制冷裝置模擬管理論文

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摘要：本文利用穩態分布參數法建立了除壓縮機以外的制冷系統各部件的數學模型，使用能量、動量與質量方程進行求解，并用VB語言對模型作了編程，通過計算得出了一定工況下，部分物理參數如制冷劑流量、過冷度、換熱量、換熱系數等在制冷裝置各部件中的變化情況，并給出了變化曲線。

關鍵詞：模擬制冷裝置穩態分布參數法

1引言

隨著人們生活質量不斷提高，對居住環境的舒適度要求也越來越高，這使得家用空調的產量迅速增加，再加上其具有價格低廉、安裝方便、適應性強等特點，現在年產量已突破千萬，由此可見，這一部分空調器的能耗是相當可觀的。因此仔細分析其制冷過程，優化制冷裝置的結構參數、運行參數，對于完善制冷裝置設計以及節能降耗是有著非常重要的意義的。

2部件模型分析

2.1壓縮機

對于壓縮機采用類似于黑箱的建模方法，拋開具體的內部結構，根據廠家提供的性能曲線或參數表、實驗數據等利用參數擬合來建立模型。

⑴

⑵

由⑴、⑵式可解得制冷劑流量、壓縮機功率，式中、可利用相關數據擬合得出。

2.2毛細管

為便于建模，制冷劑在管中流動可分為過冷區、兩相區兩個部分，流動狀態為一維絕熱均相，忽略亞穩態流動。

2.2.1過冷區

⑶

⑷

2.2.2兩相區

⑸⑹

⑺

⑻

式中，下標1、2、m表示微元的進出口和平均參數

由于毛細管中的制冷劑流量并不是隨著背壓的降低而一直增加，存在一個臨界點，即“壅塞”，在進行流量計算時對此必須加以考慮。

壅塞流量⑼

式中，⑽

⑾

2.3冷凝器

建模假設：⑴管內制冷劑的流動為一維均相流動，不考慮壓降

⑵冷凝器為逆流型換熱器，管外空氣流動視為一維流動，且不考慮管壁熱阻

由此可將冷凝器分為過熱區、兩相區、過冷區，分別進行計算。

對每一微元均有下式成立，

冷劑側⑿

空氣側⒀

微元導熱⒁

內外換熱⒂

總表面傳熱系數⒃

2.4蒸發器

蒸發器與冷凝器相類似，不同的是空氣流經其表面時會出現析濕，故蒸發器空氣側模型更為復雜。建模假設：⑴制冷劑與空氣處于逆流狀態，析濕系數保持不變

⑵忽略過熱區壓降，不考慮管壁熱阻

將蒸發器分為兩相區、過熱區進行計算。

對每一微元均有下式成立，

冷劑側⒄

壓降⒅

空氣側⒆

析濕系數⒇

內外換熱(21)

3模擬結果與分析

根據以上所建立之模型，利用VB作編程進行求解，所得結果如下。

3.1毛細管

由圖1可以看出，當背壓下降到一定值時，毛細管中制冷劑流量不再繼續增加，而是圍繞一定量作振蕩，該定量即為理論分析得出的“壅塞流量”。而隨著毛細管長度的增加，制冷劑流量卻呈遞減趨勢，這是因為長度增加，制冷劑在其中流動時的流動阻力也相應增加的緣故，如圖2所示。

圖1圖2

3.2冷凝器

圖3、圖4分別反映了隨著空氣流量的增加，制冷劑的過冷度與換熱量的變化情況?？梢钥闯觯旓L量增加到一定程度時，制冷劑過冷度與換熱量均不再發生變化，這是符合物理事實的。

圖3圖4

3.3蒸發器

圖5反映了制冷劑換熱系數沿管長的變化情況，可以看出，在兩相區中的換熱系數出現了最大值，并且兩相區的整體換熱系數要高于過熱區，因此在作蒸發器設計時要盡量使制冷劑位于兩相區，制冷劑的過熱度不應過大。圖6則是空氣側的換熱系數隨管長的變化情況，可以看出，換熱系數呈遞增趨勢，這是因為空氣與換熱管壁的換熱溫差越來越小。

圖5圖6

4結束語

以上通過作數值計算，得出了部分物理參數隨制冷裝置各部件的變化情況，并且與理論分析得出的結論相一致，這說明利用穩態分布參數法作制冷裝置的模擬是較好的，所建立的數學模型是合理的。

參考文獻

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(2)葛云亭，嚴啟森，彭雄兵.制冷學報，1995，4：9～18

(3)劉炳文，許蔓舒.VisualBasic程序設計教程.北京：清華大學出版社，2000