自然基金結(jié)題報告

1、國家自然科學基金資助項目結(jié)題報告項目批準號50176028申請代碼E060106歸口管理部門收件日期國家自然科學基金資助項目結(jié)題報告資助類別：面上項目亞類說明：自由申請項目附注說明：項目名稱：無級變?nèi)萘恐评湎到y(tǒng)的穩(wěn)定性研究負 責 人：李先庭電話：62785860電子郵件：Xtingli依托單位：清華大學聯(lián) 系 人：宿芬電話助金額：20(萬元)累計撥款：20.0000(萬元)執(zhí)行年限：2002.01-2004.12 填表日期：2005年2月18日12107 0國家自然科學基金委員會制（2004年11月）第 19 頁國家自然科學基金資助項目結(jié)題報告 關(guān)于填報國家自然科學

2、基金資助項目結(jié)題報告的說明F2004一. 國家自然科學基金資助項目結(jié)束后，項目負責人須按要求認真填報國家自然科學基金資助項目結(jié)題報告（簡稱結(jié)題報告），以此作為資助項目研究工作的重要檔案，并作為項目驗收和評估的主要依據(jù)。二. 項目負責人及其合作者應認真閱讀自然科學基金資助項目和財務管理的有關(guān)規(guī)定、辦法（查閱），在項目研究工作的基礎(chǔ)上，實事求是地撰寫結(jié)題報告并提供必要的附件材料，保證填報內(nèi)容真實、數(shù)據(jù)準確。三. 項目依托單位按規(guī)定要求認真審查，確保材料齊全，在次年申請項目時將電子文檔和一份紙質(zhì)文檔統(tǒng)一報送國家自然科學基金委員會。四. 國家自然科學基金委員會負責跟蹤和管理結(jié)題項目的成果，根據(jù)情況在2

3、-3年后對項目執(zhí)行情況進行評估。請項目負責人在結(jié)題后三年內(nèi)繼續(xù)提供項目研究后期正式發(fā)表或公布的成果，一并存檔并作為項目管理和評估的依據(jù)。五. 結(jié)題報告由報告正文、研究成果目錄表、統(tǒng)計數(shù)據(jù)表、審核意見表、經(jīng)費決算表和附件等部分組成，有關(guān)格式和撰寫說明詳見“結(jié)題報告報告正文撰寫提綱”。六. 研究結(jié)束后，項目(課題)負責人應會同依托單位財務部門清理賬目，根據(jù)批準的預算經(jīng)費，如實編報資助項目（課題）經(jīng)費決算，逐項列出單項固定資產(chǎn)超過5萬元的名稱及使用情況說明，爭取其他渠道經(jīng)費情況等。須對項目經(jīng)費的收、支、余情況作出總體的文字說明，當經(jīng)費支出與經(jīng)費預算相差較大時，需要著重說明；撥入經(jīng)費與預算經(jīng)費不相等時

4、，需要特別說明。合作經(jīng)費要按照合作單位經(jīng)費實際開支內(nèi)容并入經(jīng)費決算表的各類開支科目。經(jīng)費決算表（重大項目除外）的書面材料由依托單位科研管理部門、財務部門審核簽署意見后存檔備查。重大項目按照國家自然科學基金項目資助經(jīng)費管理辦法第二十一條編報決算，向自然科學基金會同時報送書面材料與電子文檔。國家自然科學基金強調(diào)科學道德和良好的學風，反對弄虛作假和浮躁作風，要求認真工作、填報材料實事求是?；A(chǔ)研究允許探索和失敗，特別是面上項目，關(guān)鍵看工作狀況和發(fā)展態(tài)勢。如有這種情況，也請在報告中實事求是地反映出來。國家自然科學基金資助項目結(jié)題報告撰寫提綱與說明基金資助項目結(jié)題報告總體結(jié)構(gòu)上分為：1）報告正文、2）成

5、果目錄表、3）成果數(shù)據(jù)統(tǒng)計表、4）項目負責人簽字及部門審核意見表、5）附件材料，請項目負責人參照以下提綱及其說明認真撰寫，并可根據(jù)需要自行增設欄目或補充必要的圖表。結(jié)題報告要求全面地反映資助項目的工作情況和研究進展，如實地體現(xiàn)資助項目的研究計劃要點、執(zhí)行情況、主要進展與成果、人才培養(yǎng)、合作交流、經(jīng)費使用以及研究計劃調(diào)整等情況，重點描述研究進展與重要的研究成果。請精心撰寫并認真核對，確?！皟?nèi)容真實、數(shù)據(jù)準確”。在撰寫風格上請注意“重點突出，語言精練、準確”，做到“結(jié)構(gòu)合理，層次分明，標題突出，條目清晰”，必要的地方可圖表、圖文并茂。結(jié)題報告撰寫完畢后，請刪除不再需要保留的說明，如填表說明等，使最

6、終的版面更加簡潔、美觀、大方。一、 報告正文。參照提綱格式自由撰寫，并可以根據(jù)需要分解或增設欄目。要求層次分明、條目清晰、內(nèi)容準確。主要欄目為:1、 摘要，關(guān)鍵詞，abstract，keywords。以深入淺出的語言簡明扼要地概括出項目的精華，如背景、方向、主要內(nèi)容、重要結(jié)果、關(guān)鍵數(shù)據(jù)及其科學意義等。關(guān)鍵詞和keywords各不超過5個，并用分號隔開。2、 研究計劃要點及執(zhí)行情況概述。是否按計劃進行，哪些內(nèi)容作了必要的調(diào)整和變動，哪些研究內(nèi)容未按計劃進行，原因何在。3、 研究工作主要進展和所取得的成果。本部分內(nèi)容是結(jié)題報告的核心部分，也是基金資助項目中最有學術(shù)價值和可供其它研究者進一步研究的基

