蒸发器稳态仿真的一种改进算法

　　随着人们生活水平的提高,制冷空调系统已经在人们生活中得到普遍应用。因此,空调产品的应用和研发得到了快速发展。为了节约研发成本,提高研发效率,学者们开始将仿真技术应用于制冷空调领域,系统仿真在空调研发中的作用越来越重要。蒸发器作为系统仿真的基本单元之一,它的仿真受到国内外学者们的重视。笔者立蒸发器的稳态集中参数模型,并对加权平均温差的计算做了修正。在算法上通过能量守恒计算出冷冻水出口温度,仅须迭代计算制冷剂出口焓值,减少了计算量,节省了计算时间。

　　1 蒸发器模型的建立

　　蒸发器模型采用稳态集中参数模型,将蒸发器分为过热区、两相区,将整个蒸发器作为一个节点,换热关联式采用经验公式,换热温差采用加权平均温差。

　　1. 1 基本假设

　　为了简化模型的计算,笔者对蒸发器做了如下假设:

　　1)蒸发器为逆流换热器;

　　2)制冷剂在管内流动为沿轴向一维均相流动,管外水侧的流动亦视为一维流动;

　　3)不计管壁轴向导热;

　　4)忽略不凝气体及润滑油对流动及换热的影响;

　　5)各流体均当作不可压缩流体处理;

　　6)换热器各路分液均匀;

　　7)忽略重力对制冷剂流动的影响。

　　1. 2 数学模型的建立

　　针对上述假设,采用稳态集中参数模型建模。制冷剂在蒸发器中是相变换热,由两相区和过热区组成。在整个换热过程中能量守恒,建立能量守恒方程。

　　制冷剂侧基于焓差计算的换热量为

　　水侧基于焓差计算的换热量为

　　制冷剂侧基于温差计算的换热量为

　　式中:kw为换热器的总传热系数;mr为制冷剂进口质量流量;mw为水进口质量流量;Aout为管外换热面积;hrin和hrout分别为制冷剂进、出口焓值;hwin和hwout分别为水的进、出口焓值;$T为换热温差,$T=Twm-Trm;Trm为制冷剂平均定性温度。

　　加权平均温差主要针对制冷剂平均温度,如果直接取蒸发温度或采用对数温差,则模型无法反映过热度变化对换热的影响,故将过热区和两相区的制冷剂平均温度按各自的相区长度加权平均获得制冷剂平均温度[1]。

　　首先,假设制冷剂各段的换热量与水侧相应的各段换热量成正比,可得

　　对比各段的流动换热方程,有

　　对应文献[1]中的方程为

　　得到:是

　　式中:lSH为蒸发器过热区长度;lTP为蒸发器两相区长度;lSHc和lTPc分别为过热区和两相区长度;kSH为制冷剂蒸气换热系数;kTP为制冷剂基于两相的换热系数;kTPSH为系数;$TSH为蒸发器过热区平均温差;$TTP为蒸发器两相区平均温差。