制冷裝置的設(shè)計(jì)計(jì)算課件

第八章制冷裝置的設(shè)計(jì)計(jì)算第一節(jié)制冷裝置的設(shè)計(jì)原則一、基本原則1.按使用要求和使用條件設(shè)計(jì)2.保證在一定工況范圍內(nèi)的穩(wěn)定性3.尋求性能與經(jīng)濟(jì)性優(yōu)化IRTofUSST第八章制冷裝置的設(shè)計(jì)計(jì)算第一節(jié)制冷裝置的設(shè)計(jì)原則一12、制冷裝置設(shè)計(jì)的一般步驟一、確定裝置類型結(jié)構(gòu)二、按設(shè)計(jì)工況確定負(fù)荷三、制冷設(shè)備設(shè)計(jì)四、非設(shè)計(jì)工況校核IRTofUSST2、制冷裝置設(shè)計(jì)的一般步驟一、確定裝置類型結(jié)構(gòu)IRTof2第二節(jié)冷負(fù)荷計(jì)算用冷場(chǎng)合的冷負(fù)荷是指為了使冷間內(nèi)的空氣溫度達(dá)到所要求的值而需要的冷量。IRTofUSST第二節(jié)冷負(fù)荷計(jì)算用冷場(chǎng)合的冷負(fù)荷是指為了使冷間內(nèi)的空氣溫度3一、靜態(tài)負(fù)荷計(jì)算方法1、滲入熱的計(jì)算：IRTofUSST一、靜態(tài)負(fù)荷計(jì)算方法1、滲入熱的計(jì)算：IRTofUSS4IRTofUSSTIRTofUSST5IRTofUSSTIRTofUSST6IRTofUSSTIRTofUSST7IRTofUSSTIRTofUSST8IRTofUSSTIRTofUSST9是指凍結(jié)貨物由于運(yùn)輸途中受熱，部分解凍融化，而用制冷裝置再次冷卻、凍結(jié)它，使它回復(fù)到原來(lái)的凍結(jié)狀態(tài)。IRTofUSST是指凍結(jié)貨物由于運(yùn)輸途中受熱，部分解凍融化，而用10一方面，為保持蔬菜和水果的新鮮，要維持冷間空氣中的氧含量。另一方面，外界新鮮空氣的通風(fēng)量還必須滿足室內(nèi)人員的衛(wèi)生要求。根據(jù)我國(guó)有關(guān)規(guī)定，通風(fēng)量應(yīng)按每人每小時(shí)30m3的新鮮空氣來(lái)計(jì)算。IRTofUSST一方面，為保持蔬菜和水果的新鮮，要維持冷間空11IRTofUSSTIRTofUSST12IRTofUSSTIRTofUSST13IRTofUSSTIRTofUSST14參考課本（不要求計(jì)算，要知道負(fù)荷是動(dòng)態(tài)變化）二、動(dòng)態(tài)負(fù)荷計(jì)算冷負(fù)荷是指為了使冷間內(nèi)的空氣溫度達(dá)到所要求的值而需要的冷量。得熱是指冷間內(nèi)得到來(lái)自各種因素所產(chǎn)生的熱量。從動(dòng)態(tài)觀點(diǎn)看，雖然得熱是產(chǎn)生冷負(fù)荷的根源，但由于進(jìn)入冷間內(nèi)的得熱并不會(huì)馬上引起冷間內(nèi)空氣溫度的變化，當(dāng)中存在延遲，因此得熱與冷負(fù)荷并不完全相等。IRTofUSST參考課本（不要求計(jì)算，要知道負(fù)荷是動(dòng)態(tài)變化）二、動(dòng)態(tài)負(fù)荷計(jì)算15

第三節(jié)單級(jí)壓縮制冷循環(huán)的計(jì)算機(jī)模擬

一、單級(jí)壓縮蒸汽制冷循環(huán)的計(jì)算機(jī)分析IRTofUSST第三節(jié)單級(jí)壓縮制冷循環(huán)的計(jì)算機(jī)模擬16第三節(jié)單級(jí)壓縮蒸氣制冷循環(huán)的計(jì)算機(jī)模擬

最常見(jiàn)的制冷裝置如家用冰箱、家用空調(diào)器等均采用單級(jí)蒸氣壓縮制冷循環(huán)。

對(duì)于單級(jí)蒸氣壓縮制冷理論循環(huán)的計(jì)算機(jī)分析是一種非常簡(jiǎn)化的制冷循環(huán)模擬，可以作為實(shí)際制冷裝置模擬的基礎(chǔ)。

IRTofUSST第三節(jié)單級(jí)壓縮蒸氣制冷循環(huán)的計(jì)算機(jī)模擬最常17

IRTofUSST圖8-7示出了單級(jí)蒸氣壓縮制冷循環(huán)的lgp–h圖。查表可以計(jì)算出所要求的各個(gè)量，但每次計(jì)算都比較復(fù)雜。用計(jì)算機(jī)計(jì)算

雖然編程需要花時(shí)間，但以后每次計(jì)算特別快，這對(duì)于工況等參數(shù)改變時(shí)的分析特別能體現(xiàn)出其優(yōu)勢(shì)。