7、礎(chǔ)，要求項目負責人和承擔者實事求是地認真撰寫，包括代表性成果介紹，說明其水平和影響，并簡要闡述其科學意義或應用前景等。視情提供必要的國內(nèi)外動態(tài)和研究成果的比較，必要的參考文獻出處等。對重要的研究進展或成果，請盡可能“一事一議”，分段撰寫，以便今后成果展示或管理匯報時可以整段地剪貼引用。對在后面成果目錄表及統(tǒng)計數(shù)據(jù)表中的一些內(nèi)容，如國際學術(shù)獎、數(shù)據(jù)庫、軟件等，應在本部分中具體地描述。最后，根據(jù)個人的實際貢獻等, 概述本項目研究人員的合作與分工，列出項目執(zhí)行期間主要研究人員和中途調(diào)離、退出的研究人員的名單，并簡要說明原因。4、 國內(nèi)外學術(shù)合作交流與人才培養(yǎng)情況（如無，可以不寫）。組織國內(nèi)外學術(shù)活動

8、的情況，包括會議主題、內(nèi)容、規(guī)模、時間、地點、效果等。國際會議大會特邀報告及參加組委會情況等，請?zhí)峁┭埿诺缺匾膹陀〖?。研究生培養(yǎng)情況,列出研究生姓名、研究方向、論文題目、導師姓名、已答辯或預計答辯的年月。促進研究成果的傳播、應用情況，包括科普等。5、 存在的問題、建議及其他需要說明的情況。包括項目研究工作中的難點和經(jīng)驗，本項目研究是否達到預期目標，如未達到，請分析原因和可能的解決途徑。今后進一步研究的建議和設想。注：基礎(chǔ)研究具有一定的探索性，研究過程中的結(jié)果、不成功的試驗以及不理想的結(jié)果都可能具有參考價值，即使失敗的經(jīng)驗也是有價值的。如有此類情況，請具體描述研究過程，列出試驗條件、現(xiàn)象等要

9、點，其目的是總結(jié)經(jīng)驗，使其他研究者少走彎路。二、研究成果目錄和數(shù)據(jù)統(tǒng)計表。為了規(guī)范管理，獲得準確的統(tǒng)計數(shù)據(jù)，如實反映自然科學基金資助項目的研究成果，要求數(shù)據(jù)必須準確并保證幾個表的數(shù)據(jù)相對應、一致。成果類型分為“獲獎、專利、專著、期刊論文、會議論文、其他”六大類，請歸類集中填寫，逐類單獨編號；未標注“國家自然科學基金資助及批準號”的論文排在相應類別的后面，無正式錄用證明的論文暫不列入，表格不夠可自行增加；成果名稱欄目填寫論文題目或?qū)＠颡剟蠲Q；主要完成人根據(jù)作者或獲獎人實際情況按順序填寫，并在論文通訊作者后加*標注；成果說明欄目分別按以下格式填寫：1） 期刊論文按“全部作者，論文題目，刊物名稱

10、卷（期）起-止頁碼，年月（SCI,EI,ISTP,ISR收錄，如是該類雜志）” 格式填寫說明；2） 會議論文按“國際/國內(nèi)，特邀報告/口頭報告/墻報展示，全部作者，論文題目，會議名稱，時間，地點”格式填寫說明；3） 專著按“全部作者，書名、出版社，出版時間，字數(shù)，發(fā)行量”格式填寫說明；4） 專利按“獲準專利國別，類別，專利號，獲專利時間”格式填寫說明；5） 獲獎按“授獎單位，授獎時間，獎勵名稱，等級”格式填寫說明。6） 其他，根據(jù)實際情況填寫并做必要的說明。是否標注“國家自然科學基金資助及項目編號”的情況，請根據(jù)實際情況在標注欄中說明；選項為標注資助號，未標資助號，空白（表示什么也沒標）。被S

11、CI或EI、ISTP、ISR收錄的，除注明是否標注國家自然科學基金資助外，尚需加填SCI或EI等縮寫詞；三、附件材料，隨紙制結(jié)題報告，提供所要求和其他必要的材料。1. 提供不超過6篇代表性論著的原件或復印件，其余論著提供首頁和有標注國家自然科學基金項目資助頁的復印件，研究生學位論文提供封面復印件。裝訂順序須與研究論著目錄中的排序一致;2. 已錄用的稿件除首頁和標注頁之外，須附編輯部錄用證明的復印件；3. 大會特邀報告須提供邀請函以及會議文集有關(guān)目錄的復印件；4. 研究成果附件（科學技術(shù)鑒定證明書、獎勵證書、專利證書的復印件），裝訂順序須與研究成果目錄中的排序一致。項目摘要 中文摘要(500字以

