多聯(lián)式空調(diào)制冷系統(tǒng)動態(tài)仿真的研究

摘要：隨著計算機模擬技術(shù)的發(fā)展，相關(guān)工作人員已經(jīng)開發(fā)出了多聯(lián)式制冷空調(diào)的動態(tài)仿真系統(tǒng)，本文先是闡述了多聯(lián)式制冷空調(diào)仿真系統(tǒng)的特點，然后講述了多聯(lián)式制冷空調(diào)數(shù)學(xué)仿真模型的內(nèi)容，最后講解了多聯(lián)式制冷空調(diào)系統(tǒng)動態(tài)仿真模型的實驗分析與驗證。

關(guān)鍵詞：多聯(lián)式空調(diào)；制冷系統(tǒng)；動態(tài)仿真研究

隨著科技的進步和社會經(jīng)濟社會發(fā)展水平的提高，人民的生活水平不斷提高，多聯(lián)式制冷空調(diào)技術(shù)在人們?nèi)粘Ｉ詈凸まr(nóng)業(yè)生產(chǎn)中得到越來越廣泛的應(yīng)用，使得社會對多聯(lián)式制冷空調(diào)設(shè)備的安裝、調(diào)試、維修以及管理人員的需求不斷增加，為了加快多聯(lián)式制冷空調(diào)的安裝、調(diào)試、維修和管理人才的培養(yǎng)，降低傳統(tǒng)培訓(xùn)方法中出現(xiàn)的各種問題，多聯(lián)式制冷空調(diào)動態(tài)仿真系統(tǒng)應(yīng)運而生。

一、多聯(lián)式制冷空調(diào)動態(tài)仿真系統(tǒng)特點

多聯(lián)式制冷空調(diào)仿真系統(tǒng)采用了變量調(diào)節(jié)以及負(fù)荷變化。相比于傳統(tǒng)的空調(diào)有明顯的節(jié)能性、舒適性優(yōu)勢。也具有使用靈活、可以獨立控制、擴展性良好、占用空間小的特點。多聯(lián)式制冷空調(diào)動態(tài)仿真系統(tǒng)是以計算機技術(shù)和虛擬現(xiàn)實技術(shù)為基礎(chǔ)，實現(xiàn)對實際制冷空調(diào)系統(tǒng)及其工作狀態(tài)的計算機模擬仿真，它是一個將計算機虛擬技術(shù)應(yīng)用到制冷空調(diào)操作培訓(xùn)的一款仿真應(yīng)用軟件，利用它進行制冷空調(diào)系統(tǒng)的學(xué)習(xí)和培訓(xùn)，可以幫助人們掌握有關(guān)理論，提高操作水平，提高制冷系統(tǒng)學(xué)習(xí)效果。多聯(lián)式制冷空調(diào)動態(tài)仿真系統(tǒng)作為一個制冷式空調(diào)的應(yīng)用軟件，它可以安裝在windows2000及以上的操作系統(tǒng)上，分為單機版和網(wǎng)絡(luò)版兩個版本，其中單機版只需在一臺微機上進行，其模擬操作過程在一個顯示器模擬仿真面板上進行。制冷系統(tǒng)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和實際工作流程可以通過三維動畫進行演示。壓縮機以及膨脹閥利用穩(wěn)態(tài)模型，而對于冷凝器和蒸發(fā)器則利用了動態(tài)仿真模型。

二、多聯(lián)式制冷空調(diào)數(shù)學(xué)仿真模型

壓縮機、冷凝機、膨脹閥、高壓儲備液體機、蒸發(fā)器以及氣液分離器是多聯(lián)式制冷空調(diào)系統(tǒng)的關(guān)鍵部分。壓縮機、冷凝機、膨脹閥以及蒸發(fā)器作為制冷系統(tǒng)的四大部件，在傳統(tǒng)空調(diào)動態(tài)仿真模型中得到了廣泛研究。下面分別介紹了壓縮機、冷凝機、膨脹閥、蒸發(fā)器等仿真模型。