IRTofUSST圖8-7示出了單級(jí)蒸氣壓縮18

假定輸入?yún)?shù)為4個(gè)：蒸發(fā)溫度Te，冷凝溫度Tc，壓縮機(jī)吸氣過(guò)熱度Te，冷凝器過(guò)冷度Tc。按理論循環(huán)的假設(shè)條件，蒸發(fā)溫度和冷凝溫度均為定值，系統(tǒng)的流動(dòng)阻力忽略不計(jì)。壓縮過(guò)程為等熵過(guò)程，節(jié)流過(guò)程為等焓過(guò)程。循環(huán)的制冷量

單位容積制冷量

單位理論熱負(fù)荷

制冷系數(shù)

IRTofUSST假定輸入?yún)?shù)為4個(gè)：蒸發(fā)溫度Te，冷凝溫度Tc19圖8-8為計(jì)算單級(jí)蒸氣壓縮制冷循環(huán)性能的程序框圖。由T0求p0T1=T0+T0,p1=p0由T1,p1求v1,s1,h1由TK求pKp2=pK，s2=s1由p2,s2求T2,h2T4=TK-TK,p4=pK由T4,p4求h4求q0,qv,qk,w0,結(jié)束給T0,Tk,T0,Tk賦值IRTofUSST圖8-8為計(jì)算單級(jí)蒸氣壓縮制冷循環(huán)性能的程序框圖。由T0求20上述程序的用途因?yàn)樵摲N計(jì)算中只需要知道制冷工質(zhì)的熱力性質(zhì)，與工質(zhì)的傳輸性質(zhì)以及具體的裝置結(jié)構(gòu)均無(wú)關(guān)

所以可以方便地求出當(dāng)蒸發(fā)溫度、冷凝溫度、壓縮機(jī)吸氣過(guò)熱度、冷凝器過(guò)冷度變化時(shí)，理論制冷循環(huán)性能的變化

現(xiàn)經(jīng)常被用來(lái)比較不同工質(zhì)的性能

IRTofUSST上述程序的用途因?yàn)樵摲N計(jì)算中只需要知道制冷工質(zhì)的熱力性質(zhì)，與21使用上述方法存在的問(wèn)題因?yàn)閷?duì)于一般的制冷裝置來(lái)講，當(dāng)蒸發(fā)溫度、冷凝溫度變化時(shí)，其壓縮機(jī)吸氣過(guò)熱度、冷凝器過(guò)冷度也會(huì)變化，定值假定是不符合實(shí)際情況的。所以上面分析過(guò)程沒(méi)有牽涉到外界環(huán)境對(duì)于實(shí)際裝置的影響方法雖然簡(jiǎn)單，但同實(shí)際裝置性能之間是有差距，不能預(yù)測(cè)外界環(huán)境變化時(shí)制冷裝置的性能變化。IRTofUSST使用上述方法存在的問(wèn)題因?yàn)閷?duì)于一般的制冷裝置來(lái)講，當(dāng)蒸發(fā)溫度22單級(jí)壓縮蒸氣制冷裝置的計(jì)算機(jī)模擬

部件模型

在計(jì)算機(jī)模擬時(shí)，并不能任意指定狀態(tài)，如蒸發(fā)溫度、冷凝溫度、過(guò)熱度、過(guò)冷度，而是應(yīng)該能把這些參數(shù)正確地計(jì)算出來(lái)。在模型和算法的選取上，應(yīng)當(dāng)根據(jù)實(shí)際需要，在精度、計(jì)算穩(wěn)定性和運(yùn)算速度之間達(dá)到平衡。單級(jí)壓縮蒸氣制冷裝置的計(jì)算機(jī)模擬23

對(duì)于一個(gè)簡(jiǎn)單的單級(jí)蒸氣壓縮制冷裝置，設(shè)其由往復(fù)活塞式壓縮機(jī)、毛細(xì)管、冷凝器與蒸發(fā)器這四大件組成。蒸發(fā)器與換熱器均采用干式換熱器，其本身熱容可以忽略不計(jì)，這兩個(gè)換熱器均采用溫度不變的空氣冷卻。建立各個(gè)部件的模型

壓縮機(jī)模型

毛細(xì)管模型

3.蒸發(fā)器和冷凝器模型

4.圍護(hù)結(jié)構(gòu)模型5.充注量計(jì)算模型要求模擬壓縮機(jī)開機(jī)過(guò)程到系統(tǒng)接近穩(wěn)定的整個(gè)過(guò)程

則主要是要預(yù)測(cè)制冷劑狀態(tài)及制冷量隨時(shí)間的變化

對(duì)于一個(gè)簡(jiǎn)單的單級(jí)蒸氣壓縮制冷裝置，設(shè)其由往復(fù)241.壓縮機(jī)模型

對(duì)于制冷裝置來(lái)講，活塞在一個(gè)運(yùn)轉(zhuǎn)周期中的流量的變化，是一個(gè)頻率過(guò)高的信號(hào)，

可以取每個(gè)周期的平均值來(lái)濾掉該高頻信號(hào)壓縮機(jī)進(jìn)出口狀態(tài)對(duì)于壓縮機(jī)流量的影響是沒(méi)有時(shí)間遲延的

壓縮機(jī)流量計(jì)算的模型可以采用穩(wěn)態(tài)模型,功率則可根據(jù)理論功和壓縮機(jī)的效率確定.所以IRTofUSST1.壓縮機(jī)模型對(duì)于制冷裝置來(lái)講，活塞在一個(gè)運(yùn)25（8-46）