12、內(nèi))：系統(tǒng)穩(wěn)定性問題限制了無級變?nèi)萘恐评湎到y(tǒng)這項先進技術(shù)的發(fā)展和廣泛應用。本項目對變排量壓縮機汽車空調(diào)系統(tǒng)、VRF空調(diào)系統(tǒng)等典型無級變?nèi)萘恐评湎到y(tǒng)穩(wěn)定性進行了試驗研究和理論分析。開發(fā)了活塞行程測量裝置、控制閥特性試驗裝置、熱力膨脹閥特性試驗裝置和壓縮機特性試驗系統(tǒng)，改建完善了汽車空調(diào)動態(tài)特性試驗臺和變制冷劑流量(VRF)空調(diào)系統(tǒng)試驗臺。在對部件特性研究的基礎(chǔ)上，開發(fā)完成了變排量壓縮機汽車空調(diào)系統(tǒng)動態(tài)仿真軟件和基于兩相流體網(wǎng)絡模型復雜制冷系統(tǒng)仿真軟件。大擾動情況制冷系統(tǒng)穩(wěn)定性試驗研究表明，節(jié)流裝置進口兩相或蒸發(fā)器出口兩相是系統(tǒng)振蕩的必要條件，而不是充分條件，據(jù)此提出“保守穩(wěn)定域”概念并對變排量壓

13、縮機汽車空調(diào)制冷系統(tǒng)保守穩(wěn)定域進行了分析，豐富了制冷系統(tǒng)穩(wěn)定性理論。對變排量壓縮機汽車空調(diào)和VRF空調(diào)系統(tǒng)的小擾動穩(wěn)定性研究發(fā)現(xiàn)，現(xiàn)有系統(tǒng)匹配合理，不存在小擾動穩(wěn)定性問題。對VRF空調(diào)系統(tǒng)的大擾動振蕩現(xiàn)象分析發(fā)現(xiàn)，系統(tǒng)振蕩不是該系統(tǒng)的固有問題，而主要是系統(tǒng)各分支控制不當造成。研究首次發(fā)現(xiàn)，由于壓縮機運動部件之間的摩擦力造成變排量壓縮機“調(diào)節(jié)滯區(qū)”，變行程方式下的參數(shù)關(guān)系為多值對應關(guān)系而非傳統(tǒng)單值關(guān)系。關(guān)鍵詞(不超過5個，用分號分開): 穩(wěn)定性，變排量壓縮機，汽車空調(diào)，VRF空調(diào)Abstract(limited to 500 words)：There is hunting phenomenon

14、in the infinitely variable capacity refrigeration system, which block the application and development of this new technology. The purpose of this project is to investigate the instability of automotive air conditioning system with a variable displacement compressor and variable refrigerant flowrate

15、(VRF) air conditioning system. The test systems, including piston stroke length measurement device, control valve test bench, thermal expansion valve test bench, and compressor test system, are developed, and automotive air conditioning test system and VRF air conditioning test system are rebuilt an

16、d improved. Based on performance analysis of main components, the simulation software of automotive air conditioning with a variable displacement compressor and that of VRF air conditioning system are developed. From the experimental results, it is concluded that the two-phase flow at the throttling

17、 device inlet or at the evaporator outlet is the necessary condition but not sufficient condition for system hunting by the large disturbance. A new concept, conservative stable region, is proposed based on the experimental results and theoretical analysis, and the conservative stable region for aut

18、omotive air conditioning with a variable displacement compressor is simulated and analyzed. There is no hunting phenomenon caused by a small disturbance, which means the systems investigated are well matched. The hunting by the large disturbance in the VRF air conditioning system is verified to be c

19、aused by system controller, not by system itself. Due to the frictional forces between the moving components of compressor, there is a hysteresis zone for the variable displacement compressor, its parameters have a multiple-valued relationship rather than traditional single-valued relationship. Keyw

20、ords(limited to 5 keywords,seperated by;):stability;variable displacement compressor;automotive air conditioning;VRF air conditioning報告正文1、研究計劃及完成情況 研究計劃要點：2002年度 建立和完善無級變?nèi)萘恐评湎到y(tǒng)各部件特性試驗臺，完成部件特性試驗，建立各部件動態(tài)數(shù)學模型；2003年度 完成無級變?nèi)萘恐评湎到y(tǒng)動態(tài)模型，進行小擾動和大擾動情況下的系統(tǒng)穩(wěn)定性分析；改建和完善無級變?nèi)萘恐评湎到y(tǒng)動態(tài)特性試驗臺，并進行系統(tǒng)穩(wěn)定性試驗研究；2004年度 分析影響無級變

21、容量制冷系統(tǒng)穩(wěn)定性的主要因素，得出其穩(wěn)定特性區(qū)域，發(fā)展無級變?nèi)萘恐评湎到y(tǒng)穩(wěn)定性理論。本項目通過三年的研究工作，已完成項目計劃內(nèi)容。此外為了達到項目研究目的，還對變排量壓縮機汽車空調(diào)系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)特性進行了研究，發(fā)現(xiàn)了系統(tǒng)性能帶的特性；對VRF空調(diào)系統(tǒng)復雜管網(wǎng)系統(tǒng)的變頻率特性、系統(tǒng)優(yōu)化和控制策略進行了研究。2、主要研究成果 本項目的主要研究成果和結(jié)論：（1）大擾動情況制冷系統(tǒng)穩(wěn)定性試驗研究表明，節(jié)流裝置進口兩相或蒸發(fā)器出口兩相是系統(tǒng)振蕩的必要條件，而不是充分條件。據(jù)此提出“保守穩(wěn)定域”概念并對變排量壓縮機汽車空調(diào)制冷系統(tǒng)保守穩(wěn)定域進行了分析，豐富了制冷系統(tǒng)穩(wěn)定性理論。（2）對變排量壓縮機汽車空調(diào)和V

