制冷系统仿真培训

换热器及制冷系统换热器及制冷系统仿真培训仿真培训-制冷系统仿真制冷系统仿真1总 体 介 绍培 训 内 容：3.2、算 法 设 计数 据 模 型3.1、模 型 介 绍培 训 内 容：仿 真 平 台 搭 建CONTENTSCONTENTSPART1、总体介绍、总体介绍发展现状发展现状 最早由美国开利公司于上世纪最早由美国开利公司于上世纪6060年代开展相关研究；年代开展相关研究；上世纪上世纪70-8070-80年代国外高校、研究机构开始发表相关年代国外高校、研究机构开始发表相关 研究成果（美国橡树林实验室、研究成果（美国橡树林实验室、NISTNIST、马里兰大学）；、马里兰大学）；我国最早于上世纪我国最早于上世纪8080年代末开始于高校（陈芝久年代末开始于高校（陈芝久-制制 冷系统热动力学初探）；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 高校为主高校为主 ；研究方向研究方向稳态仿真稳态仿真动态仿真动态仿真制冷系统仿真制冷系统仿真系统动态特性与控制策略，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，目前主要在商业由于制冷系统动态仿真复杂度高，目前主要在商业软件（软件（DymolaDymola、SimulationXSimulationX、MWorksMWorks）基础上进行二次开发，模型简单）基础上进行二次开发，模型简单，适用于适用于中央空调，如约克在中央空调，如约克在DymolaDymola进行二次开发进行二次开发系统优化系统优化 ，需建立系统部件理论模型，需建立系统部件理论模型，模型成熟，理论成熟且复杂。模型成熟，理论成熟且复杂。如开利如开利SimtoolsSimtools、特灵、特灵T-RexT-Rex、同济、同济GREATLABGREATLAB、美国橡树林实验室美国橡树林实验室MARK MARK 性能预测、系统匹配性能预测、系统匹配 ，无需建立系统，无需建立系统部件模型，完全基于实验数据反推。部件模型，完全基于实验数据反推。如大如大金金EXCELEXCEL程序程序 数据模型数据模型部件理论模型部件理论模型优点：优点：简单实用、快速计算简单实用、快速计算适合轻商非标准工况下数据的获取（客户需求）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、性能预测系统机型匹配、性能预测缺点：缺点：基础数据没有，需要测量多个压力点，工作量巨大基础数据没有，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）不能做深入分析，不能用于系统优化（如流路优化）数据模型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标准工况下的性能数据优点：优点：无需大量实验数据支持，只需修正相关关联式即可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：缺点：理论要求高、编程理论要求高、编程难度（算法设计）难度（算法设计）准确性与稳定性完善准确性与稳定性完善部件理论模型部件理论模型针对各部件建立理论模型，输入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直接计算获得性能数据部件理论模型发展历程部件理论模型发展历程MITMIT（19761976，Hiller&Hiller&GlicksmanGlicksman）美国橡树林实验室美国橡树林实验室ORNLORNL（19781978，Ellison&Ellison&CreswickCreswick）美国标准技术研究院美国标准技术研究院NISTNIST（19791979，Domanski&DidonDomanski&Didon）至今至今至今至今开利公司（开利公司（9090年代）年代）至今至今张春路（张春路（20062006）马里兰大学（马里兰大学（19951995，RossiRossi）至今至今PART2、数据、数据模型模型 2.12.1、压缩机性能曲、压缩机性能曲线线压缩机性能曲线压缩机性能曲线输入：蒸发温度、冷凝温度、频率输入：蒸发温度、冷凝温度、频率输出：质量流量、电流、功率、制冷量输出：质量流量、电流、功率、制冷量压缩机性能曲线压缩机性能曲线测试条件：冷媒测试条件：冷媒R410A R410A、电压、电压 220V 220V、频率、频率30Hz/60Hz/90Hz30Hz/60Hz/90HzAHRIAHRI标准测试工况标准测试工况 ：过热度：过热度11.111.1 、过冷度、过冷度8.38.3定定频压机频压机-10-10系数模型系数模型 （AHRIAHRI标准）标准）=+T Te e：蒸发温度；蒸发温度；T Tc c：冷凝温度；冷凝温度；c c1 1-c c1010：系数系数x x：输入功率、质量流量、制冷量、电流值：输入功率、质量流量、制冷量、电流值变频变频压机压机-15-15系数模型系数模型T Te e：蒸发温度；蒸发温度；T Tc c：冷凝温度；冷凝温度；f fr r：频率；：频率；c c1 1-c c1515：系数：系数x x：输入功率、质量流量、制冷量、电流值：输入功率、质量流量、制冷量、电流值压缩机性能曲线拟合压缩机性能曲线拟合压缩机性能曲线推演压缩机性能曲线推演m m标准标准:已知蒸发温度、冷凝温度、频率，通过压已知蒸发温度、冷凝温度、频率，通过压机拟合公式机拟合公式计算出的质量流量计算出的质量流量标准标准 :标准工况下压机进口比容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（实测压机进口压力对应饱和温度+过过热度热度11.1 11.1）实际实际 :实际实际工况工况下压机进口比容下压机进口比容 （实测压机进口温度）实测压机进口温度）压缩机性能曲线推演压缩机性能曲线推演Q Q标准标准:已知已知蒸发温度、冷凝温度、频率，通过压机拟合公式计算出蒸发温度、冷凝温度、频率，通过压机拟合公式计算出的能力值的能力值h h2 2标准标准 :标准工况下压机出口焓值标准工况下压机出口焓值 （实测进口压力对应饱和温度（实测进口压力对应饱和温度+过过热度热度11.111.1 ，实测压降出口压力），实测压降出口压力）h h1 1标准标准 :标准工况下压机进口焓值标准工况下压机进口焓值 （实测进口压力对应饱和温度（实测进口压力对应饱和温度+过热度过热度11.1 11.1，实测压降进口实测压降进口压力压力）h h2 2实际实际 :实际实际工况工况下压机出口焓值下压机出口焓值 （压机进口熵值，实测压机出口压力（压机进口熵值，实测压机出口压力 ）h h1 1实际实际:实际实际工况工况下压机进口焓值下压机进口焓值 （压机进口熵值，实测压压机进口熵值，实测压机进口压力）机进口压力）2.22.2、大大金金EXCELEXCEL程序程序黑箱子黑箱子黑箱子黑箱子节节流流装装置置冷凝器（例如：冷凝器（例如：A A型号）型号）蒸发器（例如：蒸发器（例如：B B型号）型号）压压缩缩机机输入参数（实测数据输入参数（实测数据）制冷量制冷量功率功率各节点温度、压力各节点温度、压力输出输出参数参数A A冷凝器系数、压损冷凝器系数、压损B B蒸发器系数、压损蒸发器系数、压损排气排气管压损、热损管压损、热损吸气吸气管压损、热损管压损、热损功率修正系数功率修正系数有效冷媒循化量有效冷媒循化量理论计算理论计算某个工况下，例如：某个工况下，例如：35/24 27/1935/24 27/19仿真思路仿真思路-逆运算逆运算3 32 21 14 45 56 6h hP 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。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。P1P2P3P4P6T1T2T3T4T6质量流量h1h6Qslossh2h3QDlossh4Qch5Qe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内侧湿球外侧外侧干球冷凝器KA值蒸发器KA值外风机功率仿真思路仿真思路-逆运算逆运算黑箱子黑箱子黑箱子黑箱子节节流流装装置置冷凝器（例如：冷凝器（例如：A A型号）型号）蒸发器（例如：蒸发器（例如：B B型号）型号）压压缩缩机机输出参数（仿真数据）输出参数（仿真数据）制冷量制冷量功率功率各节点温度、压力各节点温度、压力输入输入参数参数A A冷凝器系数、压损冷凝器系数、压损B B蒸发器系数、压损蒸发器系数、压损排气排气管压损、热损管压损、热损吸气吸气管压损、热损管压损、热损功率修正系数功率修正系数有效冷媒循化量有效冷媒循化量理论计算理论计算其他任意工况，例如：其他任意工况，例如：35/22 27/1535/22 27/15仿真思路仿真思路-正正运算运算3 32 21 14 45 56 6h hP P压缩机功率P1P2吸气管阻力系数冷媒质量流量P6过热度T6h6排气管阻力系数P3P4过冷度T4h4Qe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Qch3h2T2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仿真思路-正正运算运算仿真思路仿真思路仿真思路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标准工况下的性能数据PART3、部件、部件理论模型理论模型 3.13.1、模型介绍、模型介绍空调制冷系统模型组成空调制冷系统模型组成1.1.物性计算模型物性计算模型2.2.压缩机模型压缩机模型 （转子式）（转子式）3.3.蒸发器、冷凝器模型蒸发器、冷凝器模型4.4.节流元件模型节流元件模型 （毛细管、节流阀）（毛细管、节流阀）5.5.其他模型（储液罐、四通阀、配管等）其他模型（储液罐、四通阀、配管等）空调制冷系统模型组成空调制冷系统模型组成物性计算模型物性计算模型计算方法计算方法优点优点缺点缺点状态方程法状态方程法参数范围广、精度高参数范围广、精度高计算速度慢，临界点不稳定性计算速度慢，临界点不稳定性曲线拟合法曲线拟合法计算速度快、稳定性好计算速度快、稳定性好针对不同制冷剂需拟合对应公式针对不同制冷剂需拟合对应公式仿真仿真快慢取决于物性快慢取决于物性计算时间，占整个制冷系统仿真时间的计算时间，占整个制冷系统仿真时间的90%90%；综合综合考虑计算精度、速度及考虑计算精度、速度及稳定性，优选曲线拟合法；稳定性，优选曲线拟合法；现成的物性计算软件（现成的物性计算软件（REFPROPREFPROP、CoolPropCoolProp）采用状态方程法，可直接调）采用状态方程法，可直接调用计算，但计算速度较慢；用计算，但计算速度较慢；湿空气一般采用理论湿空气一般采用理论公式公式计算；计算；压缩机模型压缩机模型输入：蒸发温度、冷凝温度、频率输入：蒸发温度、冷凝温度、频率输出：质量流量、电流、功率、制冷量输出：质量流量、电流、功率、制冷量定定频压机频压机-10-10系数模型系数模型 （AHRIAHRI标准）标准）=+T Te e：蒸发温度；蒸发温度；T Tc c：冷凝温度；冷凝温度；c c1 1-c c1010：系数系数x x：输入功率、质量流量、制冷量、电流值、能效：输入功率、质量流量、制冷量、电流值、能效变频变频压机压机-15-15系数模型系数模型T Te e：蒸发温度；蒸发温度；T Tc c：冷凝温度；冷凝温度；f fr r：频率；：频率；c c1 1-c c1515：系数：系数x x：输入功率、质量流量、制冷量、电流