制冷装置模拟管理论文

摘要：本文利用稳态分布参数法建立了除压缩机以外的制冷系统各部件的数学模型，使用能量、动量与质量方程进行求解，并用VB语言对模型作了编程，通过计算得出了一定工况下，部分物理参数如制冷剂流量、过冷度、换热量、换热系数等在制冷装置各部件中的变化情况，并给出了变化曲线。

关键词：模拟制冷装置稳态分布参数法

1引言

随着人们生活质量不断提高，对居住环境的舒适度要求也越来越高，这使得家用空调的产量迅速增加，再加上其具有价格低廉、安装方便、适应性强等特点，现在年产量已突破千万，由此可见，这一部分空调器的能耗是相当可观的。因此仔细分析其制冷过程，优化制冷装置的结构参数、运行参数，对于完善制冷装置设计以及节能降耗是有着非常重要的意义的。

2部件模型分析

2.1压缩机

对于压缩机采用类似于黑箱的建模方法，抛开具体的内部结构，根据厂家提供的性能曲线或参数表、实验数据等利用参数拟合来建立模型。

⑴

⑵

由⑴、⑵式可解得制冷剂流量、压缩机功率，式中、可利用相关数据拟合得出。

2.2毛细管

为便于建模，制冷剂在管中流动可分为过冷区、两相区两个部分，流动状态为一维绝热均相，忽略亚稳态流动。

2.2.1过冷区

⑶

⑷

2.2.2两相区

⑸⑹

⑺

⑻

式中，下标1、2、m表示微元的进出口和平均参数

由于毛细管中的制冷剂流量并不是随着背压的降低而一直增加，存在一个临界点，即“壅塞”，在进行流量计算时对此必须加以考虑。

壅塞流量⑼

式中，⑽

⑾

2.3冷凝器

建模假设：⑴管内制冷剂的流动为一维均相流动，不考虑压降

⑵冷凝器为逆流型换热器，管外空气流动视为一维流动，且不考虑管壁热阻

由此可将冷凝器分为过热区、两相区、过冷区，分别进行计算。

对每一微元均有下式成立，

冷剂侧⑿

空气侧⒀

微元导热⒁

内外换热⒂

总表面传热系数⒃

2.4蒸发器

蒸发器与冷凝器相类似，不同的是空气流经其表面时会出现析湿，故蒸发器空气侧模型更为复杂。建模假设：⑴制冷剂与空气处于逆流状态，析湿系数保持不变

⑵忽略过热区压降，不考虑管壁热阻

将蒸发器分为两相区、过热区进行计算。

对每一微元均有下式成立，

冷剂侧⒄

压降⒅

空气侧⒆

析湿系数⒇

内外换热(21)

3模拟结果与分析

根据以上所建立之模型，利用VB作编程进行求解，所得结果如下。

3.1毛细管

由图1可以看出，当背压下降到一定值时，毛细管中制冷剂流量不再继续增加，而是围绕一定量作振荡，该定量即为理论分析得出的“壅塞流量”。而随着毛细管长度的增加，制冷剂流量却呈递减趋势，这是因为长度增加，制冷剂在其中流动时的流动阻力也相应增加的缘故，如图2所示。

图1图2

3.2冷凝器

图3、图4分别反映了随着空气流量的增加，制冷剂的过冷度与换热量的变化情况。可以看出，当风量增加到一定程度时，制冷剂过冷度与换热量均不再发生变化，这是符合物理事实的。

图3图4

3.3蒸发器

图5反映了制冷剂换热系数沿管长的变化情况，可以看出，在两相区中的换热系数出现了最大值，并且两相区的整体换热系数要高于过热区，因此在作蒸发器设计时要尽量使制冷剂位于两相区，制冷剂的过热度不应过大。图6则是空气侧的换热系数随管长的变化情况，可以看出，换热系数呈递增趋势，这是因为空气与换热管壁的换热温差越来越小。

图5图6

4结束语

以上通过作数值计算，得出了部分物理参数随制冷装置各部件的变化情况，并且与理论分析得出的结论相一致，这说明利用稳态分布参数法作制冷装置的模拟是较好的，所建立的数学模型是合理的。

参考文献

(1)丁国良，张春路.制冷空调装置仿真与优化.北京：科学出版社，2001

(2)葛云亭，严启森，彭雄兵.制冷学报，1995，4：9～18

(3)刘炳文，许蔓舒.VisualBasic程序设计教程.北京：清华大学出版社，2000