基于部件间容积法的自然循环蒸发器动态仿真
- 格式:pdf
- 大小:209.22 KB
- 文档页数:3
CFD技术在内燃机中的应用汽车学院14班鲁瑛琦44120208摘要:进入二十一世纪以来,科学技术的高速发展让内燃机实验变得更加简便。
尤其是仿真模拟软件的应用大大节省了内燃机实验的成本,提高了可操作性。
其中CFD技术运用广泛,在内燃机设计中发挥的作用也越来越重要。
本文简要介绍了内燃机工作过程数值模拟和内燃机CFD的发展历程,并介绍了内燃机CFD 的各个组成部分和缸内紊流流场的基本算法,最后指出了内燃机CFD的发展趋势。
1.CFD技术简介CFD(Computational Fluid Dynamics)是基于计算机技术的一种数值计算工具,用于求解流体的流动和传热问题。
由于CFD可以准确的给出流体流动的细节,因而可以从对流场的定量分析中发现产品设计中存在的问题,据此优化设计方案,达到改变传统产品设计过程的目的。
本文对CFD技术在内燃机设计中的应用进行了讨论。
1.1紊流运动的CFD简介内燃机的缸内气体流动是典型的紊流运动,对紊流运动的计算属于计算流体力学(CFD)的范畴。
内燃机工作过程CFD即是在紊流流动CFD的基础上,增加了对内燃机工作过程所特有的喷雾、蒸发、混合及燃烧等子模型的建立。
紊流运动的CFD是目前CFD领域困难最多但研究最活跃的领域之一。
目前关于此类的计算方法大致可分为:(1).直接数值模拟(DNS)。
运用非稳态的N-S方程对紊流进行直接计算,包括大尺度涡旋和小尺度涡旋,对高度复杂的紊流运动必须采用很小的时间和空间步长。
(2).大涡模拟(LES)。
运用非稳态N-S方程直接模拟大尺度涡旋,小涡对大涡的影响通过近似的模型来考虑。
以上两种计算方法都要求计算机有很高的处理速度和存储容量。
(3).Reynolds时均方程法。
将非稳态方程对时间作平均,在所得出的关于时均物理量非控制方程中包含了脉动量乘积的时均值等物理量,于是所得出的方程个数小于未知量的个数。
为使方程组封闭,就建立模型把未知的更高阶的时间平均值表示成较低阶的在计算中可以确定的量的函数。
A Thesis Submitted in Partial Fulfillment of the RequirementsFor the Degree of Master of EngineeringSimulation and research on surface evaporator based on MWorks plateformCandidate : Luo SixuanMajor : Refrigeration and Cryogenic EngineeringSupervisor: Prof. He GuogengHuazhong University of Science and TechnologyWuhan, Hubei 430074, P. R. ChinaDecember,2012独创性声明本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。
尽我所知,除文中已经标明引用的内容外,本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的研究成果。
对本文的研究做出贡献的个人和集体,均已在文中以明确方式标明。
本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。
学位论文作者签名:日期:年月日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定,即:学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版,允许论文被查阅和借阅。
本人授权华中科技大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索,可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。
保密□,在年解密后适用本授权书。
本论文属于不保密□。
(请在以上方框内打―√‖)学位论文作者签名:指导教师签名:日期:年月日日期:年月日摘要MWorks软件是基于Modelica语言的多领域建模平台,目前国内对此平台的开发涉及电子、电气、机械等多个领域,然而在空调制冷领域则是一片空白;另一方面,作为空调制冷装置最为重要的设备之一的蒸发器,一直以来也是众多学者研究的重要部分,利用计算机仿真技术对其运行状况进行模拟也是目前研究的主流趋势,从而能够为蒸发器的设计与优化提供可靠依据以及指明方向。
蒸发器动态特性及详细介绍蒸发器动态特性及详细介绍摘要:蒸发器是制冷和热泵系统中最重要的组成部分之一,其动态特性的模拟预测和研究无论对蒸发器本身的设计、运行还是对整个制冷热泵系统的优化和控制都具有十分重要的意义。
本文以逆流套管式蒸发器为研究对象,从其结构特点出发,经适当假定,运用质量、动量和能量守恒方程建立蒸发器的动态分布参数模型。
用数值方法对模型方程进行离散求解。
得到并分析了动态过程中蒸发器制冷剂侧及水侧各主要参数的沿程分布及其随时间的变化情况。
关键词:蒸发器动态模拟动态分布参数0 引言制冷与热泵技术与人们日常生活的关系越来越密切,尤其是近年来随着国民经济和人民生活水平的提高,制冷和热泵行业发展迅速,与此同时也造成电耗、燃料消耗的大幅度增加,缺电、缺油、缺煤等信息见诸报端的频率不断升级。
据统计,暖通空调能耗约占我国总能耗的22.75%,并有逐渐上升的趋势。
在我国经济保持快速增长的同时,重要能源的紧缺正逐步成为制约我国经济发展的瓶颈,因此,开发和研制高性能、低能耗的制冷、热泵系统是该技术领域的重要课题之一,也是“可持续发展”国策的迫切要求。
而蒸发器是制冷、热泵装置中最重要的组成部分之一,它的运行状况直接关系到整个系统性能的优劣,因此,蒸发器的研究一直受到国内外学者的密切关注。
蒸发器动态分布参数模型的建立实际上,整个制冷、热泵装置均是在动态下工作,纯粹的稳态工况是不存在的。
到目前为止,对制冷系统所建立的理论模型中大部分是基于稳态工况下做出的。