1．冷凝機仿真模型

換熱器屬于分區(qū)模型，多聯(lián)式制冷空調(diào)系統(tǒng)的冷凝機可以分為三個段區(qū)，即過熱段、過冷段、兩相段。多聯(lián)式制冷空調(diào)系統(tǒng)的蒸發(fā)器只有過熱段以及兩相段，對此可以獲得與分布參數(shù)相似的精度，和分別參數(shù)模型一比，在計算速度上也有很大地提高。所以分區(qū)段模型采用的移動邊界法，可以用來建立冷凝器動態(tài)仿真模型。冷凝器的動態(tài)仿真模型需要滿足以下必需的假設(shè)條件：一是制冷劑要沿著水平管道做一維流動，在這個過程中兩相段需要保持熱力平衡狀態(tài)，不考慮壓力損失帶來的影響。二是空氣做一維運動，保持空氣的物性均勻。三是不考慮管壁軸向帶來的導(dǎo)熱作用。然后，根據(jù)制冷劑的質(zhì)量守恒定理、能量守恒定理以及管壁能量守恒，得出整理后公式。

2．壓縮機仿真模型

多聯(lián)式空調(diào)壓縮機運轉(zhuǎn)很快，動態(tài)的變化時間遠(yuǎn)小于多聯(lián)式空調(diào)制冷系統(tǒng)的時間常數(shù)。這樣一來，就需要在制冷系統(tǒng)仿真模型上，進行穩(wěn)態(tài)模型的計算。

3．膨脹閥仿真模型

多聯(lián)式制冷空調(diào)系統(tǒng)的電子的膨脹閥具有很快的動作響應(yīng)速度，它在動作響應(yīng)的過程中，對制冷系統(tǒng)過程的影響幾乎可以忽略掉。所以，穩(wěn)態(tài)的仿真模型一般也適用于多聯(lián)式制冷空調(diào)系統(tǒng)的電子膨脹閥。電子膨脹閥的制劑流量以及出口焓值可以根據(jù)膨脹閥流量公式得出。

4．蒸發(fā)器仿真模型

多聯(lián)式制冷空調(diào)系統(tǒng)的蒸發(fā)器和冷凝器類似，都采用移動邊界類型的分區(qū)模式。對于多聯(lián)式制冷空調(diào)系統(tǒng)蒸發(fā)器的過熱段和兩相段，可以建立制冷劑質(zhì)量方程以及管壁能量守恒方程。當(dāng)多聯(lián)式制冷空調(diào)系統(tǒng)需要多個蒸發(fā)器進行并聯(lián)工作時，需要根據(jù)制冷劑質(zhì)量方程以及管壁能量守恒方程、質(zhì)量守恒定理公式建立多個蒸發(fā)器仿真模型。蒸發(fā)器個數(shù)發(fā)生改變時，可以在制冷劑質(zhì)量方程以及管壁能量守恒方程、質(zhì)量守恒定理公式中很容易的實現(xiàn)，也可以表現(xiàn)出流體模型擴展性很強的特點。多個冷凝器在多聯(lián)式制冷空調(diào)系統(tǒng)中的并聯(lián)，也可以根據(jù)制冷劑質(zhì)量方程以及管壁能量守恒方程、質(zhì)量守恒定理公式進行建模。

5．高壓儲液器模型以及氣液分離器模型

對于多聯(lián)式制冷空調(diào)系統(tǒng)中的高壓儲液器模型，可以忽略掉能量損失。流出和流入的液態(tài)制冷劑也是不可壓縮的，可以根據(jù)公式表現(xiàn)出多聯(lián)式制冷空調(diào)系統(tǒng)中的高壓儲液器模型的質(zhì)量守恒方程。多聯(lián)式制冷空調(diào)系統(tǒng)中的氣液分離器具有獨特的特征，出口為飽和的蒸汽或者過熱的蒸汽。對于多聯(lián)式制冷空調(diào)系統(tǒng)中氣液分離器的建模也需要根據(jù)制冷劑質(zhì)量守恒方程以及管壁能量守恒方程。在建模過程中還需要考慮到蒸發(fā)器到氣液分離器損失的壓力。

