制冷系统模拟和案例

1、制冷系统模拟和案例分析制冷系统模拟和案例分析 Wmk98 2015.11.30Wmk98 2015.11.30 目录 常用系统模拟软件介绍常用系统模拟软件介绍2 系统选型需了解各系统件的原理和特性系统选型需了解各系统件的原理和特性3 重要的数据二次处理和分析重要的数据二次处理和分析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 系统优化案例分享系统优化案例分享5 系统可靠性考虑系统可靠性考虑6 仿真分析基本流程和需求分析 按需建 立仿真 模型 标定仿 真模型 根据测 试数据 修正 在模型 上输入 不同参 数分析 根据关 键参数 调整优 化 不用拘 泥于软 件 通过之前的 经验数据

2、验 证模板 调整流路时 要以基础数 据修正 数据2次处理 非常重要， 图表直观 后处理：目 标最优化 仿真分析基本流程和需求分析 系统模拟需求： 1、其它不变，流路优化； 2、换热器压降（关系到判断是否过热)、连接管压损; 3、压缩机选型判断; 4、影响整机性能关键因素：过冷度？流量？冷凝侧换热温差？ 5、各零件最优化叠加？成本最优？ 6、内外换热器搭配是否失衡？ 7、根据额定制冷量估计判断高温制冷量？ 重要建议： 挤出时间来分析、坚持数据分析的习惯、分析后无法得到效果时心态要正 确（仿真不是万能的，但能锻炼思维和养成对数据敏感的习惯） 提醒：目前不存在一键式分析系统的超级软件！ 换热器流路计

3、算软件 系统制冷循环状态参数计算 常用系统模拟软件介绍 空气参数计算 整机系统汇总集成 常用系统模拟软件介绍 常用系统模拟软件介绍 常用系统模拟软件介绍 常用系统模拟软件介绍 常用系统模拟软件介绍 常用系统模拟软件介绍 例子计算 列方程计算 结果结果 数据研究数据研究 常用系统模拟软件介绍 常用系统模拟软件介绍 二、空调原理制冷循环和压焓图关系 压力(Mpa) 焓(kJ/kg) 压縮行程 等熵线 过冷度 約 膨胀行程 过熱度約 制冷原理： 系统选型需了解各系统件的原理和特性 系统选型需了解各系统件的原理和特性 冷凝温度 圧縮比 排气温度 制冷効果 压缩机功率 能效比 蒸发温度圧縮比 排气温度

4、制冷効果 制冷量 EER 0 5 10 15 20 25 -25-20-15-10-50 蒸发温度（） 制 冷 量 （KW) 压缩机能力 蒸发器大 蒸发 器中 蒸发器小 四、制冷压缩机滚动转子式压缩机结构 单转子压缩机双转子压缩机 系统选型需了解各系统件的原理和特性 旋转压缩机： 四、制冷压缩机滚动转子式工作原理 转子的主轴在原动机拖动下旋转 时，偏心转子紧贴着汽缸内壁面回转， 造成月牙状空间容积周期性的变化， 完成吸排气和压缩过程。 旋转压缩机： 系统选型需了解各系统件的原理和特性 制冷剂R410A 转子式压缩机容积效率为：0.70.9，取0.8； 压缩比越大，其值越小 输气量要求：输气量要

5、求： 质量流量 体积流量 理论输气量 选用的压缩机: 凌达QXA-B096 注：需要选用比理论输气量大约10%的压缩机 旋转压缩机选型： 系统选型需了解各系统件的原理和特性 八、其它制冷配件四通阀结构 电磁线圈 四通阀本体 主阀 先导阀 系统选型需了解各系统件的原理和特性 四通阀： 八、其它制冷配件四通阀结构 爆 炸 图 （主阀） 四通阀： 八、其它制冷配件四通阀中先结构 爆 炸 图 （先导阀） 四通阀： 八、其它制冷配件四通阀制冷工作原理 一、制冷循环(线圈断电状态) Cooling cycle （Coil De-Energized） 压缩机 低压流体 Low Pressure 高压流体 H

