空调制冷装置与系统仿真第13章常见热工及其它系统的建模与仿真算例

制冷空调设计仿真计算系统第一篇：制冷空调设计仿真计算系统制冷空调设计仿真计算系统作者简介：制冷工程师，在国内知名企业从事制冷研究工作，对暖通空调、制冷机械、冷库、汽车空调、冷藏车机组、低温冷冻机组有丰富的实际开发经验，在大量的实际开发和实验数据的基础上，结合国内外大量文献，总结了现代制冷设计上的问题和实际过程中的困难，本着节省实验费用和加快产品开发的原则，开发了制冷空调综合设计系统。

经过作者七年的连续开发，现在制冷空调综合设计系统已基本完善，主要包括以下分系统：一、制冷设计系统二、汽车空调设计系统三、冷藏车机组设计系统四、冷库计算系统五、暖通空调设计系统六、暖通造价系统七、物性参数八、表冷器计算和负荷计算九、制冷空调故障查询系统为了能够分享软件成果，让更多的设计者从繁重的计算过程中解脱出来，现在给大家做一个简单的介绍：1、综合设计系统自带浏览器，可以联网和不联网情况下显示公司网站，方便和客户交谈时及时提供公司产品和公司信息。

2、功能菜单介绍3、制冷设计系统主要包括：多种制冷剂循环分析，多种换热器的冷凝和蒸发设计和校核计算，膨胀阀、储液器、制冷剂充灌量、毛细管长度等计算。

计算精度经过实际产品检验，符合工程需要。

包括以下换热器：管片冷凝器、管带冷凝器、平行流冷凝器、管片蒸发器、管带蒸发器、层叠蒸发器、同轴螺旋波纹管冷凝器、同轴DAE管ABS冷凝器、同轴DAE管ABS蒸发器、内螺纹套管冷凝器、内螺纹套管蒸发器、内螺纹套管水水换热器、干式壳管冷凝器、满液式壳管蒸发器、蒸发式冷凝器。

4、实际仿真应用，模拟丹佛斯涡旋压缩机，膨胀阀和两器的匹配。

包含SM/SZ全系列压缩机和TDEXB系列膨胀阀，制冷剂充灌量和管路。

5、汽车空调系统主要包含汽车负荷计算，134a制冷剂循环分析，管片、管带、平行流等换热器设计校核计算，膨胀阀和储液罐计算，制冷剂充灌量计算。

6、冷藏车机组设计计算主要包括，R404A制冷剂循环计算，管片、管带、平行流冷凝器设计校核计算，驾驶室蒸发器、冷藏室蒸发器设计校核计算，一拖二，串并联计算。

《制冷空调系统仿真与优化》讲义（提纲）授课时间：年周二周次：7~15周周二5，6，7，8节地点：动力楼对象：空调参考书目：[1]陈之久制冷系统热动力学机械工业出版社1998年[2]丁国良制冷空调装置智能仿真科学出版社2002年[3]刘忠宝空调制冷装置与系统仿真机械工业出版社2010年11月[4]丁国良制冷空调装置仿真与优化科学出版社2001年授课计划内容：第一讲制冷空调系统热仿真与优化研究的内容1.1 制冷系统组成及工作过程结合[1]P15讲授以系统观点认识制冷系统，突出系统高低压两侧特性和四大件的自适应调节和耦合特性。

1.2 制冷系统的稳态（静态）工况及稳态设计方法稳态工况：[1]（P22）制冷系统部件静态（稳态）特性匹配图制冷量Q0（kW）21.8蒸发温度（出口温度）可用特性曲线分析各部件间的参数关系，如：[1]（P23）制冷系统部件的特性曲线图Q冷凝器蒸发温度θ0（℃）稳态设计方法：基于集中参数分析。

如：本科所学制冷系统设计方法，等。

稳态设计方法包括以下步骤：（1）确定装置的类型和结构；（2）确定设计工况和负荷；（3）制冷系统各部件设计计算；（4）非设计工况下的性能校核----即为计算机仿真。

