Simulink環(huán)境下的風(fēng)機盤管仿真實驗研究

1、Simulink環(huán)境下的風(fēng)機盤管仿真實驗研究李曉琪 沈致和（合肥工業(yè)大學(xué)，安徽 合肥 230009；合肥工業(yè)大學(xué)，安徽 合肥 230009）作者簡介：李曉琪（1985-），男，合肥工業(yè)大學(xué)碩士研究生，安徽合肥工業(yè)大學(xué)南區(qū)661信箱。郵編：230009 聯(lián)系電話Email：lixiaoqi1985摘要Matlab/Simulink動態(tài)建模仿真環(huán)境是空調(diào)系統(tǒng)模擬一種重要輔助手段，本文應(yīng)用Simulink建立了某型號風(fēng)機盤管特性仿真模型，模擬仿真數(shù)據(jù)與實際樣本基本吻合，證明應(yīng)用Simulink進行風(fēng)機盤管特性實驗的可行性。Simulink仿真實驗環(huán)境可以作為風(fēng)機盤管結(jié)構(gòu)參數(shù)

2、實驗的一種可靠的計算機模擬途徑，可以為風(fēng)機盤管的設(shè)計與研究提供有效幫助，節(jié)省人力、物力與實驗周期，且實驗結(jié)果基本可靠。關(guān)鍵詞：Matlab/Simulink 風(fēng)機盤管 仿真AbstractMatlab / Simulink modeling and simulation environment is an important supplementary means of air-conditioning system simulation ，this paper established a fan-coil Simulink simulation model, simulation resul

3、ts of the basic agreement with the actual samples，to demonstrate the feasibility of Simulink application in experiment of fan-coil characteristics。Simulink simulation environment can be used as a reliable means of computer simulation in experiment of fan-coil structure ，and can provide effective hel

4、p in Fan-coil design and research，savings in manpower, material and experimental cycle, and reliable experimental results。Key words：Matlab/Simulink fan-coil unit simulation1.MATLAB/Simulink簡介MATLAB是目前世界上應(yīng)用最廣泛的科學(xué)計算軟件, 它提供了強大的數(shù)值運算和符號運算功能, 并提供了面向用戶的可視化操作功能,而其最吸引用戶的功能是它的動態(tài)仿真集成環(huán)境Simulink。 Simulink 在MATLA

5、B 強大的數(shù)值計算功能基礎(chǔ)上, 提供了一個建立模型方塊圖的圖形用戶接口（GUI），Simulink中包含許多不同功能的模塊庫，如Sources（輸入源模塊庫）、Sink（輸出模塊庫）、Math Operations（數(shù)學(xué)模塊庫）及各種組件模塊庫等，用戶也可以自定義和創(chuàng)建自己的模塊。Simulink具有適應(yīng)面廣、結(jié)構(gòu)和流程清晰及仿真精細、貼近實際、效率高、靈活等優(yōu)點，近些年來，已被院校和工程領(lǐng)域中的廣大師生與研究人員廣泛應(yīng)用于系統(tǒng)建模與動態(tài)仿真。2. 風(fēng)機盤管模型2.1 風(fēng)機盤管傳熱原理傳熱過程是一個復(fù)雜過程，不同環(huán)境下有不同的傳熱原理。熱傳遞過程通常分為幾種基本方式，即熱傳導(dǎo)、熱對流及熱輻射，

6、現(xiàn)實情況下的熱傳遞過程往往是這幾種基本傳熱方式的組合疊加。風(fēng)機盤管表冷器的熱傳遞是一個復(fù)雜的換熱過程：冷熱流體分別在盤管內(nèi)、外流過，熱量通過對流換熱和熱輻射的形式從熱流體傳遞給管壁，經(jīng)過壁面導(dǎo)熱，再以對流換熱和熱輻射的形式傳遞給冷流體，從而實現(xiàn)盤管內(nèi)冷熱水與盤管外的空氣的熱量交換。2.2 風(fēng)機盤管數(shù)學(xué)模型本文中采用綜合風(fēng)機盤管水側(cè)和風(fēng)側(cè)最小換熱計量法的簡化模型，3 (1)其中 Qw-a風(fēng)機盤管換熱量 簡化的風(fēng)機盤管（叉流）換熱器效率；=1-exp(1/)(NTU)0.22exp-·(NTU)0.78-1 (2)其中 熱熔比，= Cmin /Cmax ；Cmin=min（Cw ，Ca）