6、igh Pressure 先导滑阀 Pilot Slide Valve 压缩弹簧 Compress Spring 毛细管 Capillary Tube 右活塞腔 Right Piston Chamber 主滑阀 Body Slide Valve 左活塞腔 Left Piston Chamber 当电磁线圈处于断电状态，先导滑阀在压 缩弹簧驱动下左移，高压流体进入毛细管后 进入右活塞腔。另一方面，左活塞腔的流体 由于和S管相通，受压缩机抽吸而排出；使活塞 两端产生压力差，活塞及主滑阀左移，使E、S 接管相通，D、C接管相通，于是形成制冷循环， 制冷剂流向如右图所示。 Compressor Ins

7、ide evaporator Outside condenser 室外机组 室内机组 pilot valve Valve Body Solenoid Coil 图1（制冷循环） 四通阀： Compressor 室内机组 室外机组 Solenoid Coil Valve Body Pilot Valve 二、制热循环(线圈通电状态) Heating Cycle （Coil Energized） Inside evaporator Outside condenser 低压流体 Low Pressure 高压流体 High Pressure 先导滑阀 Pilot Slide Valve 压缩弹簧 C

8、ompress Spring 毛细管 Capillary Tube 右活塞腔 Right Piston Chamber 主滑阀 Body Slide Valve 左活塞腔 Left Piston Chamber 当电磁线圈处于通电状态，先导滑阀在电 磁线圈产生的磁力作用下，克服压缩弹簧的弹 力而右移，高压流体进入毛细管后进入左活塞 腔。另一方面，右活塞腔的流体由于和S管 相通，受压缩机抽吸而排出；使活塞两端产生压 力差，活塞及主滑阀右移，使C、S接管相通，D 、E接管相通，于是形成制热循环，制冷剂流向 如右图所示。 图2（制热循环） 八、其它制冷配件四通阀制热工作原理 四通阀： 液体比气体非常

9、容易通过，气体流动阻力液体流动阻力，毛细管有自补偿特点， 停机后，压缩机与蒸发器内压力能很快自平衡。 过冷度对毛细管的流量影响较大。 合理选择：在规定的TK、T0下， 使毛细管的阻力足以在毛细管进 口处保持一个液封，而又无过多 的液体存于冷凝器内。 六、节流机构毛细管 系统选型需了解各系统件的原理和特性 毛细管： 系统选型需了解各系统件的原理和特性 系统流量计： 加长毛细管和增加灌注量 都会使过冷度降低，但不 一定能使整机制冷量增加 系统选型需了解各系统件的原理和特性 分液头： 分液器组件设计：进管长度一般为射流环长度的5倍以上较好。 气液两相流速较大，分体机使用时存在向心 力，没有射流环或射

10、流孔太小或者进管折弯 半径太小、折弯角度太小，都容易产生向心 作用，流量趋于外壁，造成分液不均匀。 系统选型需了解各系统件的原理和特性 系统选型需了解各系统件的原理和特性 系统仿真（含流量模拟） 系统选型需了解各系统件的原理和特性 换热器蒸发器： 1、蒸发器的换热量随着支路数增加先升后降，存在最佳支路数；而冷凝器随支路数增加 而减小； 2、蒸发器压降（沿程阻力导致的压损）一般比冷凝器大；低温区对压降更敏感，支路数 减少时压降增加，这时会抬高蒸发器进口温度，减少了和空气侧的传热温差； 3、随着支路数增加，支路内的制冷流量会减少，传热温差会随着管壁温均匀增加，但换 热系数会随每个支路内的流量减少而

11、减少。换热量存在最佳平衡点。 系统选型需了解各系统件的原理和特性 换热器冷凝器： 1、冷凝器的支路数增大时，压降基本相同，加上高温高压区对压降不敏感； 2、冷凝器支路数减少时，温差场基本相同，但传热系数变化较大； 3、冷凝器的传热温差在过热段较大，传热系数是两头小，中间大。而传热系数是制约冷 凝器换热量的主导因素。 同时注意某些冷凝器分气管流量分布： 对可泡水冷凝器，右边排管方式 2根管和水接触，换热较好 重要的数据二次处理和分析 如何利用数据分 析提高风道系统 复热（进口温度和排气相当，出口温度一般 在39-41度间，进出口太近，在制冷时温差 过大产生复热）影响冷出温度，从而影响过 冷度和压