1.3 静态分析法的优缺点缺点：不考虑系统中参数的时变性，系统非稳态效应及参数分布特点。

只研究了制冷系统中实际过程集中的一个子集。

不能完整反映制冷系统内部的传热，传质变化过程，无法定量了解系统中各参数间的内在联系（藕合关系）（P2）。

优点：是制冷系统研究的基本方法。

1.4 动态分析研究方法制冷系统中所进行的过程是一个融合传热、传质流动的复杂过程。

它是一个动态过程，每一时刻的参数（如温度、压力、焓等）都不同于另一时刻的参数。

而每一时刻不同空间位置的参数也不同，故它又是一个是有分布参数性质的过程（[1]P2，动态+分布参数）制冷系统的稳态（静态）工况是整个运行工况中的特殊工况，不稳定工况（动态过程）才是一般的常见工况（P16）制冷系统动态分析研究方法：（[1]P3～4）涉及制冷原理、自控、传热学、流体软科学等学科；是以“动态分布参数、参数间定量藕合”的观点建立对象特性（制冷数学模型），借助计算机动态仿真计算与优化技术，研究制冷系统的新方法，有利于制冷系统节能、节材和新型制冷自控元件的研究开发；制冷系统动态分析时，常常借用系统工程和自控原理中常用的信号分析方法。

电子技术与软件工程Electronic Technology & Software Engineering计算机与多媒体技术Com puter And M ultim edia Technology 制冷空调装置的计算机仿真技术付优(山西建筑职业技术学院山西省晋中市030619 )摘要：本文阐述了计算机仿真技术，然后就其在制冷空调装置中的应用进行了细致的分析，仅供参考。

关键词：制冷空调装置；计算机仿真技术；仿真模型我国是制冷空调产品生产与使用大国，制冷空调产品的年产量 占据全球总产量的三分之二，而当前我国的制冷空调系统在能源消 耗方面较大，且制冷的效率相对较低，己经无法满足当前人们在生 活和工作方面的需要。

根据相关统计数据显示，制冷空调夏季的耗 电量在很多城市都超过该市总用电量的40%。

因此，对制冷空调进 行优化就极为必要。

在制冷空调系统当中运用计算机仿真技术，能 快速检验制冷空调系统的性能，并对该系统进行有效的优化改良。

相对而言，我国引入计算机仿真技术的时间较晚，普及的时间也较 短，尚未形成完善成熟的技术体系与管理体系，但该项技术仍然对 我国制冷空调研发工作的发展起到极为重要的推进作用。

1计算机仿真技术概述1. 1计算机仿真技术概念计算机仿真技术是计算机技术重要的组成部分，是以计算机作 为基础，根据问题对象的实际要求，建立起一套真实的数学模型，然后将其转换成仿真模型。

在不同的决策问题下，工作人员利用计 算机系统来进行运行状态的演示，从而将抽象问题真实地展现在1丨 算机系统的显示器上，然后对模型进行动态的实验。

这种技术它涉 及了计算理论、控制理论以及各种实际系统的专业理论知识，是一 项综合了多学科领域的综合性技术。

计算机仿真技术最大的意义就 在于能够将人脑中的虚拟数据和参数转化为计算机中具体的图形或 者是全景影像，从而实现抽象物质的具象化。

该技术最早起源于美 国，自从这项技术诞生以来，受到世界各国的广泛关注和高度重视，被世界各国引进和推广，并被广泛应用到国防、能源、交通、航空 航天等军事领域和其它领域当中。

