一拖一風(fēng)管機(jī)組基于Amesim平臺(tái)建模方法的研究

1、基于Amesim平臺(tái)建模方法的研究-一拖一風(fēng)管機(jī)組-格力電器股份有限公司魏忠梅一、換熱器仿真理論系統(tǒng)仿真就是利用一個(gè)能代表所研究對(duì)象的模型對(duì)真實(shí)系統(tǒng)或假想系統(tǒng)進(jìn) 行某種實(shí)驗(yàn)研究，也稱為模擬，主要包括建模和仿真。其中建模就是建立仿真模 型，要既能保證計(jì)算速度，又要保證計(jì)算精度。制冷空調(diào)系統(tǒng)主要由壓縮機(jī)、冷凝器、節(jié)流裝置和蒸發(fā)器四大主要部件組 成。冷凝器和蒸發(fā)器是制冷系統(tǒng)的基本換熱設(shè)備，是空調(diào)系統(tǒng)的重要組成部件， 其性能好壞對(duì)系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性和可靠性有很大的影響。冷凝器作為系統(tǒng)的高溫?fù)Q熱 器，與高溫?zé)嵩催M(jìn)行熱量交換，在制冷模式下是將系統(tǒng)產(chǎn)生的吸收的熱量 （直接 或間接）排放到高溫環(huán)境中去，在制熱模式下

2、是將系統(tǒng)產(chǎn)生和從低溫環(huán)境吸收的 熱量（直接或間接）排放到用熱空間。蒸發(fā)器作為系統(tǒng)的低溫?fù)Q熱器，與低溫?zé)?源進(jìn)行熱量交換，在制冷模式下是從用冷空間吸收熱量， 通過(guò)冷凝器排放到高溫 環(huán)境中去；在制熱模式下是從低溫環(huán)境吸收熱量，通過(guò)冷凝器排放到用熱空間。制冷劑在冷凝器中經(jīng)歷了從過(guò)熱氣體到汽液兩相、再到過(guò)冷液體的狀態(tài)變化 過(guò)程。冷凝器的物理模型可以簡(jiǎn)化為圖 1.1，在冷凝器的物理模型中，主要分為 過(guò)熱區(qū)、兩相區(qū)和過(guò)冷區(qū)。制冷劑在蒸發(fā)器中經(jīng)歷了從汽液兩相到過(guò)熱氣體的狀 態(tài)變化過(guò)程。蒸發(fā)器的物理模型可以簡(jiǎn)化為圖 1.2，在蒸發(fā)器的物理模型中，主 要分為兩相區(qū)和過(guò)熱區(qū)。過(guò)熱玄過(guò)理/空氣圖1.1冷凝器物理模型

3、示意圖制恃劑兩柜區(qū)過(guò)勲?yún)^(qū)巻發(fā)器管壁Uh k-.圖1.2蒸發(fā)器物理模型示意圖假設(shè)換熱器(冷凝器和蒸發(fā)器)模型是由若干個(gè)基本計(jì)算單元組成的換熱模 型，一個(gè)基本的計(jì)算單元如圖1.3所示。第11頁(yè)共9頁(yè)對(duì)冷凝器的任一計(jì)算單元，可以建立如下的方程組：空氣側(cè)流動(dòng)換熱方程：Qa=ma(ha2-ha1)= aAa(Tw-Ta)( 1 )制冷劑側(cè)流動(dòng)換熱方程：Qr=mr(hri-hr2)= a Ar(T r-T w)(2)管內(nèi)外換熱量平衡方程：Qa=Qr(3)對(duì)蒸發(fā)器的任一計(jì)算單元，可以建立如下的方程組：空氣側(cè)流動(dòng)換熱方程：Qa=ma(ha1_ha2)= E Oa Aa(Ta_Tw)( 4)制冷劑側(cè)流動(dòng)換熱方程

