制冷系統(tǒng)模擬和案例分析

1、制冷系統(tǒng)模擬和案例分析制冷系統(tǒng)模擬和案例分析Wmk98 2015.11.30Wmk98 2015.11.30目錄常用系統(tǒng)模擬軟件介紹常用系統(tǒng)模擬軟件介紹2系統(tǒng)選型需了解各系統(tǒng)件的原理和特性系統(tǒng)選型需了解各系統(tǒng)件的原理和特性3重要的數(shù)據(jù)二次處理和分析重要的數(shù)據(jù)二次處理和分析4仿真分析基本流程和需求分析仿真分析基本流程和需求分析1系統(tǒng)優(yōu)化案例分享系統(tǒng)優(yōu)化案例分享5系統(tǒng)可靠性考慮系統(tǒng)可靠性考慮6仿真分析基本流程和需求分析按需建立仿真模型標(biāo)定仿真模型根據(jù)測(cè)試數(shù)據(jù)修正在模型上輸入不同參數(shù)分析根據(jù)關(guān)鍵參數(shù)調(diào)整優(yōu)化不用拘泥于軟件通過(guò)之前的經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)驗(yàn)證模板調(diào)整流路時(shí)要以基礎(chǔ)數(shù)據(jù)修正數(shù)據(jù)2次處理非常重要，圖表直

2、觀后處理：目標(biāo)最優(yōu)化仿真分析基本流程和需求分析系統(tǒng)模擬需求：1、其它不變，流路優(yōu)化；2、換熱器壓降（關(guān)系到判斷是否過(guò)熱)、連接管壓損;3、壓縮機(jī)選型判斷;4、影響整機(jī)性能關(guān)鍵因素：過(guò)冷度？流量？冷凝側(cè)換熱溫差？5、各零件最優(yōu)化疊加？成本最優(yōu)？6、內(nèi)外換熱器搭配是否失衡？7、根據(jù)額定制冷量估計(jì)判斷高溫制冷量？重要建議：擠出時(shí)間來(lái)分析、堅(jiān)持?jǐn)?shù)據(jù)分析的習(xí)慣、分析后無(wú)法得到效果時(shí)心態(tài)要正確（仿真不是萬(wàn)能的，但能鍛煉思維和養(yǎng)成對(duì)數(shù)據(jù)敏感的習(xí)慣）提醒：目前不存在一鍵式分析系統(tǒng)的超級(jí)軟件！換熱器流路計(jì)算軟件系統(tǒng)制冷循環(huán)狀態(tài)參數(shù)計(jì)算常用系統(tǒng)模擬軟件介紹空氣參數(shù)計(jì)算整機(jī)系統(tǒng)匯總集成常用系統(tǒng)模擬軟件介紹常用系統(tǒng)模

3、擬軟件介紹常用系統(tǒng)模擬軟件介紹常用系統(tǒng)模擬軟件介紹常用系統(tǒng)模擬軟件介紹常用系統(tǒng)模擬軟件介紹例子計(jì)算列方程計(jì)算結(jié)果結(jié)果數(shù)據(jù)研究數(shù)據(jù)研究常用系統(tǒng)模擬軟件介紹常用系統(tǒng)模擬軟件介紹二、空調(diào)原理制冷循環(huán)和壓焓圖關(guān)系壓力(Mpa)焓(kJ/kg)壓縮行程等熵線過(guò)冷度 約膨脹行程過(guò)熱度約制冷原理：系統(tǒng)選型需了解各系統(tǒng)件的原理和特性系統(tǒng)選型需了解各系統(tǒng)件的原理和特性冷凝溫度 圧縮比排氣溫度制冷効果壓縮機(jī)功率 能效比蒸發(fā)溫度圧縮比排氣溫度制冷効果制冷量 EER0510152025-25-20-15-10-50蒸發(fā)溫度（）制冷量（KW)壓縮機(jī)能力蒸發(fā)器大蒸發(fā)器中蒸發(fā)器小四、制冷壓縮機(jī)滾動(dòng)轉(zhuǎn)子式壓縮機(jī)結(jié)構(gòu)單轉(zhuǎn)子壓縮

