車載小型溴化鋰制冷機的軟件開發研究

劉雪香+程金強+趙健+張繼

摘 要：本文對小型化車載溴化鋰制冷機實驗臺結構設計過程進行了標準化， 并利用軟件VB6.0進行了程序化開發，通過該設計軟件，可以對車載小型溴冷機結構設計中的熱力計算、傳熱傳質計算進行數值模擬，通過輸入一定的條件參數，軟件程序會輸出基于以往實驗數據的線性回歸的計算結果，供實驗設計人員在熱力計算、結構計算時參考使用。

關鍵詞：車載；小型溴化鋰制冷機；軟件開發

中圖分類號：TB651 文獻標識碼：A 文章編號：1671-2064（2017）04-0039-04

吸收式制冷技術作為大型冷水機組的技術已經相當成熟，主要是利用工業排煙、排水的廢熱以及燃油、燃氣來作為驅動熱源。其未來發展的重點在于太陽能利用、風冷工況、機組小型化等方面。本文作者就是從事車載溴化鋰小型制冷機開發工作，調研發現目前溴冷機小型化發展方面實質性進展緩慢。

湖南遠大在小型化溴冷機方面已做了10多年的研究，也取得了幾項發明專利（主要是新型風冷吸收器），至今沒有相關產品問世；在小型風冷吸收式燃氣空調研究報道較多的是日本和韓國，日本較早著手于這一方面的研究工作，曾研制出一臺樣機，制冷量為26KW，據稱cop值測試達到0.92。韓國在改善風冷吸收式燃氣空調器的性能和結晶問題等進行了較多的研究。

究其原因，溴冷機小型化的實施受限于高效緊湊換熱器的發展，而風冷方式更有難以克服的硬傷：系統運行會偏向高溫、高濃度和高壓力運行，結晶極易發生，腐蝕加劇，cop值下降；吸收器內部的傳熱和傳質過程難以在結構上做到很好的匹配，散熱面積與蒸汽與溴化鋰溶液的接觸面積難以耦合，要么蒸汽壓力損失大，要么吸收效果不好。如果采用水冷，最終導致機體的結構型式僅僅是大機組的小型化而已，體積還是龐大，還引申出冷卻水的再生系統，額外的循環系統、散熱系統，且35℃下的風冷散熱能將冷卻水再生到40℃左右，因此“冷卻水”再去冷卻吸收，那么吸收器內部的溫度在45℃以上，比理想的工況高了近5℃，如果考慮水質、水垢的影響，溫差不止如此，吸收器工況勢必受到影響。

目前國內外尚無同類產品。根據科技查新結果，目前擁有與產品相關的多項核心技術在國內外屬首創，產品研發成功將在車用溴化鋰吸收式制冷產品方面具有國際領先水平。

1 軟件開發

1.1 軟件開發必要性

車載溴小型化化鋰吸收式制冷機開發工作，屬于溴化鋰吸收式制冷領域，涉及熱力學、傳熱學、流體力學及機械設計相關學科。其產品研發過程中搭建的試驗臺、樣機的設計計算會引用到大量熱力學公式及相關數據，運算過程嵌套繁雜，而查詢相關數據更是浪費時間及人力物力，還會引起人為誤差。如果有一套能與項目發展相匹配的軟件相輔助，會大大提高設計效率及準確度，且經過實踐檢驗的軟件更能發揮其應有的積極效應。

1.2 軟件開發進展

在小型溴冷機研發項目啟動時，便開始了對應的設計程序開發，初期的版本只具有熱力計算、傳熱計算及簡單的結構計算和校核計算。隨著項目的進展，目前已經具備較全的數據查詢功能，制冷試驗臺溫度測量系統的所有溫度能自動讀取、顯示，并能保存成excel記錄表，還可以直觀的觀察到每一個溫度測量點的溫度變化實時曲線圖。

2 軟件程序及代碼

2.1 主界面

程序一打開就是系統主界面圖1，通過菜單可以進行功能選擇。

2.2 熱力計算

本菜單功能實現了目前的單效溴化鋰吸收式制冷機的熱力計算過程，包括狀態點參數的確定、各換熱設備熱負荷、各種工作介質和泵的流量。但是經典的單效循環熱力計算適宜于大型機組，其系統中有發生器溶液泵、吸收器溶液泵、冷劑泵等再循環過程，其相關計算公式也有差異，所以，針對我們項目的實際過程進行了熱力循環過程重新梳理，確定了循環過程中所依循的公式，保證了計算所得數據能夠較真實的反映實際運行參數。

2.2.1 狀態點參數的確定

該菜單能根據適合本項目試驗臺熱力循環過程的熱力計算整套公式進行系統循環中各狀態點參數的確定，相關程序界面展示如圖2、圖3。

熱力計算的原則如圖2所示。

圖3所示為熱力計算所需已知條件的確定，相關待定條件如圖所示，其中冷卻方式為下拉菜單，分為風冷（目前）和水冷（早期）；熱源為下拉菜單，分為電熱、煙氣、熱水、蒸汽，目前采用電熱，直接給出加熱功率即可，其他為填充。