12、力降，最终影响整机换热量。 系统优化案例分享 案例1： 风场分布 对整机分路设计影响很大，建议对某个 壳体不熟悉的时候，寻找风场测试数据或自行测 试进出风风速分布，有条件可以用热成像仪进行 估计参考，作为仿真分析的结果核对。然后根据 温度场分布进行分路设计，再采用换热器模拟软 件进行计算校核。最后通过1组实验数据确定仿真 基型。 系统优化案例分享 案例2： 系统优化案例分享 分体蒸发器流路设计 对以下蒸发器分路（进在迎风面），进风方向如图，在制冷时复热影响不大；制热时，图示的 出16温度高，进16温度低，按进风方向，复热影响有限，但如果按图2，将进出口调转（如 制热时），则顺着风向，将高温的出

13、16（约70C）热量直接带给低温的进16（约33C）， 温差有30多度，极易造成复热的影响，对系统过冷度造成影响，从而影响整机性能。 案例3： 系统优化案例分享 分体蒸发器流路设计 根据蒸发器换热特性，进入分液头前为气液两相，液体比例大，流速相对低，进入蒸发器换热 时结合迎风情况，第一排换热最充分，所以进入时可以考虑1路走12U再分流，此时分流好处 在于气体增多，整体流速变大，需要更多的有效换热面积（各分路），以便继续维持液态变气 态，直到过热。同时由于流速加大，经过蒸发器的时间缩短，而且出口一般在第2排，风场和温 度场都变差，即有效换热变差。所以最后的过热气体经过的U管可考虑布置在风场较弱处

14、。 （在5度的饱和温度下，R410A潜热约为显热的180倍！） 对蒸发器：气液两相气态增多体积增大分路考虑逐步分路效果更好 案例4： 系统优化案例分享 案例5： 某机型常规测试数据如下： 系统优化案例分享 案例5： 其分路如右图： 对分路进行优化分析，从而设计换热器： 测试后侧进风： 系统优化案例分享 案例5： 根据参考数据在压焓图上描点： 系统优化案例分享 案例5： 用EES软件建立系统参数进行计算，主要依据 Qe=G（h1-h6）并修正。 系统优化案例分享 案例5： 用EES软件建立系统参数： 系统优化案例分享 案例5： 用EES软件建立系统参数： 系统优化案例分享 案例5： 用EES软件

15、计算已有的数据的结果： 系统优化案例分享 案例5： 改变不同数据进行分析（如改变压缩机转速），可以看到 系统在一些参数变化下的结果变化，从而优化整机系统。 系统可靠性考虑 注意：除了性能优化，系统还要关注可靠性，只有满足可靠性的 性能优化，才算得上是完整的系统方案： 吸气过热度、回液：系统设计要在任何工况下考虑吸气过热度，防止液击导致压缩机损坏 ，如下图，吸气进入储液罐时为红色线路，在低温工况下可能带液，但由内部吸气管吸气 则一定要是气态（绿色线路），否则容易产生液击。 制冷剂过多时，低温时开机瞬间储液罐会满 液，然后系统平衡时才会逐渐降低液面高度 压缩机底部油面压缩机底部油面 系统可靠性考虑

16、 分体机长连接管、高落差及回油（50米管，25米高落差） 工况高压低压冷进冷中冷出排气回气油面稳定时间稳定位置备注 额定制热20.95-2.90.513.3105-4.72min 满 最大制热23.86.26.081.918.1127-2.53.5min满85%电压通过 最大制热25.46.17.45.921122.51.43min满 110%电压通 过 恶劣除霜13.83.8-6.5-5.31.590-14.6满通过 低温制热 12.42.9-19.6-17.5-6.384.4-22.77min满冻12小时启动 12.23.3-11.1-13.1-4.693.4-21满85%电压运行 11.83.2-11.2-13.5-5.694.6-18.7满 110%电压运 行 额定制冷3.8834842.590-2.7满 最小制冷3.461.434.52