22、RF空調(diào)系統(tǒng)的小擾動穩(wěn)定性研究發(fā)現(xiàn)，現(xiàn)有系統(tǒng)匹配合理，不存在小擾動穩(wěn)定性問題。 （3）對VRF空調(diào)系統(tǒng)的大擾動振蕩現(xiàn)象分析發(fā)現(xiàn)，系統(tǒng)振蕩不是該系統(tǒng)的固有問題，而主要是系統(tǒng)各分支控制不當造成。（4）研究首次發(fā)現(xiàn)，由于壓縮機運動部件之間的摩擦力造成變排量壓縮機“調(diào)節(jié)滯區(qū)”，變行程方式下的參數(shù)關(guān)系為多值對應關(guān)系而非傳統(tǒng)的單值對應關(guān)系。（5）開發(fā)完成了變排量壓縮機汽車空調(diào)系統(tǒng)動態(tài)仿真軟件和基于兩相流體網(wǎng)絡模型復雜制冷系統(tǒng)仿真軟件。（6）發(fā)明了活塞行程測量裝置，為活塞行程調(diào)節(jié)類變?nèi)萘繅嚎s機特性研究提供了有力手段。共發(fā)表（含收錄）科技論文31篇，其中SCI收錄3篇，SCI源期刊接受7篇，Ei收錄

23、6篇，ISTP收錄1篇，國際會議7篇，全國優(yōu)秀論文獎論文3篇；另外向SCI源期刊投寄論文5篇；獲國家發(fā)明專利和實用新型專利各1項。 以下從試驗測試系統(tǒng)開發(fā)、部件特性分析、系統(tǒng)仿真軟件、系統(tǒng)穩(wěn)定性試驗研究、系統(tǒng)穩(wěn)定性分析五個方面對研究成果進行表述。2.1 試驗測試系統(tǒng)開發(fā)根據(jù)變排量壓縮機結(jié)構(gòu)，提出測量斜盤在主軸中心線上的位移，然后根據(jù)幾何關(guān)系確定活塞行程的測量方法，開發(fā)了變排量壓縮機活塞行程測量裝置（圖1）。該測量裝置的發(fā)明解決了變排量壓縮機及其系統(tǒng)特性研究的瓶頸問題，在2002普渡壓縮機國際會議上受到國際同行關(guān)注和廣泛好評。圖1 活塞行程測量裝置1主軸和驅(qū)動凸耳部件； 2旋轉(zhuǎn)軸頸； 3滑動軸套

24、；4軸頸插銷； 5銷； 6傳動桿； 7密封墊片；8密封螺母； 9電感式行程傳感器； 10滑動接頭 另外，根據(jù)項目研究需要，還先后開發(fā)了控制閥特性試驗裝置、熱力膨脹閥特性試驗裝置、壓縮機特性試驗系統(tǒng)；根據(jù)原有試驗系統(tǒng)，改建完善了汽車空調(diào)動態(tài)特性試驗臺和VRF空調(diào)系統(tǒng)試驗臺。以上試驗測試系統(tǒng)的開發(fā)為項目研究提供了有力的試驗手段。2.2 部件特性分析 采用試驗研究和理論分析相結(jié)合的方法揭示變排量壓縮機汽車空調(diào)系統(tǒng)和VRF空調(diào)系統(tǒng)的主要部件特性，為開發(fā)系統(tǒng)仿真軟件和分析無級變?nèi)萘恐评湎到y(tǒng)穩(wěn)定性奠定基礎(chǔ)。（1）變排量壓縮機控制閥對目前常用的控制閥，從受力分析方程和質(zhì)量、動量和能量守恒方程出發(fā)，建立了控制

25、閥數(shù)學模型并進行試驗驗證，采用數(shù)學模型對控制閥的特性進行了分析。（2）變排量壓縮機特性分析 試驗研究和理論分析結(jié)果表明，當外部參數(shù)突變時，變排量壓縮機動態(tài)過渡過程可以忽略不計，所以在汽車空調(diào)系統(tǒng)動態(tài)特性分析時可以采用變排量壓縮機穩(wěn)態(tài)模型。提出了變排量壓縮機模型關(guān)系圖（圖2），將控制閥數(shù)學模型、運動部件動力學模型和壓縮過程模型結(jié)合組成變排量壓縮機穩(wěn)態(tài)數(shù)學模型，經(jīng)試驗驗證可用于壓縮機特性的定量分析。圖2 變排量壓縮機模型關(guān)系圖試驗研究發(fā)現(xiàn)變排量壓縮機活塞行程存在“調(diào)節(jié)滯區(qū)”，變行程方式下的參數(shù)關(guān)系變成多值對應關(guān)系，理論分析揭示出調(diào)節(jié)滯區(qū)是由于壓縮機運動部件之間的摩擦力造成。（3）變頻壓縮機模型建立

26、分析各個廠家提供的大量試驗數(shù)據(jù)，提出變頻壓縮機的圖形法建模方法，并發(fā)現(xiàn)變頻壓縮機存在有“零頻率”特征。利用“零頻率”特征，在基頻特性的基礎(chǔ)上，分析了壓縮機運轉(zhuǎn)頻率對壓縮機性能的影響，擬合出壓縮機制冷劑流量、輸入功率公式，通過壓縮機的能量平衡關(guān)系計算出壓縮機排氣溫度，提高了變頻壓縮機模型的精度。（4）熱力膨脹閥對汽車空調(diào)中常用的F型和H型熱力膨脹閥進行試驗研究，得出了熱力膨脹閥靜態(tài)過熱度設定值、靜態(tài)過熱度特性曲線、增益及滯環(huán)、感溫包時間常數(shù)等靜態(tài)和動態(tài)特性。對于熱力膨脹閥流量計算，提出閥前狀態(tài)修正系數(shù)概念?；谠囼炑芯拷Y(jié)果，得出閥前狀態(tài)修正系數(shù)是閥前干度函數(shù)的結(jié)論，將膨脹閥流量計算公式拓寬到閥前

