模型,完全基于实验数据反推。,如大,金,EXCEL,程序,数据模型,部件理论模型,研究方向稳态仿真动态仿真制冷系统仿真系统动态特性与控制策略,,5,优点:,简单实用、快速计算,适合轻商非标准工况下数据的获取(客户需求),系统机型匹配、性能预测,缺点:,基础数据没有,需要测量多个压力点,工作量巨大,不能做深入分析,不能用于系统优化(如流路优化),数据模型,通过标况的实验数据获得对应换热压降系数,结合系数获得其他非标准工况下的性能数据,优点:数据模型通过标况的实验数据获得对应换热压降系数,结合系,6,优点:,无需大量实验数据支持,只需修正相关关联式即可,可对系统进行深入研究分析(如换热器流路优化、毛细管冷媒匹配优化等,),缺点:,理论要求高、编程,难度(算法设计),准确性与稳定性完善,部件理论模型,针对各部件建立理论模型,输入,各部件参数(如换热器排数、铜管翅片规格、压缩机型号、连接管尺寸、毛细管参数等)、工况参数直接计算获得性能数据,优点:部件理论模型针对各部件建立理论模型,输入各部件参数(如,7,部件理论模型发展历程,MIT,(,1976,,,Hiller&Glicksman,),美国橡树林实验室,ORNL,(,1978,,,Ellison&Creswick,),美国标准技术研究院,NIST,(,1979,,,Domanski&Didon,),至今,至今,开利公司(,90,年代),至今,张春路(,2006,),马里兰大学(,1995,,,Rossi,),至今,部件理论模型发展历程MIT美国橡树林实验室ORNL美国标准技,8,2,、数据模型,2、数据模型,9,2.1,、压缩机性能曲线,2.1、压缩机性能曲线,10,压缩机性能曲线,输入:蒸发温度、冷凝温度、频率,输出:质量流量、电流、功率、制冷量,压缩机性能曲线输入:蒸发温度、冷凝温度、频率,11,压缩机性能曲线,测试条件:冷媒,R410A,、电压,220V,、频率,30Hz/60Hz/90Hz,AHRI,标准测试工况,:过热度,11.1,、过冷度,8.3,压缩机性能曲线测试条件:冷媒R410A、电压 220V、频,12,定,频压机,-10,系数模型 (,AHRI,标准),T,e,:,蒸发温度;,T,c,:,冷凝温度;,c,1,-,c,10,:,系数,x,:输入功率、质量流量、制冷量、电流值,变频,压机,-15,系数模型,T,e,:,蒸发温度;,T,c,:,冷凝温度;,f,r,:频率;,c,1,-,c,15,:系数,x,:输入功率、质量流量、制冷量、电流值,压缩机性能曲线拟合,定频压机-10系数模型 (AHRI标准)Te:蒸发温,13,压缩机性能曲线推演,m,标准,:,已知蒸发温度、冷凝温度、频率,通过压,机拟合公式,计算出的质量流量,标准,:,标准工况下压机进口比容(实测压机进口压力对应饱和温度,+,过,热度,11.1,),实际,:,实际,工况,下压机进口比容(,实测压机进口温度),压缩机性能曲线推演m标准:已知蒸发温度、冷凝温度、频率,通,14,压缩机性能曲线推演,Q,标准,:,已知,蒸发温度、冷凝温度、频率,通过压机拟合公式计算出,的能力值,h,2,标准,:,标准工况下压机出口焓值(实测进口压力对应饱和温度,+,过,热度,11.1,,实测压降出口压力),h,1,标准,:,标准工况下压机进口焓值(实测进口压力对应饱和温度,+,过热度,11.1,,,实测压降进口,压力,),h,2,实际,:,实际,工况,下压机出口焓值,(压机进口熵值,实测压机出口压力,),h,1,实际,:,实际,工况,下压机进口焓值,(,压机进口熵值,实测压,机进口压力),压缩机性能曲线推演Q标准:已知蒸发温度、冷凝温度、频率,通,15,2.2,、,大,金,EXCEL,程序,2.2、大金EXCEL程序,16,黑箱子,黑箱子,节流装置,冷凝器(例如:,A,型号),蒸发器(例如:,B,型号),压缩机,输入参数(实测数据,),制冷量,功率,各节点温度、压力,输出,参数,A,冷凝器系数、压损,B,蒸发器系数、压损,排气,管压损、热损,吸气,管压损、热损,功率修正系数,有效冷媒循化量,理论计算,某个工况下,例如:,35/24 27/19,仿真思路,-,逆运算,黑箱子黑箱子节流装置冷凝器(例如:A型号)蒸发器(例如:B型,17,3,2,1,4,5,6,h,P,绿色背景色为实测数据,橙色背景色为逆运算要求解的关键参数。,P1,P2,P3,P4,P6,T1,T2,T3,T4,T6,质量流量,h1,h6,Qs,loss,h2,h3,Q,Dloss,h4,Qc,h5,Qe,风侧实测能力,内风机功率,冷媒侧能力,有效循环量,压缩机功率,外机功率,功率修正系数,内侧,湿球,外侧,干球,冷凝器,KA,值,蒸发器,KA,值,外,风机功率,仿真思路,-,逆运算,321456hP绿色背景色为实测数据,橙色背景色为逆运算要求,18,黑箱子,黑箱子,节流装置,冷凝器(例如:,A,型号),蒸发器(例如:,B,型号),压缩机,输出参数(仿真数据),制冷量,功率,各节点温度、压力,输入,参数,A,冷凝器系数、压损,B,蒸发器系数、压损,排气,管压损、热损,吸气,管压损、热损,功率修正系数,有效冷媒循化量,理论计算,其他任意工况,例如:,35/22 