4、機(jī)雙轉(zhuǎn)子壓縮機(jī)系統(tǒng)選型需了解各系統(tǒng)件的原理和特性旋轉(zhuǎn)壓縮機(jī)：四、制冷壓縮機(jī)滾動(dòng)轉(zhuǎn)子式工作原理 轉(zhuǎn)子的主軸在原動(dòng)機(jī)拖動(dòng)下旋轉(zhuǎn)時(shí)，偏心轉(zhuǎn)子緊貼著汽缸內(nèi)壁面回轉(zhuǎn)，造成月牙狀空間容積周期性的變化，完成吸排氣和壓縮過(guò)程。 旋轉(zhuǎn)壓縮機(jī)：系統(tǒng)選型需了解各系統(tǒng)件的原理和特性制冷劑R410A 轉(zhuǎn)子式壓縮機(jī)容積效率為：0.70.9，取0.8；壓縮比越大，其值越小輸氣量要求：輸氣量要求：質(zhì)量流量體積流量理論輸氣量選用的壓縮機(jī): 凌達(dá)QXA-B096注：需要選用比理論輸氣量大約10%的壓縮機(jī)旋轉(zhuǎn)壓縮機(jī)選型：系統(tǒng)選型需了解各系統(tǒng)件的原理和特性 八、其它制冷配件四通閥結(jié)構(gòu)電磁線圈四通閥本體主閥先導(dǎo)閥系統(tǒng)選型需了解各系統(tǒng)件

5、的原理和特性四通閥：八、其它制冷配件四通閥結(jié)構(gòu)爆炸圖（主閥）四通閥：八、其它制冷配件四通閥中先結(jié)構(gòu)爆炸圖（先導(dǎo)閥）四通閥：八、其它制冷配件四通閥制冷工作原理 一、制冷循環(huán)(線圈斷電狀態(tài))Cooling cycle （Coil De-Energized）壓縮機(jī)低壓流體Low Pressure高壓流體High Pressure先導(dǎo)滑閥 Pilot Slide Valve壓縮彈簧 Compress Spring 毛細(xì)管 Capillary Tube右活塞腔 Right Piston Chamber主滑閥 Body Slide Valve左活塞腔 Left Piston Chamber 當(dāng)電磁線圈處于

6、斷電狀態(tài)，先導(dǎo)滑閥在壓縮彈簧驅(qū)動(dòng)下左移，高壓流體進(jìn)入毛細(xì)管后進(jìn)入右活塞腔。另一方面，左活塞腔的流體由于和S管相通，受壓縮機(jī)抽吸而排出；使活塞兩端產(chǎn)生壓力差，活塞及主滑閥左移，使E、S接管相通，D、C接管相通，于是形成制冷循環(huán)，制冷劑流向如右圖所示。CompressorInside evaporatorOutside condenser室外機(jī)組室內(nèi)機(jī)組pilot valveValve BodySolenoid Coil圖1（制冷循環(huán)）四通閥：Compressor室內(nèi)機(jī)組室外機(jī)組Solenoid CoilValve BodyPilot Valve二、制熱循環(huán)(線圈通電狀態(tài))Heating Cycl

7、e （Coil Energized）Inside evaporatorOutside condenser低壓流體Low Pressure高壓流體High Pressure先導(dǎo)滑閥 Pilot Slide Valve壓縮彈簧 Compress Spring 毛細(xì)管 Capillary Tube右活塞腔 Right Piston Chamber主滑閥 Body Slide Valve左活塞腔 Left Piston Chamber 當(dāng)電磁線圈處于通電狀態(tài)，先導(dǎo)滑閥在電磁線圈產(chǎn)生的磁力作用下，克服壓縮彈簧的彈力而右移，高壓流體進(jìn)入毛細(xì)管后進(jìn)入左活塞腔。另一方面，右活塞腔的流體由于和S管相通，受壓縮機(jī)

8、抽吸而排出；使活塞兩端產(chǎn)生壓力差，活塞及主滑閥右移，使C、S接管相通，D、E接管相通，于是形成制熱循環(huán)，制冷劑流向如右圖所示。圖2（制熱循環(huán)）八、其它制冷配件四通閥制熱工作原理四通閥：液體比氣體非常容易通過(guò)，氣體流動(dòng)阻力液體流動(dòng)阻力，毛細(xì)管有自補(bǔ)償特點(diǎn)，停機(jī)后，壓縮機(jī)與蒸發(fā)器內(nèi)壓力能很快自平衡。過(guò)冷度對(duì)毛細(xì)管的流量影響較大。合理選擇：在規(guī)定的TK、T0下，使毛細(xì)管的阻力足以在毛細(xì)管進(jìn)口處保持一個(gè)液封，而又無(wú)過(guò)多的液體存于冷凝器內(nèi)。六、節(jié)流機(jī)構(gòu)毛細(xì)管系統(tǒng)選型需了解各系統(tǒng)件的原理和特性毛細(xì)管：系統(tǒng)選型需了解各系統(tǒng)件的原理和特性系統(tǒng)流量計(jì)：加長(zhǎng)毛細(xì)管和增加灌注量都會(huì)使過(guò)冷度降低，但不一定能使整機(jī)制冷