（8-47）

上面式中，mcom，N分別表示壓縮機(jī)的制冷劑流量與功率；，Vh，分別為壓縮機(jī)的輸氣系數(shù)、理論容積輸氣量，電效率；pc，pe，vs，m分別表示冷凝壓力、蒸發(fā)壓力、吸氣比容、多變指數(shù)。

IRTofUSST（8-46）（8-47）上面式中，mcom，N分別262.毛細(xì)管模型

毛細(xì)管中制冷劑的流速很高，制冷劑流過(guò)毛細(xì)管所需要的時(shí)間也遠(yuǎn)小于系統(tǒng)的時(shí)間常數(shù)，因此毛細(xì)管進(jìn)出口狀態(tài)的影響也可以認(rèn)為是即時(shí)的其模型采用穩(wěn)態(tài)模型

因?yàn)楣軆?nèi)流體流動(dòng)的高度非線性，各種較為精確的分布參數(shù)模型在數(shù)值求解時(shí)速度較慢且存在計(jì)算的穩(wěn)定性問(wèn)題

所以建立精確，同時(shí)又簡(jiǎn)單、通用的毛細(xì)管模型對(duì)于實(shí)際裝置的設(shè)計(jì)與優(yōu)化具有重要意義

IRTofUSST2.毛細(xì)管模型毛細(xì)管中制冷劑的流速很高，制冷劑流27對(duì)于一維等焓均相流動(dòng)，有如下控制方程

（8-48）

式中，p,v,G分別為流體的壓力、比容和質(zhì)流密度，D和L分別為毛細(xì)管內(nèi)徑和長(zhǎng)度，f為沿程摩阻系數(shù)。

下面介紹的絕熱毛細(xì)管的近似積分模型是一種較好的模型。

IRTofUSST對(duì)于一維等焓均相流動(dòng)，有如下控制方程（8-48）28(1)過(guò)冷區(qū)模型

過(guò)冷區(qū)液體比容和沿程摩阻系數(shù)可認(rèn)為不變，對(duì)上式積分，得過(guò)冷區(qū)長(zhǎng)度

（8-49）

式中，pSC表示過(guò)冷區(qū)壓降，下標(biāo)SC表示過(guò)冷區(qū)。

IRTofUSST(1)過(guò)冷區(qū)模型過(guò)冷區(qū)液體比容和沿程摩阻系數(shù)可認(rèn)為29(2)兩相區(qū)模型

用p1和v1表示兩相區(qū)的進(jìn)口壓力和比容，p2和v2表示兩相區(qū)的出口壓力和比容。建立如下經(jīng)驗(yàn)方程

（8-50）

因沿程摩阻系數(shù)f變化不大，故在積分過(guò)程中設(shè)為定值，取進(jìn)出口摩阻系數(shù)之算術(shù)平均。得二相區(qū)長(zhǎng)度（8-51）

k1是一個(gè)僅與邊界條件相關(guān)的常量（8-52）

IRTofUSST(2)兩相區(qū)模型用p1和v1表示兩相區(qū)的進(jìn)口壓力30(3)過(guò)熱區(qū)模型

對(duì)于低壓下的過(guò)熱氣體，可近似看作理想氣體。因此在等焓過(guò)程中溫度不變

（8-53）

式中，T和R分別是絕對(duì)溫度和氣體常數(shù)。

由式（5-22）得

（8-54）

將式（5-22）和（5-23）代入方程（5-17）并積分，得過(guò)熱區(qū)長(zhǎng)度（8-55)式中，下標(biāo)1和2分別表示過(guò)熱區(qū)的進(jìn)口和出口參數(shù)。

IRTofUSST(3)過(guò)熱區(qū)模型對(duì)于低壓下的過(guò)熱氣體，可近似看作理想氣31在實(shí)際計(jì)算中，為方便起見(jiàn)，取(4)壅塞流

當(dāng)工質(zhì)在毛細(xì)管出口處的流速達(dá)到當(dāng)?shù)匾羲贂r(shí)，毛細(xì)管處于壅塞流動(dòng)。此時(shí)毛細(xì)管出口壓力大于或等于背壓

背壓的降低對(duì)毛細(xì)管質(zhì)流率已無(wú)影響。此時(shí)的質(zhì)流率GC稱為毛細(xì)管的壅塞質(zhì)流率或臨界質(zhì)流率，可按式（8-56）至（8-57）計(jì)算

IRTofUSST在實(shí)際計(jì)算中，為方便起見(jiàn)，取(4)壅塞流32（8-56）

（8-57）

（8-58）

式（8-56）至（8-58）表明毛細(xì)管的臨界質(zhì)流量只是當(dāng)?shù)馗啥群椭评鋭嵛镄缘暮瘮?shù)，而與毛細(xì)管結(jié)構(gòu)尺寸無(wú)關(guān)。式（8-57）和（8-58）可以由制冷劑熱物性數(shù)據(jù)擬合成關(guān)聯(lián)式。另外，為了簡(jiǎn)化計(jì)算，若在過(guò)冷流動(dòng)或過(guò)熱流動(dòng)中發(fā)生壅塞，分別按飽和液體和飽和氣體處理。IRTofUSST（8-56）（8-57）（8-58）式（33(5)其他參數(shù)的確定

對(duì)于毛細(xì)管流動(dòng)的沿程摩阻系數(shù)f的計(jì)算，采用Churchill關(guān)聯(lián)式：

（8-59）

上面關(guān)聯(lián)式可覆蓋整個(gè)Re數(shù)區(qū)域，且考慮了毛細(xì)管內(nèi)粗糙度的影響，一般毛細(xì)管相對(duì)粗糙度約為3.27104。

