风冷热泵冷热水机组结霜工况下工作过程动态仿真及实验验证个旧

风冷热泵冷热水机组结霜工况下工作过程动态仿真及实验验证

风冷热泵冷热水机组结霜工况下工作过程动态仿真及实验验证 2011： 　符　号　　——质量流量，kg/s　　Q——换热量，kW　　S——拉氏变换因子　　ρ——密度，kg/m3　　λ——输气系数，导热系数，W/(m.K)　　P——压力，Pa　　F——面积，m2　　h——比焓，kJ/kg　　Vh——理论排气量，m3/s　　T——温度，K　　m——质量，kg　　δ——间隙、厚度，m下　标　　a——空气；in——进口；　　out——出口；o——初始；　　g——汽体；l——液体1　前言　　在我国，风冷热泵冷热水机组作为中央空调的冷热源使用已有10多年历史，从发展的过程看，存在着对风冷热泵冷水机组的理论与实验研究落后于应用的情况，在风冷热泵冷热水机组的使用中也出现了一些问题，如：压缩机烧毁；机组运行的可靠性有待进一步提高；机组的结霜工况下的性能不理想；制热效果较差；产品样本上的指标不能真实反映机组的实际运行特性等。为此，原机械工业部发布的《机械工业重点开发产品指南》中对风冷热泵冷热水机组的性能提出了具体的要求：(1)机组的名义工况制冷性能系数为：＞2500W/kW；(2)在-10℃环境温度下能稳定运行；(3)噪声≤74dB；(4)全电脑控制，智能除霜。为了开发出符合上述要求的产品，必须加强风冷热泵冷热水机组的理论与实验研究，特别是机组在低温和结霜条件下工作特性的研究。目前的困难在于缺乏适应中、大型风冷热泵冷热水机组工况实验的人工环境实验条件，无法正确预测所设计和制造的产品的性能，严重制约了产品质量的提高。采用计算机仿真的方法研究制冷系统的动态和稳态特性，可以减少对实验的依赖，并有效地预测产品的性能［1～4］，但目前还没有人采用动态分布参数模型对中、大型风冷热泵冷热水机组的工作过程进行动态仿真。　　为此，笔者针对风冷热泵冷热水机组的不同部件，采用动态集中参数与分布参数相结合的方法建立了风冷热泵冷热水机组工作过程的仿真模型。模型考虑了全封闭压缩机的壳内换热、异种工质充注的热力膨胀阀的特点。对风侧换热器，针对其结构尺寸大，迎面不同层面上气流参数的变化，及随着霜层的发展对风机特性的影响，而使迎面风速发生的变化，利用大气环境的现场实验，获取了风冷热泵冷热水机组结霜工况下的性能变化［5］，并与仿真结果进行了对比。2　风冷热泵冷热水机组仿真模型的建立2.1　压缩机模型　　被仿真的风冷热泵冷热水机组采用了Copland公司的QR15型全封闭活塞式压缩机，对压缩机采用集中参数方法建模，并考虑壳内换热。压缩机的质量流量为：　(1)　　压缩机的壳内换热有：电极放热Q1，压缩机摩擦发热Q2，制冷剂通过缸壁的放热Q3，高温排气在壳内的放热Q4，壳体表面放热Q5，制冷剂进气吸热Q6，并且满足以下热平衡方程：　(2)2.2　热力膨胀阀模型　　被仿真机组使用了Alco公司的TCLE10HW异种工质充注的热力膨胀阀，问题 在于不知道感温包内充注的工质，通过利用Alco公司提供的静态过热度曲线，及弹簧的弹性实验，采用最小二乘法拟合了感温包内工质压力与温度的关系：P=4.7583+1.2080(t+1.0429)+152.9477×(t+1.0429)2+2.3116(t+1.0429)3-0.2258(t+1.0429)4　(3)　　采用一阶惯性延迟的方法表示制冷剂蒸发器出口过热度与感温包内工质过热度的关系［6］：　(4)　　通过热力膨胀阀的质量流量为：　(5)2.3　水侧换热器(冷凝器)与储液器模型　　被仿真的风冷热泵冷热水机组采用立式盘管式水侧换热器，制热时作为冷凝器使用，由于水侧换热器与储液器间的制冷剂质量流量要通过联立求解两个部件模型得到。故将两个部件模型一同考虑，针对立式盘管式换热器的型式，采用集中参数模型建模。2.3.1　水侧换热器质量守恒方程：　　液相：

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