9、量增加系統(tǒng)選型需了解各系統(tǒng)件的原理和特性分液頭：分液器組件設(shè)計(jì)：進(jìn)管長(zhǎng)度一般為射流環(huán)長(zhǎng)度的5倍以上較好。氣液兩相流速較大，分體機(jī)使用時(shí)存在向心力，沒(méi)有射流環(huán)或射流孔太小或者進(jìn)管折彎半徑太小、折彎角度太小，都容易產(chǎn)生向心作用，流量趨于外壁，造成分液不均勻。系統(tǒng)選型需了解各系統(tǒng)件的原理和特性系統(tǒng)選型需了解各系統(tǒng)件的原理和特性系統(tǒng)仿真（含流量模擬）系統(tǒng)選型需了解各系統(tǒng)件的原理和特性換熱器蒸發(fā)器：1、蒸發(fā)器的換熱量隨著支路數(shù)增加先升后降，存在最佳支路數(shù)；而冷凝器隨支路數(shù)增加而減?。?、蒸發(fā)器壓降（沿程阻力導(dǎo)致的壓損）一般比冷凝器大；低溫區(qū)對(duì)壓降更敏感，支路數(shù)減少時(shí)壓降增加，這時(shí)會(huì)抬高蒸發(fā)器進(jìn)口溫度，減

10、少了和空氣側(cè)的傳熱溫差；3、隨著支路數(shù)增加，支路內(nèi)的制冷流量會(huì)減少，傳熱溫差會(huì)隨著管壁溫均勻增加，但換熱系數(shù)會(huì)隨每個(gè)支路內(nèi)的流量減少而減少。換熱量存在最佳平衡點(diǎn)。系統(tǒng)選型需了解各系統(tǒng)件的原理和特性換熱器冷凝器：1、冷凝器的支路數(shù)增大時(shí)，壓降基本相同，加上高溫高壓區(qū)對(duì)壓降不敏感；2、冷凝器支路數(shù)減少時(shí)，溫差場(chǎng)基本相同，但傳熱系數(shù)變化較大；3、冷凝器的傳熱溫差在過(guò)熱段較大，傳熱系數(shù)是兩頭小，中間大。而傳熱系數(shù)是制約冷凝器換熱量的主導(dǎo)因素。同時(shí)注意某些冷凝器分氣管流量分布：對(duì)可泡水冷凝器，右邊排管方式2根管和水接觸，換熱較好重要的數(shù)據(jù)二次處理和分析如何利用數(shù)據(jù)分析提高風(fēng)道系統(tǒng)復(fù)熱（進(jìn)口溫度和排氣相當(dāng)

11、，出口溫度一般在39-41度間，進(jìn)出口太近，在制冷時(shí)溫差過(guò)大產(chǎn)生復(fù)熱）影響冷出溫度，從而影響過(guò)冷度和壓力降，最終影響整機(jī)換熱量。系統(tǒng)優(yōu)化案例分享案例1：風(fēng)場(chǎng)分布 對(duì)整機(jī)分路設(shè)計(jì)影響很大，建議對(duì)某個(gè)殼體不熟悉的時(shí)候，尋找風(fēng)場(chǎng)測(cè)試數(shù)據(jù)或自行測(cè)試進(jìn)出風(fēng)風(fēng)速分布，有條件可以用熱成像儀進(jìn)行估計(jì)參考，作為仿真分析的結(jié)果核對(duì)。然后根據(jù)溫度場(chǎng)分布進(jìn)行分路設(shè)計(jì)，再采用換熱器模擬軟件進(jìn)行計(jì)算校核。最后通過(guò)1組實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)確定仿真基型。系統(tǒng)優(yōu)化案例分享案例2：系統(tǒng)優(yōu)化案例分享分體蒸發(fā)器流路設(shè)計(jì)對(duì)以下蒸發(fā)器分路（進(jìn)在迎風(fēng)面），進(jìn)風(fēng)方向如圖，在制冷時(shí)復(fù)熱影響不大；制熱時(shí)，圖示的出16溫度高，進(jìn)16溫度低，按進(jìn)風(fēng)方向，復(fù)熱影