27/15,仿真思路,-,正,运算,黑箱子黑箱子节流装置冷凝器(例如:A型号)蒸发器(例如:B型,19,3,2,1,4,5,6,h,P,压缩机功率,P1,P2,吸气管阻力系数,冷媒质量流量,P6,过热度,T6,h6,排气管阻力系数,P3,P4,过冷度,T4,h4,Qe,蒸发器,KA,值,T6s,(由风侧求得),P6,(由风侧求得),h1,吸气管漏热量,T1,排气管漏热量,冷凝器,KA,值,Qc,h3,h2,T2,压缩机多变指数或入热系数,制冷量,内电机功率,T3s,(由风侧求得),P3,(由风侧求得),赋初始值,赋初始值,制热量,仿真思路,-,正,运算,321456hP压缩机功率P1P2吸气管阻力系数冷媒质量流量,20,仿真思路,仿真思路,21,仿真思路,通过标况的实验数据获得对应换热压降系数,结合系数获得其他非标准工况下的性能数据,仿真思路通过标况的实验数据获得对应换热压降系数,结合系数获,22,3,、部件理论模型,3、部件理论模型,23,3.1,、模型介绍,3.1、模型介绍,24,空调制冷系统模型组成,空调制冷系统模型组成,25,1.,物性计算模型,2.,压缩机模型(转子式),3.,蒸发器、冷凝器模型,4.,节流元件模型(毛细管、节流阀),5.,其他模型(储液罐、四通阀、配管等),空调制冷系统模型组成,1.物性计算模型空调制冷系统模型组成,26,物性计算模型,计算方法,优点,缺点,状态方程法,参数范围广、精度高,计算速度慢,临界点不稳定性,曲线拟合法,计算速度快、稳定性好,针对不同制冷剂需拟合对应公式,仿真,快慢取决于物性,计算时间,占整个制冷系统仿真时间的,90%,;,综合,考虑计算精度、速度及,稳定性,优选曲线拟合法;,现成的物性计算软件(,REFPROP,、,CoolProp,)采用状态方程法,可直接调用计算,但计算速度较慢;,湿空气一般采用理论,公式,计算;,物性计算模型计算方法优点缺点状态方程法参数范围广、精度高计算,27,压缩机模型,输入:蒸发温度、冷凝温度、频率,输出:质量流量、电流、功率、制冷量,定,频压机,-10,系数模型 (,AHRI,标准),T,e,:,蒸发温度;,T,c,:,冷凝温度;,c,1,-,c,10,:,系数,x,:输入功率、质量流量、制冷量、电流值、能效,变频,压机,-15,系数模型,T,e,:,蒸发温度;,T,c,:,冷凝温度;,f,r,:频率;,c,1,-,c,15,:系数,x,:输入功率、质量流量、制冷量、电流值、能效,压缩机性能曲线(厂家提供),压缩机模型输入:蒸发温度、冷凝温度、频率定频压机-10系数模,28,蒸发器、冷凝器模型,集中参数模型,:模型简单、不能考虑流路分布、空气分布影响,适用于性能,预测;,分布参数模型,:模型复杂、考虑流路分布、空气分布影响,适用于性能,优化,;,蒸发器、冷凝器模型集中参数模型:模型简单、不能考虑流路分布、,29,节流元件模型,节流元件流动机理复杂,如闪蒸、雍塞等,ASHRAE,标准推荐关联式模型;,输入:进口参数、内径、长度,输出:质量流量,输入:进口参数、内径(长度)、质量流量,输出:长度(内径),毛细管(节流阀)设计,系统仿真,节流元件模型节流元件流动机理复杂,如闪蒸、雍塞等输入:进口参,30,其他模型,包括连接管、四通阀、储液罐、风机模型,;,具体,结构差异较大,,一般进行简化处理;,模型,需能反映各部件,对系统,压降、换热,等参数,的影响,;,其他模型包括连接管、四通阀、储液罐、风机模型;,31,3.2,、算法设计,3.2、算法设计,32,(,1,)连续性方程 (前一部件质量流量等于后一部件质量流量),(,2,)能量守恒,方程(前一,部件出口焓值等于,后一,部件进口焓值),(,3,)动量守恒,方程 (前一,部件出口压力等于,后一,部件进口压力),(,4,)系统充,注,量守恒(系统充注量,=,系统各部件充注量之和),方程组成,(1)连续性方程 (前一部件质量流量等于后一部件质量流量,33,算法,优点,缺点,联立法,通用性好、效率高,适合复杂制冷系统,程序不易调试,顺序法,程序容易调试,不适合复杂制冷系统,求解方法,针对简单系统(如家用空调),可采用顺序法求解,便于调试;,针对复杂系统(如中央空调),建议用联立法进行求解;,算法优点缺点联立法通用性好、效率高,适合复杂制冷系统程序不易,34,(,1,)产品设计,已知:蒸发器过热度、冷凝器过冷度,求:整机充注量,毛细管长度,制冷量,压缩机功率,(,2,)性能预测,已知:,整机充注,量、毛细管长度,求:蒸发器过,热度,冷凝器,过冷度,制冷量,压缩机功率,系统稳态算法流程一(产品设计),系统稳态算法流程二(性能预测、优化),顺序法求解思路,(2)性能预测系统稳态算法流程一(产品设计)系统稳态算法流程,35,结果标定,参数,调整因子,说明,制冷量,压缩机流量调整因子,系统制冷量主要由压缩机大小决定,总功耗,压缩机功耗调整因子,压缩机功耗占系统功耗大部分,饱和吸气温度,蒸发器换热系数调整因
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