制冷劑通過壓縮機進、出口的流量分別為式中:分別為容積效率、理論排量和進口比容。壓縮機電功率為式中:H為進、出口焓;為壓縮機效率。該子模型的輸入參數(shù)為V、蒸發(fā)溫度T和冷凝溫度Tc.輸出參數(shù)為H和W1.2.2帶經濟器的壓縮機壓縮機增設補氣口后,壓縮過程可分為:(1)一級內壓縮過程。當制冷劑氣體被封入基元容積后,內壓縮過程開始。制冷劑在吸氣口的流量為隨著轉子的旋轉,封閉的基元容積達到補氣口位置,一級內壓縮過程結束。這時,基元容積內制冷劑的狀態(tài)為式中:p為一級內壓縮結束時的壓力和溫度;為一級內壓縮容積比;為一級內壓縮容積效率。
近年來,螺桿冷水機組由于體積小、操作維護方便、運行平穩(wěn)、使用壽命長,以及在部分負荷下能夠保持較高效率等優(yōu)點,得到越來越廣泛的使用。這同時也為仿真研究提出了新的課題。在此背景下,本文建立了穩(wěn)態(tài)仿真模型,以預測
近年來,螺桿冷水機組由于體積小、操作維護方便、運行平穩(wěn)、使用壽命長,以及在部分負荷下能夠保持較高效率等優(yōu)點,得到越來越廣泛的使用。這同時也為仿真研究提出了新的課題。在此背景下,本文建立了穩(wěn)態(tài)仿真模型,以預測其在大范圍結構參數(shù)和工況條件的性能。
機組系統(tǒng)構成常用的螺桿冷水機組主要有帶經濟器和不帶經濟器兩類.不帶經濟器的螺桿冷水機組屬最常見的單級循環(huán)制冷裝置。對于帶經濟器的螺桿冷水機組,來自冷凝器中的制冷劑經電子膨脹閥至經濟器中,上部產生的閃發(fā)性氣體被壓縮機從補氣口吸入;下部的飽和液體經浮球閥進入蒸發(fā)器中制冷。壓縮機不帶經濟器的壓縮機制冷劑蒸汽通過壓縮機的過程可簡化為多變過程式中:p分別為進、出口的壓力和溫度;n為多變過程指數(shù)。
?。?)補氣過程。當經濟器中的壓力p時,來自經濟器中的制冷劑蒸汽從壓縮機補氣口進入上述基元容積。定義相對補量為式中,q為制冷劑在補氣口的質量流率。則假設補氣過程為絕熱增壓、等容混合過程,則能平衡方程為式中:u分別為補氣前、后制冷劑比內能;H為補氣口比焓。
壓力方程為式中:p為補氣后的壓力;為壓力損失系數(shù),與補氣口大小和形狀有關。
混合后的比容為(3)二級內壓縮過程?;旌虾蟮闹评鋭怏w被壓縮至排出條件:該子模型的輸入參數(shù)為和c.輸出參數(shù)為H和W1.3經濟器經濟器的能量平衡方程為式中:H為電子膨脹閥的進口焓;H分別為溫度T所對應的飽和液體與氣體的焓。
蒸發(fā)器的進口焓為1.4膨脹閥制冷劑流過膨脹閥的過程可看作等焓過程,制伏龍,等:螺桿冷水機組穩(wěn)態(tài)仿真冷劑的質量流率為式中:C為膨脹閥特性常數(shù)(主要取決于節(jié)流口面為膨脹閥進口制冷劑密度;p為閥進出口壓差,即冷凝壓力與蒸發(fā)壓力差值。
換熱器對于所研究的對象,采用滿液式蒸發(fā)器和水冷式冷凝器(殼側為制冷劑).對于蒸發(fā)器,制冷劑液位可將它分成蒸發(fā)區(qū)和過熱區(qū),采用兩區(qū)模型描述,而冷凝器中則采用單區(qū)模型描述。對于每個換熱區(qū),能量平衡方程和傳熱方程為式中:下標R為c、evp和sh,分別代表冷凝器、蒸發(fā)區(qū)和過熱區(qū);in、out和w分別代表制冷劑、進口、出口和水(冷卻水和冷媒水);q和分別代表質量流率、比焓和比熱容。K、F和T分別代表基于管外側的總傳熱系數(shù)、名義傳熱面積和對數(shù)平均溫差。