7、，Cmax=max（Cw ，Ca），W/K ； (3)Cw ，Ca流經(jīng)風(fēng)機盤管的冷凍水和空氣熱容，W/K,Cw=Mwcpw；Ca=Macpe ；NTU傳熱單元數(shù)，NTU=KAe /Cmin ； (4)KAe風(fēng)機盤管有效熱導(dǎo)， ； (5)其中 空氣比熱, J/(kg·K) ； KA總熱導(dǎo)，為了簡化模型，本文中將風(fēng)機盤管傳熱系數(shù)與傳熱面積的乘積定為總熱導(dǎo)；風(fēng)機盤管的散熱面積 ，m2 (6)迎風(fēng)面積,m2 (7) n管排數(shù)，有效寬度（m），L有效長度（m），m表面管根數(shù)；風(fēng)機盤管換熱器的傳熱系數(shù): 4 (8)其中 va，vw流經(jīng)換熱器的空氣流速和冷凍水流速m/s；M, N, m，p，n均是

8、可以通過實驗測得的系數(shù)；空氣有效比熱, J/(kg·K)， (9)其中hin回風(fēng)空氣的焓值,J/kg； hout送風(fēng)空氣的焓值,J/kg； Tain回風(fēng)溫度,K； Taout送風(fēng)溫度,K；對于標準大氣壓下，空氣溫度在3-30之間時，空氣焓值h=9362.5+1786.1t+11.35t2+0.98855t3 ，J/kg； (10)對于根據(jù)能量守恒原理有：； (11) (12)3. SIMULINK仿真模型驗證3.1根據(jù)上述數(shù)學(xué)模型建立SIMULINK仿真模型如下：圖3.1仿真模型3.2仿真模擬實例分析依據(jù)某空調(diào)設(shè)備廠家的風(fēng)機盤管，其設(shè)定條件為，進風(fēng)溫度為：干球溫度27/濕球溫度19.

9、5（相對濕度55%）。設(shè)定高、中、低三種風(fēng)速，對風(fēng)機盤管制冷量進行模擬，其模擬結(jié)果見下表： 表一 風(fēng)機盤管技術(shù)性能模擬比較 三排管水量L/h 302轉(zhuǎn)速高中低模擬冷量（W）182616051285樣本冷量（W）188816611321偏差%3.284 3.3712.725圖3.2變風(fēng)速冷量比較對于進風(fēng)溫度為：干球溫度27/濕球溫度19.5（相對濕度55%）FC-200/FC-34風(fēng)機盤管冷量技術(shù)性能見下表：表二 固定冷凍水量下，不同供水溫度下的制冷量（水量350L/h）供水溫度56789模擬冷量（W）20391947185417611669樣本冷量（W）22992160197918431707

10、偏差%11.30939.86116.31634.44932.2261圖3.3變供水溫度冷量比較變冷凍水量模擬分析：冷凍水量l/h150250350450模擬冷量（W）1617178418541924樣本冷量（W）1412175519792160偏差%14.5181.6526.31610.92圖3.4變水量冷量比較通過對該風(fēng)機盤管樣本的仿真模擬結(jié)果進行比較分析，可見仿真結(jié)果與實際樣本參數(shù)誤差在15%以內(nèi)，造成誤差的原因可能是由于模型中的一些參數(shù)采用了簡化模型，設(shè)定不夠精確，在一定程度上影響了仿真精度，但仿真過程與結(jié)果基本達到預(yù)期效果，實際應(yīng)用中可以使用更精確的結(jié)構(gòu)實驗數(shù)據(jù)使得模型中的一些參數(shù)更加

