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房間空調(diào)器

作者:CEO 時間:2022-12-03

信息摘要:摘要:本文采用可變?nèi)莶顑?yōu)化方法,將制冷系統(tǒng)性能系數(shù)COP值作為目標函數(shù),以蒸發(fā)器、冷凝器、毛細管的主要結(jié)構(gòu)參數(shù)及制冷劑充港灌量為優(yōu)化變量,對房間空調(diào)器系統(tǒng)的幾大部件進行了最佳匹配計算,使之能效比顯著提高,達到了節(jié)能目的。1.近年來,盡管對制冷設備中的基本現(xiàn)象的認識已比較清楚,但目前空調(diào)器生產(chǎn)廠家基本上還是采用傳統(tǒng)的類

房間空調(diào)器

房間空調(diào)器

  摘要:本文采用可變?nèi)莶顑?yōu)化方法,將制冷系統(tǒng)性能系數(shù)COP值作為目標函數(shù),以蒸發(fā)器、冷凝器、毛細管的主要結(jié)構(gòu)參數(shù)及制冷劑充港灌量為優(yōu)化變量,對房間空調(diào)器系統(tǒng)的幾大部件進行了最佳匹配計算,使之能效比顯著提高,達到了節(jié)能目的。

  1.近年來,盡管對制冷設備中的基本現(xiàn)象的認識已比較清楚,但目前空調(diào)器生產(chǎn)廠家基本上還是采用傳統(tǒng)的類比設計方法,著重強調(diào)與企業(yè)的設備條件和設計經(jīng)驗的一致,達到在一定程度上的系統(tǒng)匹配。

  本文的目的是對一個分體壁掛式空調(diào)器制冷系統(tǒng)進行最優(yōu)匹配。將制冷系統(tǒng)性能系數(shù)COP值作為目標函數(shù),以蒸發(fā)器、冷凝器、毛細管的主要結(jié)構(gòu)參數(shù)及制冷劑充灌量為優(yōu)化變量,對空調(diào)器系統(tǒng)的幾大部件進行了最佳匹配計算,計算結(jié)果表明優(yōu)化后的COP值較原始值提高8.07%,制冷量提高了3.77%,功率消耗降低了3.79%,實現(xiàn)了節(jié)能目標。

  2.制冷系統(tǒng)工作過程模擬

  冷系統(tǒng)工作過程模擬的目的是為實現(xiàn)系統(tǒng)的最佳匹配和工作過程控制自動化,故模擬模型應準確、可靠。通常用用穩(wěn)態(tài)集中參數(shù)法比較粗糙,且不抻于了解系統(tǒng)各部特征。本文則采用穩(wěn)態(tài)分布參數(shù)法。

  2.1蒸發(fā)器和冷凝器的模擬

  制冷劑在蒸發(fā)器和冷凝器中的流動分別是飽和態(tài)及過熱態(tài)、飽和態(tài)及過冷態(tài),通常在兩器的換熱計算在均將每一狀態(tài)作為整體采用平均換熱公式,雖然考慮了單相和兩相流體在傳熱上的差異,但實際上在所劃分的每一區(qū)域內(nèi)傳熱系數(shù)和制冷劑溫度是不相同的。本文則采用分步計算法,在假設出口參數(shù)的條件下,應用質(zhì)量守恒、動量守恒和能量守恒方程進迭代計算,得出制冷劑的溫度、壓力和干度的變化情。

  2.2毛細管的模擬

  毛細管的結(jié)構(gòu)雖然簡單,但管中制冷劑的流動比較復雜,是一個從液體單相流的“閃蒸”過程,且存在汽化滯后的非熱力學平衡現(xiàn)象,該現(xiàn)象對毛細管內(nèi)制冷劑流量和出口參數(shù)等都有較大影響。本文根據(jù)諸多文獻中R22的實驗數(shù)據(jù)對文南非的模型作了修正,比較滿意地反映出R22閃點延遲與毛細管內(nèi)徑、入口過冷度等的關(guān)系。毛細管進出口參數(shù)仍采用分步參數(shù)法,借助三大守恒方程聯(lián)立迭代求解。