對(duì)于兩相區(qū)的動(dòng)力粘度TP按下式計(jì)算。

（8-60）

IRTofUSST(5)其他參數(shù)的確定對(duì)于毛細(xì)管流動(dòng)的沿程摩阻系數(shù)34(6)管長(zhǎng)計(jì)算

(7)質(zhì)流量計(jì)算在裝置仿真中，毛細(xì)管的結(jié)構(gòu)尺寸都是已知的，而需要求得的是流量等參數(shù)。其基本實(shí)現(xiàn)步驟如下：在進(jìn)口狀態(tài)及出口背壓已知條件下

先要確定進(jìn)口有無(wú)過(guò)冷，過(guò)冷度有多大

一般情況：毛細(xì)管進(jìn)口為過(guò)冷，出口為二相

管長(zhǎng)=過(guò)冷區(qū)管長(zhǎng)+二相區(qū)的管長(zhǎng)

其它情況：先確定存在哪幾相

總的管長(zhǎng)=各相的長(zhǎng)度之和(6)管長(zhǎng)計(jì)算(7)質(zhì)流量計(jì)算在進(jìn)口狀態(tài)35步驟1：假設(shè)毛細(xì)管的出口壓力等于其背壓，結(jié)合進(jìn)口條件，確定毛細(xì)管內(nèi)是否存在過(guò)冷、兩相或過(guò)熱流動(dòng)區(qū)域及存在的各流動(dòng)區(qū)域的進(jìn)、出口狀態(tài)，并求出毛細(xì)管出口為背壓時(shí)的壅塞質(zhì)流率G0。

步驟2：假定毛細(xì)管的流量為G0，對(duì)于存在的各流動(dòng)區(qū)域，計(jì)算該區(qū)域的長(zhǎng)度，并將不同流動(dòng)區(qū)域的計(jì)算長(zhǎng)度相加后得到毛細(xì)管的計(jì)算長(zhǎng)度。

步驟3：將毛細(xì)管的計(jì)算長(zhǎng)度與實(shí)際長(zhǎng)度比較。若計(jì)算長(zhǎng)度在誤差限之內(nèi)，則毛細(xì)管出口的壓力等于背壓，質(zhì)流率等于G0。若計(jì)算長(zhǎng)度偏長(zhǎng)，則說(shuō)明實(shí)際質(zhì)流率大于G0，毛細(xì)管的出口壓力高于背壓，此時(shí)需要重新假定新的出口壓力，重復(fù)以上的過(guò)程。若計(jì)算長(zhǎng)度偏短，則說(shuō)明實(shí)際質(zhì)流率小于G0，不出現(xiàn)壅塞，出口壓力等于背壓，此時(shí)只要在小于G0的質(zhì)流率范圍內(nèi)搜索一個(gè)正確的質(zhì)流率。

IRTofUSST步驟1：假設(shè)毛細(xì)管的出口壓力等于其背壓，結(jié)合進(jìn)口條件，確定毛363.蒸發(fā)器和冷凝器模型

(8-61)(8-62)

建模與求解中忽略蒸發(fā)器與冷凝器中制冷劑的阻力損失，制冷劑兩相區(qū)的溫度可近似認(rèn)為是一致的

因此系統(tǒng)不必采用分布參數(shù)模型，只要將兩器按過(guò)冷、二相、過(guò)冷分成幾個(gè)大塊即可。對(duì)于冷凝器，根據(jù)制冷劑的質(zhì)量和能量守恒方程式，IRTofUSST3.蒸發(fā)器和冷凝器模型(8-61)(8-62)37

其中，M,h,m分別為制冷劑的質(zhì)量、焓和質(zhì)流率；q為總的熱流；下標(biāo)SH,TP和SC分別表示換熱器的過(guò)熱區(qū)、兩相區(qū)和過(guò)冷區(qū)。令(8-63)(8-64)式(8-63)和(8-64)在一個(gè)短的時(shí)間步長(zhǎng)內(nèi)積分得：(8-65)(8-66)

式中，上標(biāo)1和0分別表示當(dāng)前時(shí)刻和上一時(shí)刻的物理量。

IRTofUSST其中，M,h,m分別為制冷劑的質(zhì)量、焓和質(zhì)流率；38

當(dāng)進(jìn)出口流量、進(jìn)口焓值已知時(shí)，冷凝器中其它參數(shù)仍然需要通過(guò)迭代才能確定。對(duì)于上述模型進(jìn)行求解的一種較為穩(wěn)定的算法是質(zhì)量引導(dǎo)法，把質(zhì)量平衡作為迭代標(biāo)準(zhǔn)。IRTofUSST當(dāng)進(jìn)出口流量、進(jìn)口焓值已知時(shí)，冷凝器中其它參數(shù)仍39估計(jì)一個(gè)冷凝壓力