空调温度控制系统的建模与仿真设计过程控制工程课程设计课题名称空调温度控制系统的建模与仿真学院专业班级学生学号时间 6 月13日至 6月19日指导教师(签字)2011 年 6 月 19 日目录第一章设计题目及要求 (1)1.1设计背景 (1)1.2设计任务 (1)1.3主要参数 (2)1.3.1恒温室： (2)1.3.2热水加热器ⅠSR、ⅡSR： (2)1.3.3电动调节阀： (2)1.3.4温度测量环节： (2)1.3.5调节器： (2)第二章空调温度控制系统的数学模型 (3)2.1恒温室的微分方程 (3)2.1.1微分方程的列写 (3)2.1.2 增量微分方程式的列写 (5)2.2 热水加热器对象的微分方程 (5)2.3敏感元件及变送器的特性 (6)2.3.1敏感元件的微分方程 (7)2.3.2变送器的特性 (7)2．3．3敏感元件及变送器特性 (8)2.4 执行器的特性 (8)第三章控制系统方案设计 (9)3.1系统分析 (9)3.2 单回路控制系统设计 (10)3.2.1单回路控制系统原理 (10)3.2.2单回路系统框图 (10)3.3串级控制系统的设计 (11)3.3.1串级控制系统原理 (11)3.3.2串级控制系统框图 (12)第四章单回路系统调节器参数整定 (13)5.1.1、PI控制仿真 (16)5.1.2 PID控制仿真 (17)5.1.3、PI与PID控制方式比较 (17)第六章设计小结 (18)参考文献 (18)第一章设计题目及要求1.1设计背景设计背景为一个集中式空调系统的冬季温度控制环节，简化系统图如附图所示。

系统由空调房间、送风道、送风机、加热设备及调节阀门等组成。

为了节约能量，利用一部分室循环风与室外新风混合，二者的比例由空调工艺决定，并假定在整个冬季保持不变。

用两个蒸汽盘管加热器1SR、2SR对混合后的空气进行加热，加热后的空气通过送风机送入空调房间。

本设计中假设送风量保持不变。

空调压缩机虚拟样机开发中的建模与仿真摘要：该文介绍了建模与仿真技术在开发新型汽车空调旋叶式压缩机虚拟样机中的应用。

该虚拟样机由产品的三维几何模型、动力学模型和反映其工作过程(热力学、流体力学、传热传质等过程）的动态数学模型为基础，利用虚拟样机对压缩机性能进行了仿真研究和优化.关键词：虚拟样机；制冷压缩机;计算机仿真1引言随着计算机技术的飞速发展,压缩机的设计与研究已经从传统的经验或半经验方法逐步转向虚拟样机开发这一先进有效的手段。

虚拟样机是一种基于建模与仿真的设计,包括几何形状、传动的联接关系、物理特性和动力学特性的建模与仿真。

本文利用建模与仿真技术开发了一个汽车空调用旋叶式压缩机的虚拟样机，它具有与真实压缩机一致的内在和外观特性，即模拟了其运动学、动力学和工作过程(热力学、流体力学、传热传质)的性能。

该虚拟样机已在产品和实际开发和制造中发挥了重要的理论指导作用。

2旋叶式制冷压缩机简介新型旋叶式压缩机由于其对汽车空调良好的适应性，目前在国内外得到了大力发展。

这种压缩机结构设计巧妙，结构紧凑，每个工作基元在一转当中有两次吸排气，转子运动平稳，整机的振动小、噪声低。

在日本和美国的一些压缩机制造公司已进行大批量生产.在国内，旋叶式压缩机还处于引进、消化和设计开发阶段。

图1为旋叶式（又称滑片式）压缩机的结构示意图，该压缩机的结构特点为：1)缸内壁型线为多段复杂型线光滑连接而成，转子与气缸同心放置，无偏心。

2)转子和气缸短轴处的密封圆弧段将气缸分成两个压缩腔，两组吸、排气口相错180°布置，使作用在转子上的径向气体力基本平衡，卸除了轴承的径向负荷。

3)为改善叶片运动,叶片斜置。

4)转子与气缸同心，这给机器的制造和安装带来了极大的便利。

5)采用压力供油，以起到润滑和密封作用。

1—排气阀2—转子3—气缸4—滑片5-吸气口图1 压缩机结构简图［1]旋叶式压缩机主要用于小型气体压缩装置和汽车空调系统中，另外还在机舱、军用车辆及民用住宅等空气制冷空调系统中有所应用。

第一章习题1-1什么是仿真？它所遵循的基本原则是什么？答：仿真是建立在控制理论，相似理论，信息处理技术和计算技术等理论基础之上的,以计算机和其他专用物理效应设备为工具，利用系统模型对真实或假想的系统进行试验，并借助专家经验知识，统计数据和信息资料对试验结果进行分析和研究，进而做出决策的一门综合性的试验性科学。