为对整个制冷、热泵系统的实际运行过程机理有充分的理解,提高系统各部件及系统的效率,实现制冷、热泵系统的最佳匹配及最优控制等,必须建立能描述整个系统的动态数学模型。
作为制冷系统的关键设备——换热器仍是研究者们历来研究的重点,其动态性能对整个制冷、热泵系统性能起至关重要的作用。
因此,换热器的动态模型已成为整个制冷、热泵系统动态模拟水平高低的一个重要标志。
在制冷、热泵装置中,换热器包括蒸发器和冷凝器,二者的研究有相似之处,但也有很大不同。
制冷原理与设备循环思考题与练习题1. 蒸气压缩制冷循环系统主要由哪些部件组成,各有何作用?2. 蒸发器制冷剂的汽化过程是蒸发吗?3. 制冷剂在蒸气压缩制冷循环中,热力状态是如何变化的?4. 制冷剂在通过节流元件时压力降低,温度也大幅下降,可以认为节流过程近似为绝热过程,则制冷剂降温时的热量传给了谁?5. 制冷剂在制冷循环中扮演了什么角色?6. 单级蒸气压缩式制冷理论循环有哪些假设条件?7. 试画出单级蒸气压缩式制冷理论循环的lg p-h图,并说明图中各过程线的含义。
8. R22的压力为0.1MPa,温度为10℃。
求该状态下R22的比焓、比熵和比体积。
分别采用R22和R717为制冷剂,试求其工作时理论循环的性能指标。
11. 一台单级蒸气压缩式制冷机,工作在高温热源温度为40℃,低温热源温度为-20℃下,试求分别用R134a和R22工作时,理论循环的性能指标。
12. 有一单级蒸气压缩式制冷循环用于空调,假定为理论制冷循环,工作条件如下:蒸发温度t0=5℃,冷凝温度t k=40℃,制冷剂为R134a。
空调房间需要的制冷量是3kW,试求:该理论制冷循环的单位质量制冷量q0、制冷剂质量流量q m、理论比功w0、压缩机消耗的理论功率P0、制冷系数e0和冷凝器热负荷Q k。
13. 单级蒸气压缩式制冷实际循环与理论循环有何区别?14. 什么叫有效过热?什么叫有害过热?有效过热对哪些制冷剂有利,对哪些制冷剂有利?15. 什么是回热循环?它对制冷循环有何影响?16. 压缩机吸气管道中的热交换和压力损失对制冷循环有何影响?17. 试分析蒸发温度升高、冷凝温度降低时,对制冷循环的影响。
18. 制冷工况指的是什么?为什么说一台制冷机如果不说明工况,其制冷量是没有意义的?制冷剂与载冷剂思考题1. 制冷剂的作用是什么?2. 按ASHRAE的规定制冷剂是怎样分类的?3. 什么是共沸制冷剂?4. 无机化合物制冷剂的命名是怎样的?5. 选择制冷剂时有哪些要求?6. 家用的冰箱、空调用什么制冷剂?7. 常用制冷剂有哪些?它们的工作温度、工作压力怎样?8. 为什么国际上提出对R11、R12、Rll3等制冷剂限制使用?9. 试述R12、R22、R717、R123、R134a的主要性质。
!墅!!!型丝型些—————些丝第37卷第1期南京理工大学学报V ol37N o l :::垫!!:篁!旦:竺型型型型些丝机载蒸发循环制冷系统动态仿真李运祥1,潘泉1,刘志丽2,刘娟2(1.西北工业大学自动化学院,陕西西安710072;2.南京航空航天大学航空宇航学院,江苏南京210016)摘要:为了研究航空机载蒸发循环制冷系统的动态性能,通过模型仿真方法考察了不同参数阶跃对系统性能的影响。
在分析系统工作原理和各部件特点的基础上,根据部件数学模型与闭环系统部件间耦合关系,在M A r nA B/Sl M U U N K系统仿真环境下建立了机载蒸发循环制冷系统的动态数学模型。
通过控制容积法离散各模型方程求解获得了系统的动态响应特性。
仿真结果表明:压缩机转速、膨胀阀开度、制冷剂流量发生阶跃时,蒸发循环制冷系统各热力性能参数的动态响应规律不同。
仿真结果可为机载蒸发制冷循环系统的优化及系统控制提供理论指导。
关键词:机栽蒸发循环莉冷系统;控制规律;动态仿真;数学模型中图分类号:TB61文章编号:1005—9830(2013)0l一0127—06D ynam i c num er i ca l i nV es t i gat i ons of on-boa r d V apor-col npr es si on●’●』●Jr eI=r l ger at l on SyS t emL i Y unxi an91,Pan Q uan1,Li u Z hi l i2,L i u J uan2(1.Sc hool of A ut om at i on,N or t hw e st em Pol yt echni cal U ni vers i t y,X i’an710072,C hi na;2.C D l l ege of A er ospac e E ngi nee打ng,N a nj i ng U ni V er s i t y of A em naut i cs and A sI m n aut i cs,N anj i ng210016,C hi na)A bs t r a c t:To obt ai n t he dynam i c ped’o咖ance of t he on.boar d V apor—com pr es si on r ef r i ger at i ons ys t em,t h e ef f色ct o n t he s yst e m e aus e d by di ff色rent par am e谊:rs s t ep c ha H ge i s i nV e针咭at ed t hr ough t he s i m ul at i on m et hod.B as ed o n t he w or l(i ng pr i nci pl es of t he syst e m and t he charact e打s t i cs of t he com ponent s,t he nonl i near dynam i c m a t hem a t i ca l m ode l s of t he syst e m a r e deV el oped by M A T LA B/SI M U L I N K.T he m odel equat i ons a r e di s per sed by t he cont r ol vol um e m et hod.The s i m