圖4所示為熱力計算所需設計參數的選定，中間的兩個阻力分別是相關結構估算所得數值。循環倍率目前為0，但不排除在吸收處進行再循環的可能性，此處待擴充。

圖5所示為最終狀態點參數的計算，該界面中只需鼠標單擊“計算”按鈕，即可得到循環過程中的所有相關參數，難點在于前幾個界面中的參數確定。

2.2.2 各換熱設備熱負荷

此處計算是連接前面“狀態點參數”所得數據進行的，相關內容顯示如圖6。

點擊圖6中所示的熱平衡判斷按鈕，會彈出熱平衡判斷界面如圖7所示，再單擊其中的判斷按鈕，會得到相應的結果。

2.2.3 各種工作介質和泵的流量

依據最終循環過程進行相關工作介質的流量計算、阻力計算、溶液的濃縮過程計算，具體內容見圖8。

溶液濃縮計算功能，實現的是制冷循環起始階段的溶液提濃過程，會根據具體的條件來計算需要提取出的冷劑水量，并能結合儲液管型，計算出儲液管的需要長度。

2.3 傳熱計算

傳熱計算包括傳熱系數計算、傳熱面積計算。由于實驗臺中所采用換熱器形式、材質、結構均是按照前面的三維模型設計加工的，蒸發器采用肋片結構，風冷散熱，相關計算程序如圖9、圖10所示。

2.4 數據查詢

對小型溴冷機設計中常用的查表數據，按照線性回歸法進行數值化，可直接進行查詢圖11、圖12。

2.5 相關代碼

由于程序代碼量大，本文只截取其中幾個功能對應的代碼供讀者參考。

2.5.1 “溶液濃縮過程”計算

Private Sub Command8_Click（）

Dim ρ1 As Single， ρ2 As Single

ρ1 = 1016.028 + 844.165 * （Val（Text10.Text） / 100） - 419.036 * （Val（Text10.Text） / 100） ^ 2 + 1696.176 * （Val（Text10.Text） / 100） ^ 3 - Val（Text9.Text） * 4.903 + Val（Text9.Text） * 27.309 * （Val（Text10.Text） / 100） - 55.465 * Val（Text9.Text） * （Val（Text10.Text） / 100） ^ 2 + 36.273 * Val（Text9.Text） * （Val（Text10.Text） / 100） ^ 3

ρ2 = 1016.028 + 844.165 * （Val（Text12.Text） / 100） - 419.036 * （Val（Text12.Text） / 100） ^ 2 + 1696.176 * （Val（Text12.Text） / 100） ^ 3 - Val（Text11.Text） * 4.903 + Val（Text11.Text） * 27.309 * （Val（Text12.Text） / 100） - 55.465 * Val（Text11.Text） * （Val（Text12.Text） / 100） ^ 2 + 36.273 * Val（Text11.Text） * （Val（Text12.Text） / 100） ^ 3

l = Val（Text8.Text）

r1 = Val（Text10.Text）

r2 = Val（Text12.Text）

Text13.Text = l * ρ1 * （1 - r1 / r2） / 1000

End Sub

2.5.2 “溴化鋰密度”計算

Private Sub Command1_Click（）

Dim ρ As Single， t As Single， c As Single

c = Val（Text1.Text） / 100

t = Val（Text2.Text）

ρ = 1016.028 + 844.165 * c - 419.036 * c ^ 2 + 1696.176 * c ^ 3 - t * 4.903 + t * 27.309 * c - 55.465 * t * c ^ 2 + 36.273 * t * c ^ 3

Label2.Caption = ρ

End Sub

2.5.3 “溴化鋰比熱容”計算

Private Sub Command4_Click（）

Dim c As Single， t As Single， Cp As Single

c = Val（Text11.Text） / 100

t = Val（Text10.Text）

Cp = 4.07 - 5.123 * c + 2.297 * c ^ 2 + t * （0.000992 + 0.00629 * c - 0.00938 * c ^ 2） + t ^ 2 * （-0.000011988 + 0.0000043855 * c + 0.000012567 * c ^ 2）

Label26.Caption = Cp

End Sub

2.5.4 “溴化鋰導熱系數”計算

Private Sub Command6_Click（）

Dim c As Single， t As Single， λ As Single

c = Val（Text12.Text） / 100

t = Val（Text13.Text）

λ = 0.56391 + 0.0028 * t - 0.000022636 * t ^ 2 + 0.000000072317 * t ^ 3 - c * （0.31264 + 0.00175 * t - 0.000011977 * t ^ 2）

Label31.Caption = λ

End Sub

3 結語

對小型溴冷機研發設計過程中涉及到的標準計算過程及由實驗數據得到的經驗值，進行軟件程序化，會大大提高樣機開發效率，避免熱力計算過程中出現失誤并由此導致的結構設計錯誤等問題，而且還可以在設計團隊中進行共享使用，作為項目的重要輸出成果，隨著實驗方案的不斷改進同步進行優化。

參考文獻

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