它所遵循的基本原则是相似原理。

1-2在系统分析与设计中仿真法与解析法有何区别?各有什么特点?答：解析法就是运用已掌握的理论知识对控制系统进行理论上的分析，计算。

它是一种纯物理意义上的实验分析方法,在对系统的认识过程中具有普遍意义。

由于受到理论的不完善性以及对事物认识的不全面性等因素的影响，其应用往往有很大局限性.仿真法基于相似原理，是在模型上所进行的系统性能分析与研究的实验方法.1-3数字仿真包括那几个要素？其关系如何？答: 通常情况下，数字仿真实验包括三个基本要素，即实际系统，数学模型与计算机。

由图可见，将实际系统抽象为数学模型，称之为一次模型化，它还涉及到系统辨识技术问题,统称为建模问题；将数学模型转化为可在计算机上运行的仿真模型，称之为二次模型化，这涉及到仿真技术问题，统称为仿真实验.1—4为什么说模拟仿真较数字仿真精度低？其优点如何?.答：由于受到电路元件精度的制约和容易受到外界的干扰,模拟仿真较数字仿真精度低但模拟仿真具有如下优点：（1）描述连续的物理系统的动态过程比较自然和逼真。

（2）仿真速度极快，失真小，结果可信度高。

（3）能快速求解微分方程.模拟计算机运行时各运算器是并行工作的，模拟机的解题速度与原系统的复杂程度无关.（4）可以灵活设置仿真试验的时间标尺，既可以进行实时仿真，也可以进行非实时仿真.（5）易于和实物相连。

1-5什么是CAD技术？控制系统CAD可解决那些问题？答：CAD技术，即计算机辅助设计（Computer Aided Design)，是将计算机高速而精确的计算能力,大容量存储和处理数据的能力与设计者的综合分析，逻辑判断以及创造性思维结合起来，用以加快设计进程，缩短设计周期，提高设计质量的技术.控制系统CAD可以解决以频域法为主要内容的经典控制理论和以时域法为主要内容的现代控制理论。

制冷系统计算和仿真概述及解释说明1. 引言1.1 概述制冷系统是现代工业和生活中广泛应用的重要设备，用于实现物体或空间的降温、保持低温状态或者达到特定的温度要求。

随着科技的不断发展和进步，制冷系统的计算和仿真已经成为学术研究和工程实践中重要的一部分。

制冷系统的计算主要指通过数学方法基于实验数据和理论知识对系统参数进行分析与计算，以预测系统性能、能效和安全性等方面的表现；而制冷系统仿真则利用计算机模拟技术，在虚拟环境下对真实制冷系统进行模拟运行，从而评估其工作性能并优化设计。

1.2 文章结构本文将首先对制冷系统计算进行概述，包括计算方法概述、热力学分析以及循环制冷系统计算等内容。

然后，我们将介绍制冷系统仿真原理及常用仿真软件，并通过案例分析探讨仿真在实际应用中的作用。

接下来，我们将详细阐述制冷系统计算和仿真在节能优化设计、故障排除与优化以及新技术研发与验证方面的重要作用。

最后，我们将对全文进行总结分析，并提出可能存在的改进空间，展望未来制冷系统计算和仿真的研究方向。

1.3 目的本文旨在对制冷系统计算和仿真进行全面概述和解释说明，介绍其在节能优化设计、故障排除与优化以及新技术研发与验证等方面的重要作用。

通过深入了解计算方法和仿真软件，读者将能够更好地理解制冷系统的工作原理及其性能评估方法，并为实际应用提供参考和指导。

同时，本文也意在促进相关领域研究者之间的交流与合作，推动制冷系统计算与仿真技术的不断发展。

2. 制冷系统计算2.1 计算方法概述制冷系统计算是通过应用数学和物理原理，以及工程经验，对制冷系统进行性能分析和设计的过程。

在计算过程中，需要考虑热力学、传热、传质、流体力学等相关理论，并结合实际运行条件和要求进行参数计算。

常见的计算方法包括热力学分析、循环制冷系统的循环参数计算等。

2.2 热力学分析热力学分析是制冷系统计算的基础工作之一。

通过对制冷剂在不同温度和压力下的物性参数进行获取和分析，可以得到其循环过程中的压缩比、比容、能量转移等重要指标。

系统建模与仿真概述System Modeling and Simulation第一章系统建模与仿真概述主要内容•系统与模型-系统建模-系统仿真•系统建模与仿真技术14系统与模型1.1.1系统1.系统的广义定义：x由相互联系、相互制约、相互依存的若干组成部分（要素）结合起来在一起形成的具有特定功能和运动规律的有机整体。