ul at i on r es ul t s s how t ha t t he i nnuenc e de黟e e o n t he s ys t em t he瑚odynam i c pe d'0nnance is di f k r ent i n t heV al V e ope ni ng and t he r e衔gem nt m as s now m t e s t epc om pr ess or r ot at i on spe ed,t he expa nsi onchange.The dynam i c s i m ul at i on r es ul t s ca n pr oV i de t heor et i cal gui de f or t he opt i m i zaf i on and syst e m收稿日期:2012—10—30修回日期:2012一12—28基金项目:航空基金(01E09009)作者简介:李运祥(1966一),男,研究员,主要研究方向:机载蒸发循环冷却系统,E—m ai l:874002730@qq.com。
制冷系统matlab动态仿真求cop系统摘要:一、引言二、制冷系统的基本原理三、MATLAB 仿真的基本概念四、制冷系统MATLAB 动态仿真的方法五、COP 系统的概念和计算方法六、制冷系统MATLAB 动态仿真结果及分析七、结论正文:一、引言制冷技术在现代工业和生活中具有广泛的应用,例如空调、冷库、制冷剂等。
为了提高制冷系统的性能和效率,需要对其进行动态仿真。
MATLAB 是一种强大的工程仿真软件,可以方便地进行制冷系统的动态仿真。
本文将介绍制冷系统MATLAB 动态仿真的方法,并以COP 系统为例进行具体分析。
二、制冷系统的基本原理制冷系统主要由压缩机、膨胀阀、蒸发器和冷凝器组成。
压缩机将低温低压的制冷剂压缩成高温高压的气体,经过冷凝器冷却后变为高压液体。
液体经过膨胀阀降压后进入蒸发器,吸收冷凝器的热量而蒸发为低温低压的气体,完成制冷过程。
三、MATLAB 仿真的基本概念MATLAB(Matrix Laboratory)是一种基于矩阵运算的编程语言,广泛应用于科学计算、数据分析、可视化等领域。
MATLAB 提供了丰富的函数库和工具箱,可以方便地进行各种工程仿真。
四、制冷系统MATLAB 动态仿真的方法制冷系统MATLAB 动态仿真的主要步骤如下:1.建立系统模型:根据制冷系统的结构和原理,编写MATLAB 方程或模拟电路,构建制冷系统的动态模型。
2.编写仿真程序:利用MATLAB 的仿真功能,对制冷系统进行动态仿真。
3.采集仿真数据:根据仿真结果,采集制冷系统的性能数据,如压力、温度、流量等。
4.分析仿真结果:对采集到的数据进行分析,得出制冷系统的性能指标,如COP(Coefficient of Performance,性能系数)等。
五、COP 系统的概念和计算方法COP 系统是制冷系统性能评价的重要指标,表示制冷系统在单位功率下产生的制冷效果。
COP 值的计算公式为:COP = Q / W其中,Q 表示制冷系统产生的制冷量,W 表示制冷系统消耗的功率。
仿真技术在空气蒸发器设计中的应用程莹莹;王浩;张杰;柳光磊【摘要】本文在蒸发器设计原理的基础上,结合Matlab仿真软件对空冷式蒸发器进行设计研究.文章选用计算模型为稳态分布参数模型,根据目前最为常用而且相关技术参数较成熟的四种肋片管,通过对每一种肋片管肋片形式的蒸发器管内制冷剂的不同状态分别做分析,以此达到较好的仿真效果.文章针对管壁肋片的不同形式,综合分析各种肋片管在不同空气流速、不同肋间距下换热情况,以及不同制冷剂流量对换热情况的影响.在仿真结果上对比实际冷凝器的换热情况,比较仿真的结果,提出了一系列设计意见.【期刊名称】《制冷》【年(卷),期】2011(030)003【总页数】6页(P18-23)【关键词】空冷式蒸发器;仿真程序;空气流速;换热效果;肋片形式【作者】程莹莹;王浩;张杰;柳光磊【作者单位】湖南科技大学能源学院,湘潭411201;湖南科技大学能源学院,湘潭411201;湖南科技大学能源学院,湘潭411201;湖南科技大学能源学院,湘潭411201【正文语种】中文【中图分类】TB657;TK172.4蒸发器是空调的换热器之一,其通过与室内冷热源进行热量交换,达到把室内的不需要的冷量或热量排放到室外的目的。
蒸发器在空调系统中至关重要,因此对蒸发器的设计研究在空调器设计研究中至关重要。
制冷剂在蒸发器中主要是经历相变的过程,这样可以极好的利用制冷剂冷凝潜热大的特点。
在制冷模式下,当机组系统稳定运行时,制冷剂以低温低压气液混合两相状态进入蒸发器,在蒸发器内通过吸热液态逐渐变为气态,并最终全部变为气态,乃至过热气态。
当蒸发器设计不合理或系统中制冷剂充注量不够时,蒸发器内制冷剂的状态变化可能并不理想,达不到制冷效果,从而影响装置的功效。
为了能很好的反映不同情况蒸发器的特性,在建立蒸发器的数学模型时,应该充分考虑研究的目的和期待达到的效果[1]。
例如,当房间空调器在运行时处于动态平衡状态,可考虑采用稳态模型;而家用电冰箱由于要不断靠开停机来动态调节冰箱内的温度,所以应当采用动态模型。
图解蒸发器与冷凝器换热过程的目的是转换热量,蒸发器与冷凝器的制冷循环的两个必不可少的换热设备,它们工作性能的好坏,直接影响整个制冷循环的工作效率。
1∙蒸发器按照冷却流体的不同,蒸发器分为冷却液体和冷却空气两大类。
(1)冷却液体载冷剂蒸发器又称为间接冷却式蒸发器,简称液体蒸发器,常用的液体载泠剂有水和盐水。
在标准大气压下,盐水的凝固点在0℃以下,比水的凝固点(0℃)低,如Nad(氯化钠)溶液的浓度为13%时,其凝固点为-10°C ;而水的比热比盐水大。
所以水可冷却到O0C ,适用于空调系统;盐水可冷却到-IO~2CΓC ,广泛应用于冷冻食品和制冰等。
这类蒸发器的主要工作特征:先由制冷剂在蒸发器吸热蒸发,将液体载冷剂冷却,再由液泵将低温液体载冷剂送往冷间降温。
(2)冷却空气载冷剂蒸发器又称直接冷却式蒸发器,制冷剂在管内吸热蒸发而把管外空气的温度降低。
按空气流动的原因,它可分为自然对流式和强迫对流式两种。
・自然对流式冷却空气的蒸发器又称排管,这类蒸发器主要应用于冷库中。