三、多聯(lián)式制冷空調(diào)系統(tǒng)動態(tài)仿真模型的實驗分析與驗證

在整個多聯(lián)式制冷空調(diào)系統(tǒng)中，系統(tǒng)的運行狀態(tài)跟著壓縮機的頻率產(chǎn)生變化，多聯(lián)式制冷空調(diào)系統(tǒng)動態(tài)仿真結(jié)果可以和實驗的數(shù)據(jù)變化趨勢保持一致，多聯(lián)式制冷空調(diào)系統(tǒng)動態(tài)仿真結(jié)果也可以在定量比較中和實驗數(shù)據(jù)保持相似的精度。例如，排氣的溫度最大誤差不超過3攝氏度。多聯(lián)式制冷空調(diào)系統(tǒng)的過熱度和室內(nèi)機的過熱度保持1攝氏度的最大誤差。對于蒸發(fā)壓力的誤差最大不超過0.2*100000Pa，蒸發(fā)壓力帶來的蒸發(fā)溫度誤差保持在1攝氏度內(nèi)。冷凝壓力可以和過冷度保持很小的誤差，當(dāng)多聯(lián)式制冷空調(diào)系統(tǒng)的壓縮機頻率超過75Hz，多聯(lián)式制冷空調(diào)系統(tǒng)的變化趨勢加大，冷凝誤差達(dá)到0.3*100000Pa，蒸發(fā)壓力帶來的蒸發(fā)溫度誤差保持在1攝氏度內(nèi)。由于冷凝壓力以及過冷度在多聯(lián)式制冷空調(diào)系統(tǒng)中都有很高的震蕩頻率，導(dǎo)致多聯(lián)式制冷空調(diào)系統(tǒng)內(nèi)存有大量的不凝氣體，多聯(lián)式制冷空調(diào)系統(tǒng)動態(tài)仿真模型中還不能確定是否存有大量不凝氣體的情況。仿真的結(jié)果穩(wěn)定時間少于系統(tǒng)實際穩(wěn)定的時間，這與仿真建模忽略的管路有關(guān)。對于多聯(lián)式制冷空調(diào)系統(tǒng)動態(tài)仿真模型的定量比較，可能會由傳熱系數(shù)、流量系統(tǒng)的誤差影響到多聯(lián)式制冷空調(diào)系統(tǒng)動態(tài)仿真模型的誤差。這就需要多聯(lián)式制冷空調(diào)系統(tǒng)動態(tài)仿真模型進行更高層次的提高。在多聯(lián)式制冷空調(diào)系統(tǒng)動態(tài)仿真模型的定性比較中，可以實現(xiàn)與多聯(lián)式制冷空調(diào)系統(tǒng)實際效果的一致，表明多聯(lián)式制冷空調(diào)系統(tǒng)動態(tài)仿真模型可以用來分析驗證多聯(lián)式制冷空調(diào)系統(tǒng)的動態(tài)變化。

總結(jié)：

多聯(lián)式制冷空調(diào)系統(tǒng)動態(tài)仿真模型具有開發(fā)性、可擴展性的特點，這樣一來，可以使多聯(lián)式制冷空調(diào)系統(tǒng)動態(tài)仿真模型更好的適應(yīng)多聯(lián)式制冷空調(diào)系統(tǒng)結(jié)果的變化，也可以方便的采用精確的部件模型。在穩(wěn)態(tài)變頻壓縮機模型、膨脹閥模型、蒸發(fā)器等模型的基礎(chǔ)上，達(dá)到對多聯(lián)式制冷空調(diào)系統(tǒng)進行動態(tài)的仿真計算的目的。動態(tài)模型可以精確的預(yù)測多聯(lián)機變化的趨勢，為多聯(lián)機運行中的節(jié)能奠定了基礎(chǔ)。

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