  2.3壓縮機的模擬

  本文的空調(diào)器制冷系統(tǒng)中采用滾動轉(zhuǎn)子壓縮機,對其工作過程的瞬態(tài)模擬仍借助三大守恒方程,綜合考慮了氣缸與外界的熱交換、氣體的泄漏、氣閥的運動規(guī)律、運動部件的摩摩等諸因素對壓縮機工作性能的影響,使其更接近壓縮機的實際工作過程。文獻[2]給予詳細的敘述。

  2.4制冷系統(tǒng)的模擬

  

  制冷系統(tǒng)模擬計算框圖,是以質(zhì)量流量及系統(tǒng)充灌量作為計算收斂的判據(jù),與文獻[3]比較,其優(yōu)點是選取的初值對收斂速度及計算精度的影響較小,并且顧及了充灌量的影響。

  3.制冷系統(tǒng)最佳匹配

  作者在實驗驗證了制冷系統(tǒng)模擬計算與實驗結(jié)果吻合較好的基礎上,建立了制冷系統(tǒng)幾大部件間的最佳匹配優(yōu)化模型,經(jīng)過優(yōu)化后的制冷系統(tǒng)實現(xiàn)了節(jié)能目的。

  3.1優(yōu)化參數(shù)

 ?。?)目標函數(shù)及設計變量

  本文的目標函數(shù)?。?/p>

  Fx=1/COP

  COP值為能效比。

  設計變量如下:制冷劑充灌量M

  冷凝器的翅片間ec;管外徑doc;單根管長lc;迎面風速uc;

  蒸發(fā)器的翅片間距ee;管外徑doe;單根管長le;迎面風速ue;

  毛細管長Lcap。

  這里暫且沒考慮壓縮機的優(yōu)化,并取毛細管內(nèi)徑為定值。

 ?。?)約束條件

  顯性約束如下:

  1.5mm≤ec≤3.0mm,1.5mm≤ee≤3.0mm,

  6.0mm≤doc≤12.0mm,6.0mm≤doe≤12.0mm,

  0.5m≤lc≤1.2m,0.5≤le≤0.75m,

  1.0m/s≤uc≤3.0m/s,0.5/s≤ue≤3.0m/s,

  0.6m≤Lcap≤1.8m,

  500g≤M≤1000g。

  為了計算的方便,將上述約束作無量綱處理。

  另外對材料消耗及噪聲指標提出限制,冷凝器和蒸發(fā)器優(yōu)化后的重量應不大于樣機重量,噪聲的控制是通過限制空氣流過蒸發(fā)器時流動阻力來實現(xiàn)的。

  3.2優(yōu)化方法

  因為空調(diào)器制冷系統(tǒng)工作過程的模擬計算量很大,目標函數(shù)、約束條件和設計變量間存在著復雜的線性或非線性或非線性關(guān)系,故本文采用可變?nèi)莶顑?yōu)化方法。該方法的特占領是初始多面體的頂點不要求為可行點,無需計算梯度,因而運行簡便。同那些要求嚴格滿足可行性的優(yōu)化方法比較,大大節(jié)省計算時間,另外,還可以利用公差準則數(shù)作為搜索結(jié)束的準則。

  需要指出的是,在房間空調(diào)器制冷系統(tǒng)的優(yōu)化計算中,由于目標函數(shù)、約束條件和設計變量之間是較為復雜的隱含非線性關(guān)系,故所行優(yōu)化結(jié)果是局部最優(yōu)解,是與初始點位置有關(guān)的。另外,設計變量的最優(yōu)值與國家規(guī)定的系列標準值并有相符,需對優(yōu)化值進行圓整或標準化。為此,需要利用“子空間優(yōu)化”方法,對某些設計孌量圓整或標準化。然后再通過比較多個局部最優(yōu)解,得出最終的優(yōu)化設計。

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