制冷剂在排管内流动吸收周围空气的热量汽化,依靠空气的热压作用自然对流,使库内空气冷却,并维持库内低温状态。
强迫对流式冷却空气的蒸发器这种蒸发器应用于小型空调系统中,如房间空调器等。
它由几排胀接上纯铝质翅片的盘管组成。
胀接翅片的目的是增加传热面积,加强空气的扰动性,提高蒸发器的传隈率。
铝翅片一般经过阳极化处理,以提高其抗腐蚀性能。
翅片厚度通常为0∙12~0.20mm ,片距1.5~2.5mm ,套片管管径08~0>16mm.翅片管换热器的型式主要有三种型式,即L型、平直型、和V型。
V型蒸发器的结构:翅片有平、波纹、冲转翅片三种。
平翅片虽然加工容易,但刚性差、传热性能不好,现已逐渐淘汰,波纹翅片与平翅片相比,刚性好,传热面积增加,且空气流过波纹翅片时,增加了扰动和搅拌效应,因此传热效率提高1/5左右;而冲逢翅片会使通过翅片的空气在槽缝中窜来窜去,因此其扰动和搅拌性能比波纹管还好,使传热效率比波纹片高1/3 ,但)中缝翅片空气阻力大,容易积尘结垢,反而可能使空调器的制冷量为了提高蒸发器在制冷剂侧的传热系数,在国际上大力推广和应用强化制冷剂管内蒸发和冷凝的内螺纹管代替光管,即在管内表面上加工出许多微细的螺旋槽,与光管相比,可提高传热系数1.5~2.0倍,而其管内的压力损失与光管差不多。
第1期㊀气象水文海洋仪器㊀㊀N o .12018年3月㊀M e t e o r o l o g i c a l ,H y d r o l o gi c a l a n d M a r i n e I n s t r u m e n t s ㊀㊀M a r .2018收稿日期:2017G07G28.基金项目:安徽省科技发展基金项目 安徽省蒸散量标准数据集研制 (KM 201405)资助.作者简介:朱华亮(1988),男,硕士,工程师.主要从事气象资料分析评估工作.基于两种方法的小型蒸发器与E G601B 蒸发器蒸发量折算研究朱华亮,温华洋,邱康俊(安徽省气象信息中心,合肥230026)摘㊀要:文章主要利用1997年07月~2001年12月安徽省16个站日观测资料,运用折算系数法和多元回归法对小型蒸发器蒸发量进行折算,进而对大型蒸发器蒸发量进行了研究.综合分析发现,折算系数和回归模型均能对小型蒸发器蒸发量进行较好的换算,为充分利用小型蒸发器观测资料,延长大型蒸发器观测资料序列提供了科学依据.关键词:小型蒸发器;大型蒸发器;蒸发量;折算系数;多元回归法中图分类号:P 426.2+2㊀㊀文献标识码:A㊀㊀文章编号:1006G009X (2018)01G0020G07C o n v e r s i o n r e s e a r c ho n e v a p o r a t i o n c a p a c i t y b e t w e e n s m a l l e v a p o r a t i o na n d E G601Be v a po r a t o r b a s e do n t w om e t h o d s Z h uH u a l i a n g ,W e nH u a y a n g ,Q i uK a n g ju n (A n h u iM e t e o r o l o g i c a l I n f o r m a t i o nC e n t r e ,H e fe i 230026)A b s t r a c t :B y u s i n g t h ed a i l y o b s e r v a t i o nd a t ao f16s t a t i o n si n A n h u i p r o v i n c ef r o m J u l y 1997t o D e c e m b e r 2001,e v a p o r a t i o n c a p a c i t y o f s m a l l e v a p o r a t o r sw a s c o n v e r t e d t o l a r g e e v a p o r a t o r s b y me a n s of t h e c o n v e r s i o nc o e f f i c i e n t a n dt h em u l t i p l e r eg r e s s i o n m e th o d s .T h ec o m p r e h e n si v ea n a l ys i s f o u n d t h a t t h e s m a l l e v a p o r a t o r c a nb e b e t t e r c o n v e r t e d t o t h e l a r g e e v a p o r a t o r b y t h e c o n v e r s i o n c o e f f i c i e n t o r t h e r e g r e s s i o nm o d e l ,w h i c hw o u l d p r o v i d e a s c i e n t i f i cb a s i s f o rm a k i n g f u l l u s eo f t h eo b s e r v a t i o n d a t a f r o mt h e s m a l l e v a p o r a t o r a n d e x t e n d i n g t h e o b s e r v a t i o nd a t a s e q u e n c e o f l a r g e e v a po r a t i o n .K e y wo r d s :s m a l l e v a p o r a t o r ;l a r g e e v a p o r a t o r ;e v a p o r a t i o n ;c o n v e r s i o n c o e f f i c i e n t ;m u l t i p l e r e g r e s s i o n 0㊀引㊀言蒸发是指水由液态或固态转变成气态,并逸入大气中的过程,而蒸发量是指在一定时段内,水分经蒸发而散布到空气中的量.