根據(jù)能量守恒方程式計(jì)算出高壓側(cè)制冷劑的狀態(tài)和質(zhì)量，從而可得高壓側(cè)的制冷劑總質(zhì)量

將該值和由式(5-34)計(jì)算出的質(zhì)量值進(jìn)行比較

誤差小于允許范圍

yes依次計(jì)算出其他狀態(tài)參數(shù)

no估計(jì)一個(gè)冷凝壓力根據(jù)能量守恒方程式計(jì)算出高壓側(cè)制冷劑的狀態(tài)40

單級(jí)壓縮蒸汽制冷裝置的計(jì)算機(jī)模擬圖IRTofUSST參看教材單級(jí)壓縮蒸汽制冷裝置的計(jì)算機(jī)模擬圖IRTofUSST參41第四節(jié)制冷裝置的特性分析一、壓縮制冷機(jī)組的性能分析IRTofUSST第四節(jié)制冷裝置的特性分析一、壓縮制冷機(jī)組的性能分析IRT421、壓縮冷凝機(jī)組的性能分析IRTofUSST1、壓縮冷凝機(jī)組的性能分析IRTofUSST43數(shù)學(xué)分析：IRTofUSST數(shù)學(xué)分析：IRTofUSST44IRTofUSSTIRTofUSST45IRTofUSSTIRTofUSST46IRTofUSSTIRTofUSST472、單元制冷機(jī)組的特性分析單元制冷系統(tǒng)由制冷壓縮機(jī)、冷凝器、節(jié)流機(jī)構(gòu)和蒸發(fā)器組成。IRTofUSST2、單元制冷機(jī)組的特性分析單元制冷系統(tǒng)由制冷壓縮機(jī)、冷凝器、48制冷裝置的設(shè)計(jì)計(jì)算課件49IRTofUSSTIRTofUSST50IRTofUSSTIRTofUSST513、熱泵特性分析制冷量、蒸發(fā)溫度、冷凝器進(jìn)風(fēng)溫度、蒸發(fā)器進(jìn)風(fēng)溫度的關(guān)系IRTofUSST3、熱泵特性分析制冷量、蒸發(fā)溫度、冷凝器進(jìn)風(fēng)溫度、蒸發(fā)器進(jìn)風(fēng)52制冷量、膨脹閥容量關(guān)系IRTofUSST制冷量、膨脹閥容量關(guān)系IRTofUSST53風(fēng)冷熱泵的容量確定：IRTofUSST風(fēng)冷熱泵的容量確定：IRTofUSST54IRTofUSSTIRTofUSST55第五節(jié)制冷裝置優(yōu)化與計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)參考教材（不要求）IRTofUSST第五節(jié)制冷裝置優(yōu)化與計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)參考教材（不要求）IRT56

第八章制冷裝置的設(shè)計(jì)計(jì)算第一節(jié)制冷裝置的設(shè)計(jì)原則一、基本原則1.按使用要求和使用條件設(shè)計(jì)2.保證在一定工況范圍內(nèi)的穩(wěn)定性3.尋求性能與經(jīng)濟(jì)性優(yōu)化IRTofUSST第八章制冷裝置的設(shè)計(jì)計(jì)算第一節(jié)制冷裝置的設(shè)計(jì)原則一572、制冷裝置設(shè)計(jì)的一般步驟一、確定裝置類型結(jié)構(gòu)二、按設(shè)計(jì)工況確定負(fù)荷三、制冷設(shè)備設(shè)計(jì)四、非設(shè)計(jì)工況校核IRTofUSST2、制冷裝置設(shè)計(jì)的一般步驟一、確定裝置類型結(jié)構(gòu)IRTof58第二節(jié)冷負(fù)荷計(jì)算用冷場(chǎng)合的冷負(fù)荷是指為了使冷間內(nèi)的空氣溫度達(dá)到所要求的值而需要的冷量。IRTofUSST第二節(jié)冷負(fù)荷計(jì)算用冷場(chǎng)合的冷負(fù)荷是指為了使冷間內(nèi)的空氣溫度59一、靜態(tài)負(fù)荷計(jì)算方法1、滲入熱的計(jì)算：IRTofUSST一、靜態(tài)負(fù)荷計(jì)算方法1、滲入熱的計(jì)算：IRTofUSS60IRTofUSSTIRTofUSST61IRTofUSSTIRTofUSST62IRTofUSSTIRTofUSST63IRTofUSSTIRTofUSST64IRTofUSSTIRTofUSST65是指凍結(jié)貨物由于運(yùn)輸途中受熱，部分解凍融化，而用制冷裝置再次冷卻、凍結(jié)它，使它回復(fù)到原來(lái)的凍結(jié)狀態(tài)。IRTofUSST是指凍結(jié)貨物由于運(yùn)輸途中受熱，部分解凍融化，而用66一方面，為保持蔬菜和水果的新鮮，要維持冷間空氣中的氧含量。另一方面，外界新鮮空氣的通風(fēng)量還必須滿足室內(nèi)人員的衛(wèi)生要求。根據(jù)我國(guó)有關(guān)規(guī)定，通風(fēng)量應(yīng)按每人每小時(shí)30m3的新鮮空氣來(lái)計(jì)算。IRTofUSST一方面，為保持蔬菜和水果的新鮮，要維持冷間空67IRTofUSSTIRTofUSST68IRTofUSSTIRTofUSST69IRTofUSSTIRTofUSST70參考課本（不要求計(jì)算，要知道負(fù)荷是動(dòng)態(tài)變化）二、動(dòng)態(tài)負(fù)荷計(jì)算冷負(fù)荷是指為了使冷間內(nèi)的空氣溫度達(dá)到所要求的值而需要的冷量。得熱是指冷間內(nèi)得到來(lái)自各種因素所產(chǎn)生的熱量。從動(dòng)態(tài)觀點(diǎn)看，雖然得熱是產(chǎn)生冷負(fù)荷的根源，但由于進(jìn)入冷間內(nèi)的得熱并不會(huì)馬上引起冷間內(nèi)空氣溫度的變化，當(dāng)中存在延遲，因此得熱與冷負(fù)荷并不完全相等。IRTofUSST參考課本（不要求計(jì)算，要知道負(fù)荷是動(dòng)態(tài)變化）二、動(dòng)態(tài)負(fù)荷計(jì)算71

