多联式空调制冷系统动态仿真的研究

随着科技的进步和社会经济社会发展水平的提高，人民的生活水平不断提高，多联式制冷空调技术在人们日常生活和工农业生产中得到越来越广泛的应用，使得社会对多联式制冷空调设备的安装、调试、维修以及管理人员的需求不断增加，为了加快多联式制冷空调的安装、调试、维修和管理人才的培养，降低传统培训方法中出现的各种问题，多联式制冷空调动态仿真系统应运而生。

一、多联式制冷空调动态仿真系统特点

多联式制冷空调仿真系统采用了变量调节以及负荷变化。相比于传统的空调有明显的节能性、舒适性优势。也具有使用灵活、可以独立控制、扩展性良好、占用空间小的特点。多联式制冷空调动态仿真系统是以计算机技术和虚拟现实技术为基础，实现对实际制冷空调系统及其工作状态的计算机模拟仿真，它是一个将计算机虚拟技术应用到制冷空调操作培训的一款仿真应用软件，利用它进行制冷空调系统的学习和培训，可以帮助人们掌握有关理论，提高操作水平，提高制冷系统学习效果。多联式制冷空调动态仿真系统作为一个制冷式空调的应用软件，它可以安装在windows2000及以上的操作系统上，分为单机版和网络版两个版本，其中单机版只需在一台微机上进行，其模拟操作过程在一个显示器模拟仿真面板上进行。制冷系统的内部结构和实际工作流程可以通过三维动画进行演示。压缩机以及膨胀阀利用稳态模型，而对于冷凝器和蒸发器则利用了动态仿真模型。

二、多联式制冷空调数学仿真模型

压缩机、冷凝机、膨胀阀、高压储备液体机、蒸发器以及气液分离器是多联式制冷空调系统的关键部分。压缩机、冷凝机、膨胀阀以及蒸发器作为制冷系统的四大部件，在传统空调动态仿真模型中得到了广泛研究。下面分别介绍了压缩机、冷凝机、膨胀阀、蒸发器等仿真模型。

1．冷凝机仿真模型

换热器属于分区模型，多联式制冷空调系统的冷凝机可以分为三个段区，即过热段、过冷段、两相段。多联式制冷空调系统的蒸发器只有过热段以及两相段，对此可以获得与分布参数相似的精度，和分别参数模型一比，在计算速度上也有很大地提高。所以分区段模型采用的移动边界法，可以用来建立冷凝器动态仿真模型。冷凝器的动态仿真模型需要满足以下必需的假设条件：一是制冷剂要沿着水平管道做一维流动，在这个过程中两相段需要保持热力平衡状态，不考虑压力损失带来的影响。二是空气做一维运动，保持空气的物性均匀。三是不考虑管壁轴向带来的导热作用。然后，根据制冷剂的质量守恒定理、能量守恒定理以及管壁能量守恒，得出整理后公式。

2．压缩机仿真模型

多联式空调压缩机运转很快，动态的变化时间远小于多联式空调制冷系统的时间常数。这样一来，就需要在制冷系统仿真模型上，进行稳态模型的计算。

3．膨胀阀仿真模型

多联式制冷空调系统的电子的膨胀阀具有很快的动作响应速度，它在动作响应的过程中，对制冷系统过程的影响几乎可以忽略掉。所以，稳态的仿真模型一般也适用于多联式制冷空调系统的电子膨胀阀。电子膨胀阀的制剂流量以及出口焓值可以根据膨胀阀流量公式得出。

4．蒸发器仿真模型

多联式制冷空调系统的蒸发器和冷凝器类似，都采用移动边界类型的分区模式。对于多联式制冷空调系统蒸发器的过热段和两相段，可以建立制冷剂质量方程以及管壁能量守恒方程。当多联式制冷空调系统需要多个蒸发器进行并联工作时，需要根据制冷剂质量方程以及管壁能量守恒方程、质量守恒定理公式建立多个蒸发器仿真模型。蒸发器个数发生改变时，可以在制冷剂质量方程以及管壁能量守恒方程、质量守恒定理公式中很容易的实现，也可以表现出流体模型扩展性很强的特点。多个冷凝器在多联式制冷空调系统中的并联，也可以根据制冷剂质量方程以及管壁能量守恒方程、质量守恒定理公式进行建模。

5．高压储液器模型以及气液分离器模型

对于多联式制冷空调系统中的高压储液器模型，可以忽略掉能量损失。流出和流入的液态制冷剂也是不可压缩的，可以根据公式表现出多联式制冷空调系统中的高压储液器模型的质量守恒方程。多联式制冷空调系统中的气液分离器具有独特的特征，出口为饱和的蒸汽或者过热的蒸汽。对于多联式制冷空调系统中气液分离器的建模也需要根据制冷剂质量守恒方程以及管壁能量守恒方程。在建模过程中还需要考虑到蒸发器到气液分离器损失的压力。

三、多联式制冷空调系统动态仿真模型的实验分析与验证

在整个多联式制冷空调系统中，系统的运行状态跟着压缩机的频率产生变化，多联式制冷空调系统动态仿真结果可以和实验的数据变化趋势保持一致，多联式制冷空调系统动态仿真结果也可以在定量比较中和实验数据保持相似的精度。例如，排气的温度最大误差不超过3摄氏度。多联式制冷空调系统的过热度和室内机的过热度保持1摄氏度的最大误差。对于蒸发压力的误差最大不超过0.2*100000Pa，蒸发压力带来的蒸发温度误差保持在1摄氏度内。冷凝压力可以和过冷度保持很小的误差，当多联式制冷空调系统的压缩机频率超过75Hz，多联式制冷空调系统的变化趋势加大，冷凝误差达到0.3*100000Pa，蒸发压力带来的蒸发温度误差保持在1摄氏度内。由于冷凝压力以及过冷度在多联式制冷空调系统中都有很高的震荡频率，导致多联式制冷空调系统内存有大量的不凝气体，多联式制冷空调系统动态仿真模型中还不能确定是否存有大量不凝气体的情况。仿真的结果稳定时间少于系统实际稳定的时间，这与仿真建模忽略的管路有关。对于多联式制冷空调系统动态仿真模型的定量比较，可能会由传热系数、流量系统的误差影响到多联式制冷空调系统动态仿真模型的误差。这就需要多联式制冷空调系统动态仿真模型进行更高层次的提高。在多联式制冷空调系统动态仿真模型的定性比较中，可以实现与多联式制冷空调系统实际效果的一致，表明多联式制冷空调系统动态仿真模型可以用来分析验证多联式制冷空调系统的动态变化。

总结：

多联式制冷空调系统动态仿真模型具有开发性、可扩展性的特点，这样一来，可以使多联式制冷空调系统动态仿真模型更好的适应多联式制冷空调系统结果的变化，也可以方便的采用精确的部件模型。在稳态变频压缩机模型、膨胀阀模型、蒸发器等模型的基础上，达到对多联式制冷空调系统进行动态的仿真计算的目的。动态模型可以精确的预测多联机变化的趋势，为多联机运行中的节能奠定了基础。