一般温度越高㊁湿度越小㊁风速越大㊁气压越低,蒸发量就越大;反之蒸发量就越小[1G3].蒸发是地表热量平衡和水量平衡的重要组成部分,是水循环中最直接受土地利用和气候变化影响的一项,同时也是热能量交换的重要因子.雨量稀少㊁地下水源及地表径流水量不多的地区,若蒸发量很大,极易发生干旱.因此,土壤蒸发量和水面蒸发量的测定,在农业生产和水文工作上非常重要,对估算陆地蒸发㊁作物需水和作物水平衡等方面具有重要的应用价值[4G6].目前,测量蒸发量的仪器常有小型蒸发器㊁E G601(金属)型蒸发器和E G601B (玻璃钢)型蒸发器等几种[7].在建国初期,气象观测站广泛使用20c m 口径小型蒸发器,安装在距地面70c m 的高第1期朱华亮,等:基于两种方法的小型蒸发器与EG601B蒸发器蒸发量折算研究度上,由于容积小,器壁裸露于空气中,受仪器自身辐射等因素的影响较大,观测蒸发量与实际蒸发量相差较大,不能够真实地反应地区的实际蒸发能力.为获得更接近实际的蒸发量,1985年开始,我国部分基准㊁基本站开始陆续使用器口面积为0.3m2,水深为40~50c m,器口边缘距地面7.5c m,深埋地下的EG601(金属)型蒸发器.由于该仪器的构造㊁安装位置更接近自然,测得的蒸发量更接近于实际水面蒸发量.20世纪末,按照中国气象局的规定,安徽省在所有基准和基本站使用EG601B(玻璃钢)型蒸发器(以下称为大型蒸发器)代替小型蒸发器进行水面蒸发观测,进行若干年对比观测后,于2014年取消小型蒸发器的蒸发观测[8G9](高山站黄山除外).由于从20世纪60年代开始,安徽省所有国家级观测站均采用小型蒸发器进行水面观测,小型蒸发资料序列长度达40a之久,且连续性好,是极其珍贵的历史资料,具有重要的科学研究价值.另一方面,由于大型蒸发器蒸发量与实际蒸发量更为接近,但资料序列较短.为更好地做好气象服务工作,文章利用大小型蒸发器对比观测资料,通过折算系数法和多元回归法,将安徽省基准㊁基本站的小型蒸发资料折算为大型蒸发资料,延长大型蒸发资料序列,为气象服务和科研提供科学依据.1㊀资料与台站概况1.1㊀台站概况目前,安徽省具有82个国家级气象站,其中基准站4个,基本站20个,一般站57个,无人自动站1个,平均分布在安徽省所辖16个地级市㊁62个县和高山地区.蒸发量作为基本观测项目之一,在建国初期,各台站对蒸发量均采用20c m口径小型蒸发器获取蒸发资料.20世纪80年代后,少数站在非结冰期并行使用小型蒸发器和EG601蒸发器获取蒸发资料.1995年,为使气象部门的蒸发观测符合WM O的要求,即大型蒸发器的蒸发量更接近于湖泊㊁水库等中小水体的实际蒸发量,中国气象局决定在全国基准和基本站用大型蒸发器代替小型蒸发器的水面蒸发观测,取消EG601的观测及小型蒸发器的水面观测,在此期间,安徽省16个基准㊁基本站均对大小型蒸发器蒸发量进行若干年的对比观测,而一般站仍采用小型蒸发器观测水面蒸发.此外,黄山站(基准站)作为高山站一直采用小型蒸发器,未替换为大型蒸发器.在后续台站的演变过程中,安徽省共有7个台站由一般站升级为基本站,且这些台站未进行对比观测,无大型蒸发资料.如图1所示.图1㊀安徽省基准、基本站分布图1.2㊀资㊀料文章所用资料主要为安徽省16个进行大小型蒸发量对比观测的基准和基本站资料,涉及要素如表1所示,观测时间为1997年07月~2001年12月,其中1997年07月~2000年12月作为试验资料,2001年01月~2001年12月作为验证资料.所有台站资料均经过质量控制,数据完整性接近100%.表1㊀蒸发量与相关气象要素表气象要素单位观测频率及记号蒸发量m m日大型蒸发量(L_l)㊁日小型蒸发量(L_s)气温ħ日平均(T)㊁日最高(T m a x)㊁日最低(T m i n)㊁日较差(ΔT)云量成日平均总量(N)㊁日平均低云量(N m i n)水汽压h P a日平均(E)相对湿度%日平均(U)降水m m日降水量(R)风m/s日平均(F)日照H日照时数(S)2㊀两种蒸发量的对比分析2.1㊀蒸发量的变化特征利用各站1997年~2001年的对比观测数据,计算出安徽省各月平均蒸发量及年蒸发量.12气象水文海洋仪器M a r .2018从图2(a )可以看出,安徽省冬季蒸发量较少,05~10月蒸发量较大,两种蒸发器测得的蒸发量各月分布规律较为一致,小型蒸发器测得的蒸发量大于大型蒸发器测得的蒸发量,随着蒸发量的增加两者的差异在增大,且最小值均出现在01月,小型蒸发器蒸发量为38.6m m ,大型蒸发器蒸发量为24.1m m ,最大值出现在07月,小型蒸发器蒸发量为210.3m m ,大型蒸发器蒸发量为122.4m m .从年蒸发量来看,小型蒸发器年平均蒸发量为1467.9m m ,大型蒸发器年平均蒸发量为880.7m m ,各年的大小型蒸发量的差异较为一致,且蒸发量偏大时,差异也有所偏大.由图2(b )可知,1999年蒸发量最小,小型蒸发器观测值为1346.6m m ,大型蒸发器观测值为817.1m m ;2001年蒸发量最大,小型蒸发器观测值为1565.2m m ,大型蒸发器观测值为949.8m m.图2㊀安徽省月及年蒸发量变化图㊀㊀在空间分布上,安徽省各站间蒸发量的差异较小(表略),月变化规律较为一致,冬季的蒸发量较小,夏季的蒸发量较大.各站大小型蒸发量都存在差异,随蒸发量的增加两者的差异加大,各站大小型月蒸发量变化较为一致,这一变化规律与气温等气象要素的月变化规律一致,这也表明造成大小型蒸发量差异的原因除观测仪器本身外,还受到气温等气象要素的影响.2.2㊀两种蒸发量的相关性分析通过计算安徽省各站1997年07月~2001年12月大小型蒸发器日蒸发量的相关系数,探究各站大小型蒸发器蒸发量的相关程度.图3给出了各站大小型蒸发器日蒸发量的相关系数.结果表明:各站大小型蒸发器日蒸发量具有较高的正相关性,相关系数均高于0.84,最低为寿县站,其相关系数为0.849,最高为合肥站,相关系数达到0.958.各站大小型蒸发器日蒸发量的相关系数均通过显著水平为0.01的双侧检验,这种显著的相关性,为利用较长序列的小型蒸发观测资料延长大型蒸发观测资料序列提供了重要依据.