27、兩相的應用范圍。對于球型快開閥，閥前狀態(tài)修正系數(shù)j可以擬合成閥前制冷劑干度xvi的函數(shù)： （5）蒸發(fā)器和冷凝器數(shù)學模型 采用集總參數(shù)法建立了管片式蒸發(fā)器和平行流冷凝器的動態(tài)數(shù)學模型。采用分布參數(shù)法建立了管片式蒸發(fā)器和冷凝器的穩(wěn)態(tài)數(shù)學模型，將換熱器視為一類特殊的管路進行處理，一般的連接管路為光滑管，換熱器的管路為肋片管。模型考慮了翅片管式換熱器連接形式多樣的特點，將整個換熱器分為一系列的微元段，通過各個微元段之間的連接關(guān)系的不同可以構(gòu)造不同形式的換熱器，對翅片管式換熱器具有很好的通用性。通過與試驗數(shù)據(jù)的比較，該模型在傳熱計算和壓力損失計算上誤差分別小于為4%和10%，對于換熱器的計算尤其是帶有介

28、質(zhì)相變的換熱器方面具有很高的精度。2.3 系統(tǒng)仿真軟件包括系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)仿真軟件和動態(tài)仿真軟件。（1）系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)仿真軟件從分析VRF空調(diào)系統(tǒng)制冷劑管路特征出發(fā)，采用系統(tǒng)思想與分層理論，提出VRF空調(diào)系統(tǒng)的通用物理模型。對于典型的熱回收型MVRF系統(tǒng)，可以用圖3所示的兩相流體網(wǎng)絡來描述。各個節(jié)點與支路之間的連接關(guān)系可以用如下的關(guān)聯(lián)矩陣來表示：建立的基于兩相流體網(wǎng)絡的VRF空調(diào)系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)模型，由分布參數(shù)法換熱器、管路模型、圖形法壓縮機和電子膨脹閥模型構(gòu)成。將兩相流體網(wǎng)絡特性與制冷系統(tǒng)特性相結(jié)合，以能量守恒、動量守恒、質(zhì)量守恒三個方程為控制方程，建立了復雜制冷空調(diào)系統(tǒng)仿真數(shù)學模型。模型求解核心部分直接采用矩陣

29、進行運算，迭代過程采用多參數(shù)集中迭代方法，更新采用Newton-Jacobbi或者Newton-SOR方法。VRF空調(diào)系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)特性仿真軟件的開發(fā)為復雜網(wǎng)路系統(tǒng)的特性分析、系統(tǒng)匹配和優(yōu)化設計提供了有力工具，同時也為研究系統(tǒng)穩(wěn)定性的VRF空調(diào)試驗系統(tǒng)的改建完善奠定了基礎(chǔ)。（2）系統(tǒng)動態(tài)仿真軟件根據(jù)變排量壓縮機穩(wěn)態(tài)模型、蒸發(fā)器動態(tài)模型、冷凝器和儲液干燥器動態(tài)模型、熱力膨脹閥動態(tài)模型，按照變排量壓縮機汽車空調(diào)制冷系統(tǒng)各部件參數(shù)關(guān)聯(lián)圖（圖4），得出變排量壓縮機汽車空調(diào)制冷系統(tǒng)動態(tài)數(shù)學模型。圖4 部件參數(shù)關(guān)聯(lián)圖系統(tǒng)動態(tài)過程中，壓縮機活塞行程變化受壓縮機排氣壓力、吸氣壓力和壓縮機轉(zhuǎn)速變化的影響，而活塞行程變

30、化引起壓縮機排量變化，通過系統(tǒng)又反過來影響壓縮機排氣壓力和吸氣壓力。根據(jù)對變排量壓縮機研究可知，活塞行程變化十分迅速，所以變排量壓縮機模型采用穩(wěn)態(tài)模型。這樣在動態(tài)模擬過程中，對于活塞行程變化的模擬，取0.010.05s小時間步長，每一個時刻采用上一個時刻的吸氣壓力Psi1和上一時刻行程增大和行程減小的臨界吸氣壓力, 進行比較，判斷活塞行程是否變化。動態(tài)過程中試驗值和計算值的比較可看出該動態(tài)模型能夠很好地模擬變排量壓縮機汽車空調(diào)系統(tǒng)的動態(tài)變化過程。2.4 系統(tǒng)穩(wěn)定性試驗研究（1）變排量壓縮機汽車空調(diào)制冷系統(tǒng)在本項目建立的汽車空調(diào)動態(tài)特性試驗臺上進行了大量在大擾動情況下的系統(tǒng)穩(wěn)定性試驗。圖5為冷凝