12、響有限，但如果按圖2，將進(jìn)出口調(diào)轉(zhuǎn)（如制熱時(shí)），則順著風(fēng)向，將高溫的出16（約70C）熱量直接帶給低溫的進(jìn)16（約33C），溫差有30多度，極易造成復(fù)熱的影響，對(duì)系統(tǒng)過(guò)冷度造成影響，從而影響整機(jī)性能。案例3：系統(tǒng)優(yōu)化案例分享分體蒸發(fā)器流路設(shè)計(jì)根據(jù)蒸發(fā)器換熱特性，進(jìn)入分液頭前為氣液兩相，液體比例大，流速相對(duì)低，進(jìn)入蒸發(fā)器換熱時(shí)結(jié)合迎風(fēng)情況，第一排換熱最充分，所以進(jìn)入時(shí)可以考慮1路走12U再分流，此時(shí)分流好處在于氣體增多，整體流速變大，需要更多的有效換熱面積（各分路），以便繼續(xù)維持液態(tài)變氣態(tài)，直到過(guò)熱。同時(shí)由于流速加大，經(jīng)過(guò)蒸發(fā)器的時(shí)間縮短，而且出口一般在第2排，風(fēng)場(chǎng)和溫度場(chǎng)都變差，即有效換熱變差

13、。所以最后的過(guò)熱氣體經(jīng)過(guò)的U管可考慮布置在風(fēng)場(chǎng)較弱處。（在5度的飽和溫度下，R410A潛熱約為顯熱的180倍！）對(duì)蒸發(fā)器：氣液兩相氣態(tài)增多體積增大分路考慮逐步分路效果更好案例4：系統(tǒng)優(yōu)化案例分享案例5：某機(jī)型常規(guī)測(cè)試數(shù)據(jù)如下：系統(tǒng)優(yōu)化案例分享案例5：其分路如右圖：對(duì)分路進(jìn)行優(yōu)化分析，從而設(shè)計(jì)換熱器：測(cè)試后側(cè)進(jìn)風(fēng)：系統(tǒng)優(yōu)化案例分享案例5：根據(jù)參考數(shù)據(jù)在壓焓圖上描點(diǎn)：系統(tǒng)優(yōu)化案例分享案例5：用EES軟件建立系統(tǒng)參數(shù)進(jìn)行計(jì)算，主要依據(jù) Qe=G（h1-h6）并修正。系統(tǒng)優(yōu)化案例分享案例5：用EES軟件建立系統(tǒng)參數(shù)：系統(tǒng)優(yōu)化案例分享案例5：用EES軟件建立系統(tǒng)參數(shù)：系統(tǒng)優(yōu)化案例分享案例5：用EES軟件

14、計(jì)算已有的數(shù)據(jù)的結(jié)果：系統(tǒng)優(yōu)化案例分享案例5：改變不同數(shù)據(jù)進(jìn)行分析（如改變壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速），可以看到系統(tǒng)在一些參數(shù)變化下的結(jié)果變化，從而優(yōu)化整機(jī)系統(tǒng)。系統(tǒng)可靠性考慮注意：除了性能優(yōu)化，系統(tǒng)還要關(guān)注可靠性，只有滿足可靠性的性能優(yōu)化，才算得上是完整的系統(tǒng)方案：吸氣過(guò)熱度、回液：系統(tǒng)設(shè)計(jì)要在任何工況下考慮吸氣過(guò)熱度，防止液擊導(dǎo)致壓縮機(jī)損壞，如下圖，吸氣進(jìn)入儲(chǔ)液罐時(shí)為紅色線路，在低溫工況下可能帶液，但由內(nèi)部吸氣管吸氣則一定要是氣態(tài)（綠色線路），否則容易產(chǎn)生液擊。制冷劑過(guò)多時(shí)，低溫時(shí)開(kāi)機(jī)瞬間儲(chǔ)液罐會(huì)滿液，然后系統(tǒng)平衡時(shí)才會(huì)逐漸降低液面高度壓縮機(jī)底部油面壓縮機(jī)底部油面系統(tǒng)可靠性考慮分體機(jī)長(zhǎng)連接管、高落差及回油

15、（50米管，25米高落差）工況高壓低壓冷進(jìn)冷中冷出排氣回氣油面穩(wěn)定時(shí)間穩(wěn)定位置備注額定制熱20.95-2.90.513.3105-4.72min 滿最大制熱23.86.26.081.918.1127-2.53.5min滿85%電壓通過(guò)最大制熱25.46.17.45.921122.51.43min滿110%電壓通過(guò)惡劣除霜13.83.8-6.5-5.31.590-14.6滿通過(guò)低溫制熱12.42.9-19.6-17.5-6.384.4-22.77min滿凍12小時(shí)啟動(dòng)12.23.3-11.1-13.1-4.693.4-21滿85%電壓運(yùn)行11.83.2-11.2-13.5-5.694.6-18.7滿110%電壓運(yùn)行額定制冷3.8834842.590-2.7滿最小制冷3.461.434.525.3