图3㊀安徽省各站大小型蒸发器蒸发量相关系数3㊀折算系数法3.1㊀方法介绍折算系数法是一种常用的较简单的大小型水体折算方法,其定义为大型蒸发器的蒸发量与小型蒸发器的蒸发量的比值,即为如下式.K =大型蒸发器的蒸发量小型蒸发器的蒸发量(1)㊀㊀由于蒸发量受多种因素的影响,日折算系数的波动范围较大,文章未考察大小型蒸发器蒸发22第1期朱华亮,等:基于两种方法的小型蒸发器与EG601B蒸发器蒸发量折算研究量的日折算系数,而只给出了各站的月㊁年平均折算系数,并利用月平均折算系数将小型蒸发器日蒸发量折算为大型蒸发器日蒸发量.3.2㊀各台站折算系数利用安徽省1997年07月~2000年12月各站大小型日蒸发资料,计算出各站月㊁年平均折算系数,结果见表2所示.从表2中可以发现,各站各月的折算系数均不相同,月平均折算系数均匀分布在0.610两侧,最低为亳州站的06月份月平均折算系数,值为0.503,最高为宿州站的11月份月平均折算系数,达到0.752.各站的年平均折算系数介于0.574~0.657之间,其平均值为0.601.表2㊀安徽省各站月、年平均折算系数站名月平均123456789101112年平均砀山0.5430.5780.6080.5900.5910.5820.5730.6360.6420.6970.6850.7080.612亳州0.5280.5580.6220.5720.5590.5030.5640.6040.6200.6370.6390.7000.585宿州0.5500.6090.6620.5870.5910.5880.5980.6610.7000.6980.7520.7420.639阜阳0.7130.5680.5690.5420.5710.5750.5630.6210.6260.6480.6660.5920.593寿县0.5900.5560.5800.5530.5420.5380.5660.6590.6440.6100.6170.6950.593蚌埠0.6880.6310.5910.5480.5510.5240.5260.5880.6030.6590.6510.6650.578滁州0.5270.5740.5470.5430.5740.5640.5640.5920.5970.5960.5800.5930.574六安0.6620.6070.5890.5520.5830.5770.5730.6410.6530.6750.6500.6510.608霍山0.6450.5810.5430.5240.5760.5600.5600.5520.6200.6240.6520.6130.577桐城0.7220.6110.6230.5740.6320.6080.6630.6910.6580.7110.7200.7060.657合肥0.6120.5580.5500.5690.5820.5770.6090.6070.6380.6300.6630.6380.604巢湖0.6480.6210.5900.5540.5780.5580.5530.6170.6480.6920.7310.7100.607芜湖县0.6830.5850.5750.5390.5740.5370.5590.5990.6180.6650.6610.6760.590安庆0.6400.5880.5310.5430.5560.5400.5710.6320.6440.6880.7120.6650.604宁国0.6700.5840.5320.5320.5630.5390.5530.5960.6320.6440.6270.6190.581屯溪0.6940.6170.6210.5790.6050.6320.5850.6150.6560.6500.6770.6940.6243.3㊀折算结果验证运用3.2节中的各站各月的月平均折算系数,对1997年07月~2000年12月的试验样本和2001年的检验样本中小型蒸发器日蒸发观测值分别进行折算,并与大型蒸发器日蒸发观测资料比较.本节以合肥站01月和07月为例,对月平均折算系数的折算效果进行简单验证.合肥站1997年中期~2000年的大型日蒸发量的累计观测值为78.2m m,平均日蒸发量为0.842m m;利用合肥站01月份月平均折算系数0.612,将该月小型蒸发器蒸发量折算为大型蒸发器蒸发量,得到小型蒸发器日折算蒸发量的累计值为77.8m m,平均日折算蒸发量为0.837m m,这与大型观测值的各项统计指标都比较接近.图4(a)给出了大型蒸发器蒸发量的观测值和折算值的日变化图,图中水平线段表示该段时间为结冰期.折算值与观测值的绝对偏差均值为0.194m m,相对偏差为29.58%,两者均较小.合肥站07月份月平均折算系数为0.609,该月折算后的蒸发量累计值为534.2m m,平均日折算蒸发量为4.343m m;07月大型蒸发器累计观测蒸发量为538.0m m,大型蒸发器日均观测蒸发量为4.374m m,折算蒸发量与观测蒸发量相差不大.图4(b)给出了07月两种蒸发量的日变化图,大型折算蒸发量与观测蒸发量的绝对偏差和相对偏差分别为0.566m m和17.40%.通过比较可以发现,应用折算系数对试验样本的小型蒸发量折算为大型蒸发量,与大型蒸发量观测值相差不大.32气象水文海洋仪器M a r .2018图4㊀合肥站01月和07月蒸发折算效果图㊀㊀利用合肥站2001年01月和07月的检验样本进行验证,结果如图4(c )㊁4(d ).01月份大型蒸发器日观测蒸发量的累计值为24.9m m ,均值为0.803m m .该月日折算蒸发量的累计值为27.1m m ,均值为0.874m m .01月大型日折算蒸发量与日观测蒸发量的绝对偏差和相对偏差的均值分别为0.245m m 和36.09%.07月的大型蒸发器日折算蒸发量的累计值为180.9m m ,均值为5.835m m ,而该月日观测蒸发量的累计值为175.8m m ,均值为5.671m m ,相对于大型蒸发器日观测蒸发量而言,日折算蒸发量的绝对偏差和相对偏差的均值分别为0.810m m 和14.86%.经分析发现,应用折算系数对合肥站的2001年01月和07月的小型蒸发量进行折算,其结果与大型蒸发量观测值相比较,差异同样较小,这表明应用月折算系数对大小型蒸发量进行转换是比较合理的.4㊀多元回归法4.1㊀回归法简介由于小型蒸发器容量小,受气温㊁相对湿度㊁风速㊁饱和水汽压等气象要素影响大[10G12],对环境的敏感度远大于大型蒸发器,从而导致大小蒸发器蒸发量的差异产生相应的变化.