11、準確，進一步提高仿真結(jié)果的精確性。4基于風(fēng)機盤管的結(jié)構(gòu)參數(shù)的仿真實驗環(huán)境建立4.1 風(fēng)機盤管結(jié)構(gòu)參數(shù)及其仿真實驗?zāi)Ｐ惋L(fēng)機盤管基本結(jié)構(gòu)參數(shù)有固定參數(shù)和自由參數(shù)兩部分，其中固定參數(shù)在盤管型號確定后就已確定，而自由參數(shù)可根據(jù)用戶需要進行選擇。固定參數(shù)固定參數(shù)包括盤管內(nèi)徑、盤管外徑、翅片厚度、翅片片距、盤管排間距、盤管管間距。自由參數(shù)有表面管根數(shù)、管排數(shù)、有效長度、進出水管直徑、進出水管中心距、法蘭高度。散熱面積，單位m2，迎風(fēng)面積，單位m，式中:21.88表示每排管，單位面積上的散熱面積是21.88 m2；n管排數(shù)；L風(fēng)機盤管的有效長度，單位m；B= 40×m，單位m,B表示風(fēng)機盤管換熱器

12、的有效寬度，40是片高基數(shù)，m是表面管根數(shù)；單管內(nèi)截面積，單位m2，通水面積，單位m2，dm風(fēng)機盤管換熱器水管內(nèi)徑，單位m；某廠三排管綜合傳熱系數(shù)4（此處只考慮干工況）va，vw流經(jīng)換熱器的空氣流速和冷凍水流速，單位m/s；4.2 建立simulink仿真實驗環(huán)境：圖4.1風(fēng)機盤管仿真實驗?zāi)Ｐ?.2 管內(nèi)冷劑側(cè)換熱系數(shù)實驗?zāi)Ｐ?，；管?nèi)側(cè)冷劑換熱系數(shù)，；流體導(dǎo)熱系數(shù)（）；流體物性參數(shù)，（）；管內(nèi)徑（m）；流體流速（m/s）；熱擴散率；建立simulink仿真模型如下（圖4.2）：圖4.2冷劑側(cè)換熱系數(shù)實驗?zāi)Ｐ?.3 管外側(cè)空氣側(cè)換熱系數(shù)實驗?zāi)Ｐ停?；式中：L沿氣流方向翅片長度，單位m；Re雷諾數(shù)

13、；deq風(fēng)機盤管定型尺寸，單位m；，垂直于氣流方向的管中心距(m)，翅片節(jié)距(m)，翅片厚度(m)，管道外徑（m）；系數(shù)，；其中，建立模型如下（圖4.3）：圖4.3空氣側(cè)換熱系數(shù)實驗?zāi)Ｐ?. 結(jié)論（1）在Simulink仿真環(huán)境中進行了某型號風(fēng)機盤管的仿真模擬，得到的仿真結(jié)果與預(yù)期效果基本一致，從而驗證了在simulink環(huán)境下進行風(fēng)機盤管仿真實驗的可行性。（2）通過建立Simulink仿真實驗環(huán)境，可以對不同結(jié)構(gòu)參數(shù)的風(fēng)機盤管進行性能模擬，分析各結(jié)構(gòu)參數(shù)對其特性的影響情況。不過風(fēng)機盤管動態(tài)仿真需要建立在明確的結(jié)構(gòu)參數(shù)及其相互關(guān)系的基礎(chǔ)上，只有獲得準確的相關(guān)參數(shù)，仿真的精度才能得到保證，因此要通過實驗盡可能的獲得準確的結(jié)構(gòu)參數(shù)。（3）風(fēng)機盤管設(shè)計研究需要通過大量實驗檢測來獲得風(fēng)機盤管的實際性能特性，在Simulink環(huán)境下建立風(fēng)機盤管的計算機仿真實驗?zāi)Ｐ涂梢杂行У墓?jié)省設(shè)計過程中消耗的人力，物力，并能縮短實驗所需要的時間，是值得研究人員采用的一種方便、可靠的輔助實驗手段。參考文獻：1 姚曄，連