制冷压缩机状态参数模拟的逻辑模型

制冷压缩机状态参数模拟的逻辑模型

庞丽颖

庞丽颖

中铁工(天津)建筑工程设计有限公司天津300393

摘要:压缩机是压缩式热泵的“心脏”，对压缩机设备进行模型建立，计算机仿真是目前广泛采用的手段。目前对压缩机的数学模型研究，大多数是把压缩机视为一个独立的装置，要准确反映压缩机中各种结构参数对于压缩机性能的影响，模型较繁琐。用仿真方法研究压缩机数学模型，主要工作在于研究出对系统性能有影响的参数[1]。这也正是本文的研究核心所在。

关键词:制冷压缩机；状态参数；模拟；数学模型

建模时，如果对压缩机内部各种部件的结构参数的影响也进行较详尽的描述的话，虽可以使得压缩机模型较为全面，精度也可能略有提高，但是总体上带来的问题是，模型过分复杂，计算时间变长，程序可靠性降低。平衡计算精度与速度、保证结果的可靠性是仿真时需要非常注意的地方[2]。

以下参数为压缩机模型的基础计算参数。

1.理论排气量

涡旋压缩机的理论排气量[3]

输气系数随压缩机压比增大而成线性降低的，通过最小二乘法拟合得到不同冷凝温度下，随压比变化的输气系数值，在程序编制时，对其他冷凝温度下的输气系数根据插值法进行了修正，以保障计算可靠性。

3.制冷剂流量确定

由于压缩机对于制冷空调的作用是通过制冷剂迁移来实现的，因此对于通过压缩机的制冷剂流量的计算是压缩机模型的最主要的参数计算，流经压缩机的制冷剂状态关系对于反映压缩机与蒸发器及冷凝器之间的作用至关重要。

压缩机每转的制冷剂平均流量计算[4]：

4.压缩机出口参数确定

目前，建立压缩机数学模型的方法有两种，一种方法是“黑箱”法，这种方法只考虑压缩机功率、制冷机流量和蒸发温度、冷凝温度、吸气过热度等的关系，根据压缩机性能曲线来建立压缩机模型。另一种把压缩机效率作为建模依据，通过指示效率、机械效率、电机效率和输气效率四个效率来反映压缩机实际性能，进而求得压缩机电功率、质量流量、出口状态参数等。此方法简洁直观，而且可以了解压缩机性能与结构的关系，对研究压缩机的性能是必不可少的方法[5]。

为了便于计算，对压缩机模型进行合理简化，本文做了以下假设：第一，忽略压缩机与外界的热量交换；第二，不计压缩机余隙容积的影响；第三，压缩机排气量恒定。

4.1等熵效率

由于必须得考虑一些经验参数，很多学者担心压缩机结构方面得参数难以获得，计算可靠性难以保证。为了使模拟结果更加可靠，笔者针对所研究的涡旋式压缩机进行了调研，得到输气系数随压缩机压比的变化情况，通过最小二乘法拟合得到不同冷凝温度下，随压比变化的等熵效率值，由于图中只给出部分冷凝温度下的等熵效率随压比的变化值，本文在程序编制时，对其他冷凝温度下的等熵效率根据插值法进行了修正，以保障计算可靠性。

4.2压缩机功率

系统的能耗是装置优化的主要目标，而压缩机是装置的主要的能耗部件，因此对压缩机的功率计算也应该是模型的主要功能之一。

压缩机功率的计算公式如下：

式中：

h1—压缩机出口焓，kJ/kg；

h2—压缩机进口焓，kJ/kg。

4.3焓

理想情况压缩机压缩气体过程为等熵压缩，即s1=s2s。1为压缩机入口，2为实际过程气体经过压缩机后到达状态点，理想状态点2s，而在实际运行过程中，制冷剂在压缩机中的压缩过程是非常复杂的过程，伴随有不可避免的膨胀损失、摩擦损失及其气体流动损失等，是熵增过程，压缩机出口状态点2的参数对于整个系统的性能计算至关重要，状态点2与理想状态点2s的关系：

由此可知2s状态点确定，则2点状态即可确定。

综上，模型的建立取决于使用模型的目的。不同研究人员建立模型的用途可能不尽一致，因此某一状况下较合理的模型在其他情况未必就是最佳模型。数学模型的形式不仅取决于实际对象的性质，还取决于待解决的问题以及求解数学模型的条件。

本文根据实际应用情况，采用的是涡旋式压缩机。压缩机模型的仿真计算中，建立压缩机流量与功率、蒸发器和冷凝器的关系，计算出其他影响装置性能的参数。希望为日后压缩机工作状态的确定提供借鉴作用。

参考文献:

[1]张春路等.制冷系统稳态仿真算法研究[J].上海交通大学学报,V0136,2002(11):1667～1670

[2]丁国良,张春路.制冷空调装置仿真与优化[M].北京:科学出版社,2003

[3]郭建辉,地下水源热泵系统匹配的实验与模拟研究[D]:[硕士学位论文].西安:西安建筑科技大学,2004

[4]张小松.制冷技术与装置设计[M].重庆:重庆大学出版社,2008