为使小型蒸发器蒸发量转换为大型蒸发器蒸发量更加真实,进一步考察气象要素对大小型蒸发器蒸发量的影响,建立小型蒸发器蒸发量㊁气象要素与大型蒸发器蒸发量的回归模型.所谓多元回归分析法,即找出最能代表大型蒸发器蒸发量(L _I )与小型蒸发器蒸发量(L _s )㊁气象要素之间关系的数学表达形式,简单表达为如下:L _I =a 0+a 1ˑL _s +a 2ˑX 1+ +a n ˑX n(2)其中,X 1, ,X n 表示气象要素,a 0, ,a n 为回归系数.利用1997年07月~2000年12月的试验样本计算出(2)式中的回归系数,将某日的小型蒸发量和气象要素观测值代入回归模型(2)即可折算出大型蒸发器蒸发量.4.2㊀回归方程文章选取日平均气温(T )㊁日最高气温(T m a x )㊁日最低气温(T m i n )㊁气温日较差(ΔT )㊁日平均水汽压(E )㊁日平均相对湿度(U )㊁日平均总42第1期朱华亮,等:基于两种方法的小型蒸发器与EG601B蒸发器蒸发量折算研究云量(N)㊁日平均低云量(N m i n)㊁日降水量(R)㊁日平均风速(F)和日照时数(S)共11个气象要素,利用16个台站对比观测资料,计算出安徽省大型蒸发器蒸发量㊁小型蒸发器蒸发量与11个气象要素的平均相关系数.从表3中可以看出,蒸发量与气温㊁水汽压㊁日照时数㊁风呈正相关性,与相对湿度㊁云量㊁降水呈负相关,温度越高㊁风速越大㊁日照时数越长㊁湿度与云量越低,蒸发量就越大,反之蒸发量就越小,且蒸发量受气温㊁湿度㊁云量㊁日照时数的影响较大.表3㊀安徽省大小型蒸发器蒸发量与气象要素的平均相关系数F a c t o r T T m a x T m i nΔT E U N N m i n R F S L_l0.67030.71600.58990.37560.4891-0.4882-0.3233-0.3601-0.16070.18420.5933L_s0.66890.71980.58270.39480.5040-0.5182-0.3570-0.3940-0.17950.19660.6175㊀㊀注:各相关系数均通过0.01的显著性检验.㊀㊀通过MA T L A B软件,利用安徽省16个站1997年07月~2000年12月的日观测数据,对各站分别建立多元逐步回归模型.表4给出了各站回归模型入选要素及其系数,可以发现,除霍山站只选取风速作为小型蒸发器蒸发量折算为大型蒸发器蒸发量的修正因子外,其它台站均选取了对蒸发量影响较大的气象要素,如砀山站将气温㊁湿度㊁日照时数3个影响较大的气象要素都选入方程,桐城站选取对蒸发量影响较大的日照时数.表4㊀各台站逐步回归模型站名回归模型砀山L_l=0.486L_s+0.038T m i n-0.021E-0.011U+0.105F-0.036S+1.098亳州L_l=0.464L_s+0.012T m i n-0.018ΔT-0.008U+0.088F+0.832宿州L_l=0.476L_s-0.077T+0.135T m i n-0.034E_0.016U-0.029N0.226F-0.029S+1.696阜阳L_l=0.488L_s-0.049T+0.067T m i n-0.009U-0.022N+0.082F-0.028S+1.192寿县L_l=0.483L_s-0.056T+0.078T m i n-0.013U-0.037N m i n+0.133F+1.141蚌埠L_l=0.429L_s-0.056T+0.071T m i n-0.015U-0.027N m i n+0.010R+0.098F+1.420滁州L_l=0.574L_s-0.042ΔT-0.011U-0.022N-0.034S+1.429六安L_l=0.453L_s-0.025ΔT+0.026E-0.022U+0.137F-0.034S+1.938霍山L_l=0.506L_s+0.091F+0.135桐城L_l=0.643L_s+0.098F-0.037S-0.066合肥L_l=0.564L_s+0.009E-0.008U-0.020S+0.731巢湖L_l=0.491L_s-0.117T+0.133T m i n+0.042ΔT-0.019U-0.033N+0.006R+0.117F-0.065S+1.998芜湖县L_l=0.474L_s-0.154T+0.169T m i n+0.045ΔT-0.020U-0.031N m i n+0.011R+0.150F-0.045S+1.985安庆L_l=0.480L_s+0.027T m i n-0.020U-0.044N+0.220F-0.063S+1.467宁国L_l=0.403L_s-0.041T+0.068T m i n-0.026U-0.017N+0.019Nm i n-0.006R+2.646屯溪L_l=0.602L_s-0.009U+0.065F-0.023S+0.7984.3㊀效果检验本节同样以合肥站为例,给出蒸发折算回归模型的检验效果.合肥站回归模型中小型蒸发器蒸发量的系数为0.564,与表2中年平均折算系数0.604相差0.04,方程中选取了日平均水汽压㊁日平均相对湿度和日照时数对折换蒸发量进行修正.回归方程的F检验值为3357.8,P值为0,表明回归方程是非常显著的,且各要素系数均通过0.05的显著性检验.图5(a)㊁5(b)给出了1997年07月~2000年12月试验样本的模型拟合值和残差图,其均方误差为0.519m m,夏天残差偏大,冬季残差集中在0附近,这是由于夏季蒸发量大,大小型蒸发器蒸发量偏差大造成.再利用模型对2001年检验样本进行预测并与观测值比较,预测结果如图5(c),其绝对偏差均值为0.406m m,相对偏差均值为18.73%.通过试验样本和检验样本的验证可以发现,合肥站运用回归法建立的回归模型是可行的,能够较好的对小型蒸发器蒸发量进行折算.52气象水文海洋仪器M a r .2018图5㊀合肥站01月和07月蒸发折算效果图5㊀结束语文章主要运用折算系数法和多元回归法,研究了安徽省小型蒸发器蒸发量与大型蒸发器蒸发量的换算问题.