31、壓力突然降低和突然增加對系統(tǒng)穩(wěn)定性的影響。當冷凝壓力提高時，對系統(tǒng)擾動小，所以系統(tǒng)經(jīng)過一個波動周期就穩(wěn)定下來了。當冷凝壓力過度降低時，熱力膨脹閥前出現(xiàn)兩相，對系統(tǒng)擾動大，所以系統(tǒng)發(fā)生振蕩。這就說明制冷系統(tǒng)作為非線性系統(tǒng)，系統(tǒng)穩(wěn)定性與外擾方向有關(guān)。圖5冷凝壓力突變對系統(tǒng)穩(wěn)定性影響試驗研究表明，對于給定制冷系統(tǒng)，大擾動情況下系統(tǒng)穩(wěn)定性與制冷劑充注量、外擾的大小和方向有關(guān)。從大量試驗研究結(jié)果中歸納出一個重要現(xiàn)象，系統(tǒng)振蕩總是出現(xiàn)節(jié)流裝置進口兩相或者蒸發(fā)器出口兩相，但并不是所有的節(jié)流裝置進口兩相、蒸發(fā)器出口兩相都會引起系統(tǒng)振蕩。也就是說節(jié)流裝置進口兩相或蒸發(fā)器出口兩相是系統(tǒng)振蕩的必要條件，而不是充分條

32、件。（2）VRF空調(diào)系統(tǒng)根據(jù)VRF空調(diào)系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)模型的模擬計算結(jié)果，對原有VRF空調(diào)試驗系統(tǒng)進行改建完善。利用VRF空調(diào)試驗系統(tǒng)，對該系統(tǒng)的穩(wěn)定性進行了試驗研究。圖6為VRF空調(diào)系統(tǒng)的振蕩現(xiàn)象，吸氣溫度隨時間發(fā)生等幅周期性變化。對VRF空調(diào)系統(tǒng)的振蕩情況分析發(fā)現(xiàn)，系統(tǒng)振蕩并不是該系統(tǒng)的固有問題，該系統(tǒng)振蕩主要是系統(tǒng)各分支控制不當造成，如果采用合適的控制策略和控制算法，就可以消除系統(tǒng)振蕩現(xiàn)象。由于控制問題不屬于本項目研究內(nèi)容，所以VRF空調(diào)試驗系統(tǒng)由于控制而導致的穩(wěn)定性問題未作為本項目的研究重點。圖6 VRF空調(diào)系統(tǒng)中的振蕩現(xiàn)象2.5 系統(tǒng)穩(wěn)定性分析（1）小擾動穩(wěn)定性分析小擾動穩(wěn)定性分析主要是研究

33、系統(tǒng)部件匹配和部件參數(shù)對系統(tǒng)穩(wěn)定性的影響。根據(jù)質(zhì)量、動量和能量守恒基本定律，建立系統(tǒng)數(shù)學模型，然后對數(shù)學模型線性化和拉普拉斯變換，得出系統(tǒng)控制回路框圖。求出系統(tǒng)開環(huán)傳遞函數(shù)，取頻率，或取適當?shù)念l率段，作出Nyquist圖，進行穩(wěn)定性分析。圖7為的Nyquist圖，可看出曲線不包圍（-1，0）點，現(xiàn)有系統(tǒng)匹配穩(wěn)定。從變排量壓縮機汽車空調(diào)和VRF空調(diào)系統(tǒng)小擾動穩(wěn)定性分析發(fā)現(xiàn)，現(xiàn)有系統(tǒng)匹配合理，不存在小擾動穩(wěn)定性問題，所以本項目系統(tǒng)穩(wěn)定性問題的研究重點放在大擾動穩(wěn)定性問題上。（2）大擾動穩(wěn)定性分析由大擾動穩(wěn)定性試驗研究得出，節(jié)流裝置進口兩相或蒸發(fā)器出口兩相是系統(tǒng)振蕩的必要條件。圖8 為制冷循環(huán)在壓焓

34、圖上的表示，在制冷系統(tǒng)動態(tài)變化過程中，循環(huán)中的四個頂點狀態(tài)點1、2、3和4可以代表整個制冷系統(tǒng)的狀態(tài)變化。當系統(tǒng)受到大外擾時，狀態(tài)2和狀態(tài)4不會發(fā)生相變，所以它們的狀態(tài)變化不會對制冷系統(tǒng)內(nèi)部產(chǎn)生大的擾動。而狀態(tài)1（蒸發(fā)器出口）和狀態(tài)3（節(jié)流裝置進口）臨近飽和線，所以大外擾有可能使得該兩狀態(tài)越過飽和線發(fā)生相變，此時將會對系統(tǒng)產(chǎn)生較大擾動，甚至會產(chǎn)生振蕩。前人對制冷系統(tǒng)穩(wěn)定性研究均只關(guān)注蒸發(fā)器出口兩相的變化，而未考慮節(jié)流裝置進口兩相的變化。圖8 制冷循環(huán)但是節(jié)流裝置進口兩相或蒸發(fā)器出口兩相不是系統(tǒng)振蕩的充分條件，所以本項目提出系統(tǒng)在外部大擾動情況下保守穩(wěn)定域的概念。保守穩(wěn)定域定義：保證系統(tǒng)不出現(xiàn)節(jié)

35、流裝置進口兩相和蒸發(fā)器出口兩相的外部擾動參數(shù)變化區(qū)域。外擾參數(shù)變化方向和變化幅度在保守穩(wěn)定域內(nèi)，就可以保證系統(tǒng)不會出現(xiàn)節(jié)流裝置進口兩相和蒸發(fā)器出口兩相，也就不會產(chǎn)生大擾動引起的系統(tǒng)振蕩。圖9 為變排量壓縮機汽車空調(diào)制冷系統(tǒng)車速突然增加時保守穩(wěn)定域以及系統(tǒng)初始狀態(tài)、車速變化速率和初始狀態(tài)閥前過冷度的對保守穩(wěn)定域的影響。對保守穩(wěn)定域的分析發(fā)現(xiàn)，車速降低和蒸發(fā)器風檔提高不會引起系統(tǒng)振蕩；初始狀態(tài)處于行程減小臨界狀態(tài)車速變化保守不穩(wěn)定域要大于行程增大臨界狀態(tài)，轉(zhuǎn)速變化速率越高，初始狀態(tài)閥前過冷度越小，車速變化保守不穩(wěn)定域越大； 蒸發(fā)器進口空氣溫度越低，壓縮機轉(zhuǎn)速越高，越容易出現(xiàn)蒸發(fā)器出口兩相的穩(wěn)定性問

