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小型制冷装置的模拟研究
小型制冷装置的模拟研究
来源:中制冷设备网    2009-9-8
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随着人们生活质量不断提高,对居住环境的舒适度要求也越来越高,这使得家用空调的产量迅速增加,再加上其具有价格低廉、安装方便、适应性强等特点,现在年产量已突破千万,由此可见,这一部分空调器的能耗是相当可观的。因此仔细分析其制冷过程,优化制冷装置的结构参数、运行参数,对于完善制冷装置设计以及节能降耗是有着非常重要的意义的。

部件模型分析
 压缩机

对于压缩机采用类似于黑箱的建模方法,抛开具体的内部结构,根据厂家提供的性能曲线或参数表、实验数据等利用参数拟合来建立模型。

 毛细管

为便于建模,制冷剂在管中流动可分为过冷区、两相区两个部分,流动状态为一维绝热均相,忽略亚稳态流动。

过冷区

 两相区

由于毛细管中的制冷剂流量并不是随着背压的降低而一直增加,存在一个临界点,即“壅塞”,在进行流量计算时对此必须加以考虑。

壅塞流量

冷凝器

建模假设:

⑴管内制冷剂的流动为一维均相流动,不考虑压降

⑵冷凝器为逆流型换热器,管外空气流动视为一维流动,且不考虑管壁热阻

由此可将冷凝器分为过热区、两相区、过冷区,分别进行计算。

对每一微元均有下式成立,

冷剂侧 ⑿

空气侧 ⒀

微元导热 ⒁

内外换热 ⒂

总表面传热系数 ⒃

蒸发器

蒸发器与冷凝器相类似,不同的是空气流经其表面时会出现析湿,故蒸发器空气侧模型更为复杂。建模假设:⑴制冷剂与空气处于逆流状态,析湿系数保持不变

⑵忽略过热区压降,不考虑管壁热阻

将蒸发器分为两相区、过热区进行计算。

对每一微元均有下式成立,

冷剂侧 ⒄

压降 ⒅

空气侧 ⒆

析湿系数 ⒇

内外换热 (21)

 

 模拟结果与分析
根据以上所建立之模型,利用VB作编程进行求解,所得结果如下。

毛细管

由图1可以看出,当背压下降到一定值时,毛细管中制冷剂流量不再继续增加,而是围绕一定量作振荡,该定量即为理论分析得出的“壅塞流量”。而随着毛细管长度的增加,制冷剂流量却呈递减趋势,这是因为长度增加,制冷剂在其中流动时的流动阻力也相应增加的缘故,如图2所示。


3.2 冷凝器

反映了随着空气流量的增加,制冷剂的过冷度与换热量的变化情况。可以看出,当风量增加到一定程度时,制冷剂过冷度与换热量均不再发生变化,这是符合物理事实的。


3.3 蒸发器

反映了制冷剂换热系数沿管长的变化情况,可以看出,在两相区中的换热系数出现了最大值,并且两相区的整体换热系数要高于过热区,因此在作蒸发器设计时要尽量使制冷剂位于两相区,制冷剂的过热度不应过大。图6则是空气侧的换热系数随管长的变化情况,可以看出,换热系数呈递增趋势,这是因为空气与换热管壁的换热温差越来越小。

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