折算系数法计算简单,但未考虑气象要素对蒸发量的影响,多元回归法将气象要素考虑在内,但影响蒸发量的气象要素较多,具有一定的复杂性.综合比较发现,两种方法都能对小型蒸发器蒸发量进行较好地换算,可以通过折算系数法和多元回归法将安徽省40a 的小型蒸发器蒸发资料折算为大型蒸发器蒸发资料,延长大型蒸发器观测资料序列,为更好的研究相关地区的水体蒸发情况提供参考.参考文献:[1]李玲萍,李岩瑛,刘明春.石羊河流域1961 2005年蒸发皿蒸发量变化趋势及原因初探[J ].中国沙漠,2012,32(03):832G841.[2]李景玉,张志果,徐宗学,等.影响西藏地区蒸发皿蒸发量的主要气象因素分析[J ].亚热带资源与环境学报,2009,4(04):20G29.[3]黄秋红.E 601型与上型蒸发器对比观测分析[J ].气象,2000,26(10):45G48.[4]刘红霞,王飞,黄玲,等.乌苏E G601B 型蒸发与小型蒸发折算系数分析[J ].沙漠与绿洲气象,2012,6(06):65G68.[5]王艳君,姜彤,许崇育,等.长江流域1961-2000年蒸发量变化趋势研究[J ].气候变化研究进展,2005,1(03):99G105.[6]李森,吕厚荃,张艳红,等.黄淮海地区1961 2006年干湿状况时空变化[J ].气象科技,2008,36(05):601G605.[7]中国气象局.地面气象观测规范[M ].北京:气象出版社,2003.[8]任芝花,黎明琴,张维敏.小型蒸发器对E 601B 蒸发器的折算系数[J ].应用气象学报,2002,13(04):508G512.[9]杨允凌,杨丽娜,王晓娟,等.河北邢台地区蒸发皿蒸发量的变化特征及影响因素[J ].干旱气象,2013,31(01):82G88.[10]盛琼,申双和,顾泽.小型蒸发器的水面蒸发量折算系数[J ].南京气象学院学报,2007,30(04):561G565.[11]杨永胜,赵琪,闫斌,等.E G601型蒸发器与Ø20c m 蒸发皿观测资料的相关分析[J ].水文,2003,23(05):42G44.62。
仿真技术在蒸发器优化设计中的应用摘要:本文应用仿真技术对蒸发器进行模拟仿真,分析其存在的设计问题,并针对问题进行优化改进,优化后蒸发器性能提升明显。
关键词:仿真,蒸发器,优化设计Application of simulation technology in optimal design ofevaporatorLin Weixue, Lin Yongtao, Song Shuli(1,Zhuhai GREE Mechanical & Electronic Co.,Ltd;2,GREE Electric Appliance INC.of ZHUHAI , ZHUHAI 519070)Abstract:The simulation technology is used to simulate the evaporator in this paper. Through analyzing the existing design problems the optimize and improve scheme is proposed. And the performance of the optimization evaporator is significantly improved.Key words: Simulation; evaporator; optimization design1引言蒸发器是空调冷媒循环系统中室内侧冷媒发生相变的位置,冷媒相变过程中与空气发生热量交换,从而达到制冷或制热的效果,故蒸发器换热能力的优劣决定了整个空调系统的性能。
本文应用仿真技术对蒸发器进行模拟仿真,分析蒸发器设计参数对其换热能力的影响,最终优化换热器换热能力,提高机组性能。
2仿真原理空调换热性能仿真是基于AMESim平台,AMESim是一维图形化的系统仿真集成平台,软件应用库包括了30多个专业库,3500多个部件,包括了两相流库、空调库、热库等,集成了空调系统整体部件,可用于空调系统建模仿真和动态特性分析。
制冷系统matlab动态仿真求cop系统(原创实用版)目录一、引言二、制冷系统的基本原理三、MATLAB 仿真的基本概念四、制冷系统 MATLAB 动态仿真的实现五、COP 系统的含义及其在制冷系统中的应用六、结论正文一、引言制冷技术在我国的发展十分迅速,已经广泛应用于空调、冷藏、冷冻等领域。
在制冷系统的设计和优化中,仿真技术起到了至关重要的作用。
其中,MATLAB 作为一种强大的仿真软件,在制冷系统的动态仿真中具有广泛的应用。
本文将介绍制冷系统 MATLAB 动态仿真的基本原理和方法,以及 COP 系统在制冷系统中的应用。
二、制冷系统的基本原理制冷系统的基本原理是利用制冷剂在蒸发器、压缩机、冷凝器和膨胀阀等部件之间的流动,实现热量的吸收和释放,从而达到制冷的目的。
在制冷系统中,压缩机、冷凝器、膨胀阀和蒸发器是四个关键部件,它们的性能直接影响到整个系统的制冷效果。
三、MATLAB 仿真的基本概念MATLAB(Matrix Laboratory)是一种高性能的数学计算软件,具有强大的数值计算、数据分析和可视化功能。
在制冷系统仿真中,MATLAB 可以建立系统的数学模型,模拟系统的运行过程,分析系统的性能参数,从而为制冷系统的设计和优化提供有力支持。
四、制冷系统 MATLAB 动态仿真的实现制冷系统 MATLAB 动态仿真的实现主要包括以下几个步骤:1.建立系统的数学模型:根据制冷系统的结构和原理,建立相应的数学模型,包括压缩机、冷凝器、膨胀阀和蒸发器等部件的数学模型。
2.编写 MATLAB 程序:根据建立的数学模型,编写 MATLAB 程序,实现制冷系统的动态仿真。
3.运行仿真程序:运行 MATLAB 程序,得到制冷系统的仿真结果,包括系统的压力、温度、流量等参数的变化。
4.分析仿真结果:根据仿真结果,分析制冷系统的性能,如制冷量、能耗等指标,从而为系统的设计和优化提供依据。
五、COP 系统的含义及其在制冷系统中的应用COP(Coefficient of Performance)系统是制冷系统中的一种重要组成部分,主要用于衡量制冷系统的性能。