36、題。保守穩(wěn)定域概念的提出和保守穩(wěn)定域的確定豐富了大擾動情況制冷系統(tǒng)穩(wěn)定性理論。（a）保守穩(wěn)定域 （b） 初始狀態(tài)的影響（c） 車速變化速率的影響 （d） 初始狀態(tài)閥前過冷度的影響圖9 車速突增時的保守穩(wěn)定域3、項目組研究人員分工情況項目組研究人員分工情況姓名單位職稱項目中的分工李先庭清華大學教授項目負責人，負責整個項目實施彥啟森清華大學教授項目指導竇春鵬清華大學副教授變排量壓縮機汽車空調(diào)制冷系統(tǒng)試驗研究田長青清華大學博士后穩(wěn)定性試驗研究和理論分析石文星清華大學副教授VRF空調(diào)系統(tǒng)試驗研究邵雙全清華大學博士生VRF空調(diào)系統(tǒng)模擬分析楊新江清華大學碩士生變排量壓縮機特性研究胡世輝清華大學高工試驗裝置

37、開發(fā)廖云飛清華大學碩士生變排量壓縮機特性研究（根據(jù)項目需要后加入的研究生）4、人才培養(yǎng)項目研究組中，共有2位博士后，2位博士研究生，3位碩士生的學位課題與該自然基金項目有關(guān)，現(xiàn)已有1位博士后出站，1位博士畢業(yè)，2位碩士畢業(yè)。具體情況見下表:研究生培養(yǎng)情況姓名研究方向論文題目導師姓名已答辯或預計答辯的時間石文星(博士后)變?nèi)萘恐评湎到y(tǒng)變?nèi)萘考伴]環(huán)外融冰蓄冷空調(diào)系統(tǒng)特性分析彭曉峰2003年6月田長青(博士后)制冷系統(tǒng)動態(tài)學變排量壓縮機汽車空調(diào)制冷系統(tǒng)分析彥啟森李先庭2005年6月田長青(博士)汽車空調(diào)變排量壓縮機汽車空調(diào)制冷系統(tǒng)特性研究彥啟森2003年6月邵雙全(博士)制冷系統(tǒng)仿真基于兩相流體網(wǎng)絡

38、模型的復雜制冷系統(tǒng)仿真研究彥啟森李先庭2005年6月楊新江(碩士)變排量壓縮機V5變排量壓縮機的特性研究竇春鵬2002年6月廖云飛(碩士)汽車空調(diào)斜板式變排量壓縮機及其汽車空調(diào)制冷系統(tǒng)特性研究李先庭2004年6月謝旭明(碩士)變排量壓縮機變排量汽車空調(diào)壓縮機外部容量控制閥的控制策略研究石文星2004年6月5、課題展望 制冷系統(tǒng)穩(wěn)定性問題是一個世界性難題，換熱器中的兩相流動傳熱、部件參數(shù)不匹配、蒸發(fā)器和節(jié)流裝置環(huán)路控制不當、系統(tǒng)大外擾對系統(tǒng)大回路擾動、系統(tǒng)控制不當均有可能引起系統(tǒng)振蕩。隨著節(jié)能和環(huán)保的要求不斷提高和制冷技術(shù)的不斷發(fā)展，壓縮機的變?nèi)萘靠刂?、熱泵機組控制、冷凝工況控制和電子膨脹閥應用

39、將越來越多，這些都要建立在對制冷系統(tǒng)穩(wěn)定性規(guī)律充分掌握的基礎(chǔ)上。在本項目的研究基礎(chǔ)上，對不同情況制冷系統(tǒng)穩(wěn)定性問題進行深入研究，將為更加可靠有效設計、控制制冷系統(tǒng)提供理論基礎(chǔ)。此外，如何有效地將本項目研究成果應用于實際，尚有許多工作要做。附表1、基金項目研究成果目錄（欄目不夠可自行增加）序號成果類型成果或論文名稱主要完成者成果說明標注狀況1期刊論文A new inverter heat pump operated all year round with domestic hot waterShao Shuangquan, Shi Wenxing, Li Xianting*, Ma JieEne

40、rgy Conversion and Management, Vol 45/13-14, 2004,p2255-2268標注資助號SCI 823DT, EI041581065622A mathematical model of variable displacement wobble plate compressor for automotive air conditioning systemTian Changqing,Dou Chunpeng, Yang Xinjiang, Li Xianting*Applied Thermal Engineering, V 24, N 17-18, De

41、cember 2004, p2467-2486標注資助號SCI 864SX, EI043783505703Performance representation of variable-speed compressor for inverter air conditioners based on experimental dataShao Shuangquan,Shi Wenxing, Li Xianting*, Chen HuajunInternational Journal of Refrigeration, V 27, N 8, December 2004, p805-815標注資助號SC