第三節(jié)單級(jí)壓縮制冷循環(huán)的計(jì)算機(jī)模擬

一、單級(jí)壓縮蒸汽制冷循環(huán)的計(jì)算機(jī)分析IRTofUSST第三節(jié)單級(jí)壓縮制冷循環(huán)的計(jì)算機(jī)模擬72第三節(jié)單級(jí)壓縮蒸氣制冷循環(huán)的計(jì)算機(jī)模擬

最常見(jiàn)的制冷裝置如家用冰箱、家用空調(diào)器等均采用單級(jí)蒸氣壓縮制冷循環(huán)。

對(duì)于單級(jí)蒸氣壓縮制冷理論循環(huán)的計(jì)算機(jī)分析是一種非常簡(jiǎn)化的制冷循環(huán)模擬，可以作為實(shí)際制冷裝置模擬的基礎(chǔ)。

IRTofUSST第三節(jié)單級(jí)壓縮蒸氣制冷循環(huán)的計(jì)算機(jī)模擬最常73

IRTofUSST圖8-7示出了單級(jí)蒸氣壓縮制冷循環(huán)的lgp–h圖。查表可以計(jì)算出所要求的各個(gè)量，但每次計(jì)算都比較復(fù)雜。用計(jì)算機(jī)計(jì)算

雖然編程需要花時(shí)間，但以后每次計(jì)算特別快，這對(duì)于工況等參數(shù)改變時(shí)的分析特別能體現(xiàn)出其優(yōu)勢(shì)。

IRTofUSST圖8-7示出了單級(jí)蒸氣壓縮74

假定輸入?yún)?shù)為4個(gè)：蒸發(fā)溫度Te，冷凝溫度Tc，壓縮機(jī)吸氣過(guò)熱度Te，冷凝器過(guò)冷度Tc。按理論循環(huán)的假設(shè)條件，蒸發(fā)溫度和冷凝溫度均為定值，系統(tǒng)的流動(dòng)阻力忽略不計(jì)。壓縮過(guò)程為等熵過(guò)程，節(jié)流過(guò)程為等焓過(guò)程。循環(huán)的制冷量

單位容積制冷量

單位理論熱負(fù)荷

制冷系數(shù)

IRTofUSST假定輸入?yún)?shù)為4個(gè)：蒸發(fā)溫度Te，冷凝溫度Tc75圖8-8為計(jì)算單級(jí)蒸氣壓縮制冷循環(huán)性能的程序框圖。由T0求p0T1=T0+T0,p1=p0由T1,p1求v1,s1,h1由TK求pKp2=pK，s2=s1由p2,s2求T2,h2T4=TK-TK,p4=pK由T4,p4求h4求q0,qv,qk,w0,結(jié)束給T0,Tk,T0,Tk賦值IRTofUSST圖8-8為計(jì)算單級(jí)蒸氣壓縮制冷循環(huán)性能的程序框圖。由T0求76上述程序的用途因?yàn)樵摲N計(jì)算中只需要知道制冷工質(zhì)的熱力性質(zhì)，與工質(zhì)的傳輸性質(zhì)以及具體的裝置結(jié)構(gòu)均無(wú)關(guān)

所以可以方便地求出當(dāng)蒸發(fā)溫度、冷凝溫度、壓縮機(jī)吸氣過(guò)熱度、冷凝器過(guò)冷度變化時(shí)，理論制冷循環(huán)性能的變化

現(xiàn)經(jīng)常被用來(lái)比較不同工質(zhì)的性能

IRTofUSST上述程序的用途因?yàn)樵摲N計(jì)算中只需要知道制冷工質(zhì)的熱力性質(zhì)，與77使用上述方法存在的問(wèn)題因?yàn)閷?duì)于一般的制冷裝置來(lái)講，當(dāng)蒸發(fā)溫度、冷凝溫度變化時(shí)，其壓縮機(jī)吸氣過(guò)熱度、冷凝器過(guò)冷度也會(huì)變化，定值假定是不符合實(shí)際情況的。所以上面分析過(guò)程沒(méi)有牽涉到外界環(huán)境對(duì)于實(shí)際裝置的影響方法雖然簡(jiǎn)單，但同實(shí)際裝置性能之間是有差距，不能預(yù)測(cè)外界環(huán)境變化時(shí)制冷裝置的性能變化。IRTofUSST使用上述方法存在的問(wèn)題因?yàn)閷?duì)于一般的制冷裝置來(lái)講，當(dāng)蒸發(fā)溫度78單級(jí)壓縮蒸氣制冷裝置的計(jì)算機(jī)模擬

部件模型

在計(jì)算機(jī)模擬時(shí)，并不能任意指定狀態(tài)，如蒸發(fā)溫度、冷凝溫度、過(guò)熱度、過(guò)冷度，而是應(yīng)該能把這些參數(shù)正確地計(jì)算出來(lái)。在模型和算法的選取上，應(yīng)當(dāng)根據(jù)實(shí)際需要，在精度、計(jì)算穩(wěn)定性和運(yùn)算速度之間達(dá)到平衡。單級(jí)壓縮蒸氣制冷裝置的計(jì)算機(jī)模擬79