举例：宇宙世界，原子分子，电炉温度调节系统, 商品销售系统，等等。

例一：电炉温度调节系统例二：商品销售系统经理部［市场部I I采购部仓储部销售部I14系统与模型2系统的特性：1）系统是实体的集合+实体是指组成系统的具体对象例如：电炉调节系统中的比校器、调节器、电炉、温度计。

商品销售系统中的经理、部门、商品、货币、仓库等。

+实体具有一定的相对独立性，又相互联系构成一个整体，即系统。

14系统与模型2）组成系统的实体具有一定的属性属性是指实体所具有的全部有效性，例如状态、参数等。

在电炉温度调芒系统中，温度、温度偏差. 电压等都是属性。

在商品销售系统中，部门的属性有人员的数董、职能范围，商品的属性有生产日期、进货价格.销售日期.售价等等。

X系统处于活动之中+活动是指实体随时间的推移而发生属性变化。

例如: 电炉温度调节系统中的主要活动是控制电压的变化, 而商品销售系统中的主要活动有库存商品数量的变化、零售商品价格的增长等。

14系统当摆型X系统三要素：实体、属性与活动。

系统是在不断地运动、发展、变化的；系统不是孤立存在的；系统边界的划分在很大程度上取决于系统研究的目的。

系统研究：系统分析、系统综合和系统预测O 系统描述：同态、同构+同态：系统与模型之间行为的相似（低级阶段）同构：系统与模型之间结构的相似（高级阶段）同态与同构建模+同构系统：对外部激励具有同样反应的系统十同态系统：两个系统只有少数具有代表性的输入输出相対应14系统与模型——3.系统的分类X按照系统特性分类：+工程系统（物理系统）：为了满足某种需要或实现某个预定的功能，采用某种手段构造而成的系统，如机械系统、电气系统等。

制冷压缩机热力性能的仿真计算陈林辉　张东彬　王　石　易佳婷　田怀璋(西安交通大学制冷与低温研究所)摘　要　对小型制冷系统用全封闭往复式压缩机,通过详细考虑其内部热力过程,建立稳态性能仿真模型;通过引入热容系数,将模型用于仿真压缩机开机过程中排气温度的动态特性。

在10个不同工况下,稳态模型对压缩机性能预测值与实验值的比较表明,模型对压缩机质量流量和消耗功率的预测误差在5%以内,排气温度误差最大不超过4℃;在不同环境温度下,动态模型对压缩机开机过程排气温度动态特性的预测值与实验值吻合较好,表明模型准确,可以满足系统仿真计算的需要。

关键词　仿真计算　压缩机　热力性能SIMULATION ON PERFORMANCE OF REFRIGERATING C OMPRESS ORChen Linhui　Zhang Dongbin　Wang Shi　Yi Jiating　Tian Huaizhang(Institutio n of Refrigeration and Cryogenics,Xi'an Jiaotong University)ABSTRACT　A simulation model on the steady perform ance of full hermitic reciprocating com-pressors is presented with considering the inner heat transfer process in detail.By introducing the coefficient of heat capacity,the model is used to simulate the dynamic performance of dis-charge temperature during compressor operation.With10different wo rk conditions,the com-parison of simulation results with experimental ones has show n that the modelpre dicting errors of mass flow flux and consumed pow er of compresso r is within5%and the maximal error of discharge temperature does not exceed4℃.With different ambient temperature,the predict-ing results of dynamic model for discharge tem perature are agreed well with experimental ones. It has shown that the model is ac curate and can be used in the simulation of refrigerating system. KEY W ORDS　Simulation　Compressor　Thermody namic performance 目前,制冷压缩机仿真模型的研究大致可以分为两类:一类是通用模型,多用于压缩机选型和系统仿真。