上述換熱區(qū)基本模型中,目標參數(shù)只能有兩個,它們屬于每個換熱區(qū)的進出口參數(shù),這兩個參數(shù)的選擇應同時顧及系統(tǒng)仿真的目標和算法。冷凝器對于冷凝器模型,H和T作為目標參數(shù),而q以及T作為輸入參數(shù)。
蒸發(fā)器(1)蒸發(fā)區(qū)。對于蒸發(fā)區(qū)模型,q和T作為目標參數(shù),而H以及作為輸入參數(shù)。在順序模塊方法中,當對其中一個模塊進行計算時,認為其他模塊或部件的狀態(tài)參數(shù)已知。因此,對于蒸發(fā)區(qū)模型來說,被作為已知量看待的可通過蒸發(fā)器總的能量平衡方程求得:(2)過熱區(qū)。對于過熱區(qū)模型,H和T作為目標參數(shù),q以及作為輸入參數(shù)。值得指出的是,當系統(tǒng)仿真收斂時,分別由蒸發(fā)區(qū)模塊和過熱區(qū)模塊計算的T將自動吻合。
在完成該模塊的計算后,過熱度由下式計算:系統(tǒng)仿真系統(tǒng)仿真策略如下:選擇壓縮機進口和補氣口(對于帶經濟器機組)這兩個位置,將制冷循環(huán)斷開,則得到一假想的開環(huán)熱力系統(tǒng)。當給定T(對于帶經濟器機組)、T以及時,仿真將從壓縮機模塊開始,并按照制冷劑的流向完成對各個模塊進行計算(即SM方法),于是可以得到各模塊相應的目標參數(shù)。另一方面,T以及T應該使系統(tǒng)滿足能量平衡和質量平衡。4個嵌套的循環(huán)分別用來調整這4個參數(shù)(即SS方法).在完成這些嵌套的循環(huán)之后,系統(tǒng)的狀態(tài)也最終確定,則制冷量可按下式計算:而制冷系數(shù)為2模型驗證用7種規(guī)格的螺桿冷水機組(A~G)實驗數(shù)據驗證了模型。這些機組由美國聯(lián)合技術公司的下屬公司在國內的合資企業(yè)所生產,其實驗數(shù)據來自大量產品實驗結果的平均值。機組的結構參數(shù)和運行條件,這些也是仿真的輸入參數(shù),其中B、D以及F為不帶經濟器螺桿冷水機組;機組C、E和G為帶經濟器螺桿冷水機組。仿真結果與實驗數(shù)據.可以發(fā)現(xiàn),前者與后者吻合得很好,相對誤差在±10%之內。
模型應用為分析經濟器系統(tǒng)及補氣口位置對機組性能的上海交通大學學報機組機組實驗模型誤差實驗模型誤差影響,作兩部分計算:第一部分,讓從1.0開始,逐步增大,得到機組C、E以及G在不同下的預測性能;第二部分,假定機組C、E以及G被去掉了經濟器和浮球閥,即變成了結構形式,得到機組不帶經濟器運行時的制冷量分別為Q和分別為5.08.然后將這兩部分計算結果合在一起比較。
螺桿冷水機組在攜帶經濟器后,制冷量得到明顯提高.制冷量增大越多,最大增加量達到15%,但壓縮機電功率也將隨的減小而增大;越大,COP越高,當大到一定程度,機組在帶經濟器運行時的COP高于其不帶經濟器時的值,如果過高,則中間壓力達不到壓縮機在完成一級內壓縮后的壓力,補氣過程無法實現(xiàn)。
本文給出了用于預測帶經濟器螺桿冷水機組和不帶經濟器螺桿性能的穩(wěn)態(tài)模型,其預測值與實驗值的偏差在±10%以內。利用這一驗證后的模型發(fā)現(xiàn),經濟器系統(tǒng)可使機組的制冷量得到明顯提高,但同時也會導致壓縮機電功率的增加。