對(duì)于一個(gè)簡(jiǎn)單的單級(jí)蒸氣壓縮制冷裝置，設(shè)其由往復(fù)活塞式壓縮機(jī)、毛細(xì)管、冷凝器與蒸發(fā)器這四大件組成。蒸發(fā)器與換熱器均采用干式換熱器，其本身熱容可以忽略不計(jì)，這兩個(gè)換熱器均采用溫度不變的空氣冷卻。建立各個(gè)部件的模型

壓縮機(jī)模型

毛細(xì)管模型

3.蒸發(fā)器和冷凝器模型

4.圍護(hù)結(jié)構(gòu)模型5.充注量計(jì)算模型要求模擬壓縮機(jī)開機(jī)過(guò)程到系統(tǒng)接近穩(wěn)定的整個(gè)過(guò)程

則主要是要預(yù)測(cè)制冷劑狀態(tài)及制冷量隨時(shí)間的變化

對(duì)于一個(gè)簡(jiǎn)單的單級(jí)蒸氣壓縮制冷裝置，設(shè)其由往復(fù)801.壓縮機(jī)模型

對(duì)于制冷裝置來(lái)講，活塞在一個(gè)運(yùn)轉(zhuǎn)周期中的流量的變化，是一個(gè)頻率過(guò)高的信號(hào)，

可以取每個(gè)周期的平均值來(lái)濾掉該高頻信號(hào)壓縮機(jī)進(jìn)出口狀態(tài)對(duì)于壓縮機(jī)流量的影響是沒(méi)有時(shí)間遲延的

壓縮機(jī)流量計(jì)算的模型可以采用穩(wěn)態(tài)模型,功率則可根據(jù)理論功和壓縮機(jī)的效率確定.所以IRTofUSST1.壓縮機(jī)模型對(duì)于制冷裝置來(lái)講，活塞在一個(gè)運(yùn)81（8-46）

（8-47）

上面式中，mcom，N分別表示壓縮機(jī)的制冷劑流量與功率；，Vh，分別為壓縮機(jī)的輸氣系數(shù)、理論容積輸氣量，電效率；pc，pe，vs，m分別表示冷凝壓力、蒸發(fā)壓力、吸氣比容、多變指數(shù)。

IRTofUSST（8-46）（8-47）上面式中，mcom，N分別822.毛細(xì)管模型

毛細(xì)管中制冷劑的流速很高，制冷劑流過(guò)毛細(xì)管所需要的時(shí)間也遠(yuǎn)小于系統(tǒng)的時(shí)間常數(shù)，因此毛細(xì)管進(jìn)出口狀態(tài)的影響也可以認(rèn)為是即時(shí)的其模型采用穩(wěn)態(tài)模型

因?yàn)楣軆?nèi)流體流動(dòng)的高度非線性，各種較為精確的分布參數(shù)模型在數(shù)值求解時(shí)速度較慢且存在計(jì)算的穩(wěn)定性問(wèn)題

所以建立精確，同時(shí)又簡(jiǎn)單、通用的毛細(xì)管模型對(duì)于實(shí)際裝置的設(shè)計(jì)與優(yōu)化具有重要意義

IRTofUSST2.毛細(xì)管模型毛細(xì)管中制冷劑的流速很高，制冷劑流83對(duì)于一維等焓均相流動(dòng)，有如下控制方程

（8-48）

式中，p,v,G分別為流體的壓力、比容和質(zhì)流密度，D和L分別為毛細(xì)管內(nèi)徑和長(zhǎng)度，f為沿程摩阻系數(shù)。

下面介紹的絕熱毛細(xì)管的近似積分模型是一種較好的模型。

IRTofUSST對(duì)于一維等焓均相流動(dòng)，有如下控制方程（8-48）84(1)過(guò)冷區(qū)模型

過(guò)冷區(qū)液體比容和沿程摩阻系數(shù)可認(rèn)為不變，對(duì)上式積分，得過(guò)冷區(qū)長(zhǎng)度

（8-49）

式中，pSC表示過(guò)冷區(qū)壓降，下標(biāo)SC表示過(guò)冷區(qū)。

IRTofUSST(1)過(guò)冷區(qū)模型過(guò)冷區(qū)液體比容和沿程摩阻系數(shù)可認(rèn)為85(2)兩相區(qū)模型

用p1和v1表示兩相區(qū)的進(jìn)口壓力和比容，p2和v2表示兩相區(qū)的出口壓力和比容。建立如下經(jīng)驗(yàn)方程

（8-50）

因沿程摩阻系數(shù)f變化不大，故在積分過(guò)程中設(shè)為定值，取進(jìn)出口摩阻系數(shù)之算術(shù)平均。得二相區(qū)長(zhǎng)度（8-51）

k1是一個(gè)僅與邊界條件相關(guān)的常量（8-52）

IRTofUSST(2)兩相區(qū)模型用p1和v1表示兩相區(qū)的進(jìn)口壓力86(3)過(guò)熱區(qū)模型

對(duì)于低壓下的過(guò)熱氣體，可近似看作理想氣體。因此在等焓過(guò)程中溫度不變

（8-53）

式中，T和R分別是絕對(duì)溫度和氣體常數(shù)。

由式（5-22）得

（8-54）

將式（5-22）和（5-23）代入方程（5-17）并積分，得過(guò)熱區(qū)長(zhǎng)度（8-55)式中，下標(biāo)1和2分別表示過(guò)熱區(qū)的進(jìn)口和出口參數(shù)。