4、：Qr=mr(hr1-hr2)= aAr(T w_T r )( 5)管內(nèi)外換熱量平衡方程：Qa=Qr(6)式(1) (6)中，Qa和Qr分別為換熱器空氣側(cè)和制冷劑側(cè)換熱量,單位為W ；ma和mr分別為換熱器空氣側(cè)和制冷劑側(cè)質(zhì)量流率，單位為kg/s； ha2和ha1分別為換熱器空氣側(cè)出風(fēng)口和進(jìn)風(fēng)口焓值，單位為 J/kg； hrl和ha2分別為換熱器制冷 劑出口和進(jìn)口焓值，單位為J/kg； a和ar分別為蒸發(fā)器空氣側(cè)和制冷劑側(cè)的平均 傳熱系數(shù)，單位為W/(m2K) ； Aa和Ar分別換熱器空氣側(cè)和制冷劑側(cè)的換熱面積， 單位為m2； Tw、Ta和Tr分別為換熱器管壁平均溫度、空氣側(cè)平均溫度和制冷劑

5、側(cè)平均溫度，單位為C ; E為析濕系數(shù)。對(duì)換熱器的空氣側(cè)，空氣流過(guò)換熱器的平均換熱系數(shù)aa Nu* 入 /deq(7)對(duì)流換熱的特征數(shù)方程：Nu=a*Reb *P rc(8)式(7 (8)中，Nu為努塞爾數(shù)；入為空氣的熱導(dǎo)率，單位為 W/(m.K) ； deq為 空氣流通面的當(dāng)量直徑，單位為 m； Re為空氣的雷諾數(shù)；Pr為普朗特?cái)?shù)；a、b、 c為特征數(shù)方程中的常數(shù)系數(shù)，由實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)確定。二、整機(jī)結(jié)構(gòu)參數(shù)本項(xiàng)目以一拖一風(fēng)管機(jī)FGR3.5*/*Na為研究對(duì)象，對(duì)機(jī)組的主要零部件如 冷凝器部件、蒸發(fā)器部件、節(jié)流部件、壓縮機(jī)等進(jìn)行相關(guān)實(shí)驗(yàn)測(cè)試，并在Amesim 軟件中建立仿真計(jì)算模型。外機(jī)冷凝器規(guī)格尺

6、寸見(jiàn)表1和圖2.1，內(nèi)機(jī)蒸發(fā)器規(guī)格尺寸見(jiàn)表2和圖2.2。 壓縮機(jī)型號(hào)為 QXA-A*ZC*C*，毛細(xì)管規(guī)格為 TP2Y% 2.5X 1.37X650X2T15表1冷凝器規(guī)格參數(shù)換熱器規(guī)格參數(shù)排數(shù)/1管徑mm 9.52翅片類(lèi)型/平片片距:mm1.4片厚mm0.105列距mm22孔距:mm25.4銅管數(shù)/20寬X咼mm704.8 X508換熱器規(guī)格參數(shù)排數(shù)/3管徑mm7翅片類(lèi)型/開(kāi)窗片片距mm1.6片厚mm0.105列距mm12.7孔距mm19.05每排銅管數(shù)/12寬X咼mm525X228.6圖2.1冷凝器結(jié)構(gòu)圖表2蒸發(fā)器規(guī)格參數(shù)1O圖2.2蒸發(fā)器結(jié)構(gòu)圖三、Amesim軟件中整機(jī)系統(tǒng)仿真模型建立1

7、. Amesim軟件中機(jī)組零部件仿真模型建立在Amesim軟件中，有換熱器各零部件的模型庫(kù)，主要有 Two-Phace Flow兩相庫(kù)、Thermal熱庫(kù)、Mechanical庫(kù)、和Signal，Control信號(hào)庫(kù)，如圖3.1所示O-山車(chē)那feMEl lAFErura .CRblbFPEihwl5 HrtlMDvcms兔:7 g昭ll-wnri7 HcfiM)H*di:rbTi_ PwRWI+1 PiWTi： Cc*(w*a De.i帥4:吧 L FallEfeXncMrec 和 GtsmpbX.BjAltiWFrGlwwr*ffwna Ff-MhmEd 覽Vtfvdv &jnn=i 解 C