42、I 883KA,EI045187311344Experimental investigation on the steady-state performance and piston stroke length control of variable displacement wobble plate compressorTian Changqing,Dou Chunpeng,Li Xianting*,Liao Yunfei Journal of Automobile Engineering(SCI源期刊，in press)標注資助號5Numerical Analysis on the Per

43、formance of Control Valve in Variable Displacement Wobble Plate Compressor Dou Chunpeng,Yang Xinjiang,Tian Changqing,Li Xianting* Journal of Mechanical Design(SCI源期刊，in press)標注資助號6Numerical analysis on evaporator frosting in automotive air conditioning system with a variable displacement compressor

44、 Tian Changqing,Li Xianting*,Yang Xinjiang Applied Energy(SCI源期刊，in press)標注資助號7Transient behavior evaluation of an automotive air conditioning system with a variable displacement compressorTian Changqing,Li Xianting*Applied Thermal Engineering(SCI源期刊，in press)標注資助號8Numerical simulation on performan

45、ce band of automotive air conditioning systemTian Changqing,Li Xianting*Energy Conversion and Management(SCI源期刊，in press)標注資助號9Instability of automotive air conditioning system with a variable displacement compressor Part 1: Experimental investigationTian Changqing,Dou Chunpeng,Yang Xinjiang,Li Xian

46、ting* International Journal of Refrigeration(SCI源期刊，accepted)標注資助號10Instability of automotive air conditioning system with a variable displacement compressor Part 2: Numerical simulationTian Changqing,Dou Chunpeng,Yang Xinjiang,Li Xianting* International Journal of Refrigeration(SCI源期刊，accepted)標注資助

47、號11A Network Model to Simulate Performance of Variable Refrigerant Volume Refrigeration Systems Shi Wenxing,Shao Shuangquan,Li Xianting*,Peng Xiaofeng,Yang XudongASHRAE Transactions, 2003, V 109, Part 2, 61-68標注資助號EI0348775151812變頻壓縮機性能仿真建模邵雙全，石文星，李先庭，陳華俊清華大學學報(自然科學版)，2004， 44（3）：362365標注資助號EI042582

48、2773313變排量壓縮機活塞行程測量方法及應用田長青，竇春鵬，楊新江，李先庭清華大學學報（自然科學版），2003，43（10）：14121415標注資助號EI0410805308714熱回收多元變制冷劑流量空調(diào)系統(tǒng)控制策略實驗研究 石文星，彥啟森，彭曉峰暖通空調(diào)，2003，33（5）：4650標注資助號EI0350777434715基于兩相流體網(wǎng)絡的復雜制冷空調(diào)系統(tǒng)模型研究 邵雙全，石文星，李先庭，彥啟森中國機械工程，2003，14（8）：690693標注資助號EI0326752329616多元變頻空調(diào)系統(tǒng)物理模型研究邵雙全，石文星，李先庭，彥啟森系統(tǒng)仿真學報，2002, 14 (6): 6

49、90-694標注資助號EI0239711755217熱回收型多元變制冷劑流量空調(diào)系統(tǒng)控制策略仿真研究石文星，邵雙全，彭曉峰，彥啟森暖通空調(diào)，2003，33（1）：1217標注資助號18斜板式變排量壓縮機控制閥特性研究廖云飛，楊新江，田長青，竇春鵬，李先庭流體機械,2004，32（11）：14，20標注資助號19汽車空調(diào)用變排量壓縮機的調(diào)節(jié)特性田長青，竇春鵬，楊新江，李先庭，彥啟森流體機械，2003年，31（5）：14標注資助號20制冷系統(tǒng)的穩(wěn)定性田長青，竇春鵬，楊新江，石文星，彥啟森流體機械，2002，30（4）：44-47標注資助號21汽車空調(diào)制冷系統(tǒng)的穩(wěn)定性田長青，楊新江，竇春鵬，彥啟森汽

50、車技術(shù)，2002，5：11-14空白1會議論文Optimal Design of Refrigerant Charge in the Refrigeration and Air Conditioning System with Variable Compressor Shao Shuangquan,Li Xianting,Yan QisenProceedings of ICCR2003: 656-659標注資助號ISTP BX21B2Performance of Multi-System Air Conditioner With Variable Frequency Control Based

51、 On Units Shao Shuangquan,Shi Wenxing,Li XiantingYan Qisen2002 Ninth International Refrigeration and Air Conditioning Conference at Purdue標注資助號3Hunting Phenomena Of Automotive Air Conditioning Systems With Variable Displacement Compressor Chunpeng Dou,Changqing Tian,Xinjiang Yang,Xianting Li, Qisen

52、Yan2002 Ninth International Refrigeration and Air Conditioning Conference at Purdue 未標資助號4Dynamic Behavior of a Variable Displacement Compressor for Automotive Air Conditioning Tian Changqing,Dou Chunpeng,Yang Xinjiang,Li Xianting,Yan Qisen 2002 Sixteenth International Compressor Engineering Confere

53、nce at Purdue 未標資助號5Study on the performance of air-conditioner with variable speed compressors Shao Shuangquan,Shi Wenxing,Li Xianting,Yan QisenProceedings of 1st International Conference on Sustainable Energy Technologies (SET2002), 12-14 June 2002, Porto, Portugal標注資助號6Performance of Multiple Var

54、iable Refrigerant Flow Air Conditioning System with Heat Recovery. Shao Shuangquan,Shi Wenxing,Li XiantingYan QisenProceedings of 1st International Conference on Sustainable Energy Technologies (SET2002), 12-14 June 2002, Porto, Portugal標注資助號7An Experimental Investigation into the Dynamic Behavior of a