IRTofUSST(3)過(guò)熱區(qū)模型對(duì)于低壓下的過(guò)熱氣體，可近似看作理想氣87在實(shí)際計(jì)算中，為方便起見(jiàn)，取(4)壅塞流

當(dāng)工質(zhì)在毛細(xì)管出口處的流速達(dá)到當(dāng)?shù)匾羲贂r(shí)，毛細(xì)管處于壅塞流動(dòng)。此時(shí)毛細(xì)管出口壓力大于或等于背壓

背壓的降低對(duì)毛細(xì)管質(zhì)流率已無(wú)影響。此時(shí)的質(zhì)流率GC稱為毛細(xì)管的壅塞質(zhì)流率或臨界質(zhì)流率，可按式（8-56）至（8-57）計(jì)算

IRTofUSST在實(shí)際計(jì)算中，為方便起見(jiàn)，取(4)壅塞流88（8-56）

（8-57）

（8-58）

式（8-56）至（8-58）表明毛細(xì)管的臨界質(zhì)流量只是當(dāng)?shù)馗啥群椭评鋭嵛镄缘暮瘮?shù)，而與毛細(xì)管結(jié)構(gòu)尺寸無(wú)關(guān)。式（8-57）和（8-58）可以由制冷劑熱物性數(shù)據(jù)擬合成關(guān)聯(lián)式。另外，為了簡(jiǎn)化計(jì)算，若在過(guò)冷流動(dòng)或過(guò)熱流動(dòng)中發(fā)生壅塞，分別按飽和液體和飽和氣體處理。IRTofUSST（8-56）（8-57）（8-58）式（89(5)其他參數(shù)的確定

對(duì)于毛細(xì)管流動(dòng)的沿程摩阻系數(shù)f的計(jì)算，采用Churchill關(guān)聯(lián)式：

（8-59）

上面關(guān)聯(lián)式可覆蓋整個(gè)Re數(shù)區(qū)域，且考慮了毛細(xì)管內(nèi)粗糙度的影響，一般毛細(xì)管相對(duì)粗糙度約為3.27104。

對(duì)于兩相區(qū)的動(dòng)力粘度TP按下式計(jì)算。

（8-60）

IRTofUSST(5)其他參數(shù)的確定對(duì)于毛細(xì)管流動(dòng)的沿程摩阻系數(shù)90(6)管長(zhǎng)計(jì)算

(7)質(zhì)流量計(jì)算在裝置仿真中，毛細(xì)管的結(jié)構(gòu)尺寸都是已知的，而需要求得的是流量等參數(shù)。其基本實(shí)現(xiàn)步驟如下：在進(jìn)口狀態(tài)及出口背壓已知條件下

先要確定進(jìn)口有無(wú)過(guò)冷，過(guò)冷度有多大

一般情況：毛細(xì)管進(jìn)口為過(guò)冷，出口為二相

管長(zhǎng)=過(guò)冷區(qū)管長(zhǎng)+二相區(qū)的管長(zhǎng)

其它情況：先確定存在哪幾相

總的管長(zhǎng)=各相的長(zhǎng)度之和(6)管長(zhǎng)計(jì)算(7)質(zhì)流量計(jì)算在進(jìn)口狀態(tài)91步驟1：假設(shè)毛細(xì)管的出口壓力等于其背壓，結(jié)合進(jìn)口條件，確定毛細(xì)管內(nèi)是否存在過(guò)冷、兩相或過(guò)熱流動(dòng)區(qū)域及存在的各流動(dòng)區(qū)域的進(jìn)、出口狀態(tài)，并求出毛細(xì)管出口為背壓時(shí)的壅塞質(zhì)流率G0。

步驟2：假定毛細(xì)管的流量為G0，對(duì)于存在的各流動(dòng)區(qū)域，計(jì)算該區(qū)域的長(zhǎng)度，并將不同流動(dòng)區(qū)域的計(jì)算長(zhǎng)度相加后得到毛細(xì)管的計(jì)算長(zhǎng)度。

步驟3：將毛細(xì)管的計(jì)算長(zhǎng)度與實(shí)際長(zhǎng)度比較。若計(jì)算長(zhǎng)度在誤差限之內(nèi)，則毛細(xì)管出口的壓力等于背壓，質(zhì)流率等于G0。若計(jì)算長(zhǎng)度偏長(zhǎng)，則說(shuō)明實(shí)際質(zhì)流率大于G0，毛細(xì)管的出口壓力高于背壓，此時(shí)需要重新假定新的出口壓力，重復(fù)以上的過(guò)程。若計(jì)算長(zhǎng)度偏短，則說(shuō)明實(shí)際質(zhì)流率小于G0，不出現(xiàn)壅塞，出口壓力等于背壓，此時(shí)只要在小于G0的質(zhì)流率范圍內(nèi)搜索一個(gè)正確的質(zhì)流率。

IRTofUSST步驟1：假設(shè)毛細(xì)管的出口壓力等于其背壓，結(jié)合進(jìn)口條件，確定毛923.蒸發(fā)器和冷凝器模型

(8-61)(8-62)

建模與求解中忽略蒸發(fā)器與冷凝器中制冷劑的阻力損失，制冷劑兩相區(qū)的溫