8、iritada Efjnnci jnFi : Cni nd FdfcMH圖3.1 Amesim 模型庫(kù)在/ Sketch mode下建立仿真模型（1）建立制冷劑類(lèi)型模型：在 Two-Phace Flow庫(kù)中選出制冷劑類(lèi)型模型，設(shè)置 制冷劑類(lèi)型為R410A，如圖3.2所示。（2）建立冷凝器材料模型：在Thermal庫(kù)中選擇冷凝器銅管和翅片的材料模型，設(shè)置銅管的材料為銅，翅片的材料為鋁，如圖3.2所示。制冷劑秤類(lèi) 翅己柯料馬世 乘青村料鬲性圖3.2 Amesim中冷凝器制冷劑種類(lèi)、材料屬性模型（3）建立冷凝器各換熱單元模型：冷凝器換熱單元模型由管內(nèi)模型、管壁模型、 翅片模型組成，在Two-Phac

9、e Flow庫(kù)選出相應(yīng)模型組成換熱單元模型， 如圖3.3 所示。圖3.3 Amesim中冷凝器管內(nèi)模型、管壁模型、翅片模型（4）建立冷凝器基本計(jì)算單元模型：將各換熱單元模型連接起來(lái)就組成冷凝器 的一個(gè)基本計(jì)算單元模型，如圖3.4所示。圖3.4 Amesim中冷凝器基本計(jì)算單元模型圖3.5 Amesim中換熱器制冷劑側(cè)進(jìn)口模型圖3.6 Amesim中冷凝器進(jìn)風(fēng)空氣模型（5）建立制冷劑輸入模型：在 Two-Phace Flow庫(kù)和Signal, Control庫(kù)中選出制 冷劑進(jìn)口狀態(tài)參數(shù)模型，如圖3.5所示，左圖為冷凝器冷媒側(cè)進(jìn)口模型，右圖為 蒸發(fā)器冷媒側(cè)進(jìn)口模型。制冷劑航荒匚、卜制冷刑進(jìn)口壓力（

10、7 卜唏冷刑進(jìn)U溢麼I #（6）建立空氣側(cè)模型：在 Two-Phace Flow庫(kù)Signal, Control庫(kù)中選出空氣狀態(tài)參數(shù)模型，如圖3.6所示。(7) 換熱器的換熱計(jì)算仿真模型：將制冷劑輸入模型、空氣側(cè)輸入模型按空氣 實(shí)際分布連接到冷凝器模型各換熱單元的翅片模型上，得到冷凝器的完整的換熱 計(jì)算仿真模型。冷凝器換熱仿真模型如圖3.7所示，蒸發(fā)器換熱仿真模型如圖3.8 所示。圖3.7冷凝器換熱仿真計(jì)算模型圖3.8蒸發(fā)器換熱仿真計(jì)算模型(8) 壓縮機(jī)仿真計(jì)算模型：在 Two-Phace Flow 庫(kù)、Mechanical 庫(kù)、Signal, Control庫(kù)中選出壓縮機(jī)參數(shù)模型，如圖3.9

11、所示，有壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速參數(shù)模型和進(jìn)出口狀態(tài) 參數(shù)模型組成。圖3.9壓縮機(jī)仿真計(jì)算模型(9) 節(jié)流裝置仿真計(jì)算模型：在 Two-Phace Flow庫(kù)中選出節(jié)流裝置模型, 本項(xiàng)目中節(jié)流裝置為毛細(xì)管組件，計(jì)算模型如圖3.10所示。圖3.10毛細(xì)管組件仿真計(jì)算模型2. Amesim軟件中整機(jī)系統(tǒng)仿真模型建立在AEMSim中，將機(jī)組的四大部件計(jì)算模型連接起來(lái)，就得到一拖一整機(jī) 系統(tǒng)仿真模型，如圖3.11所示圖3.11 一拖一整機(jī)系統(tǒng)仿真模型在-Sketch mode下完成建模后，要進(jìn)行子模型的選擇和參數(shù)設(shè)置。運(yùn)行Submodel mode，根據(jù)已知條件選擇系統(tǒng)各零部件的子模型，最后在Parameter mode模式下，設(shè)置整機(jī)系統(tǒng)的各模型參數(shù)，完成整機(jī)系統(tǒng)的換熱仿真建模。四、建模心得與總結(jié)在Amesim整機(jī)系統(tǒng)換熱仿真模型的建立中，冷凝器和蒸發(fā)器的迎面風(fēng)量分 布的劃分