蒸汽压缩制冷系统的稳态和瞬态建模分析

　　1 引言

　　一个完整的制冷系统其涉及的工作参数很多，在实际的应用环境中，为了能够对实际的制冷系统有着更加准确的去掌握制冷系统的工作过程，能够对制冷系统进行更为有效的管理与控制，因此往往需要对制冷系统进行深入的研究和分析，然而由于制冷系统的复杂性决定了针对制冷系统的研究和分析工作难度很大，需要建立很复杂的实验分析环境，而且在对制冷系统进行详细分析过程中还需要引入很多测量设备实现对制冷系统工作过程的全称监测。为了提高对制冷系统的分析效率和研究的准确性，往往在实际测试分析之前首先采用建模分析的方式对制冷系统的工作过程，工作参数之间的关系开展研究。目前对制冷系统的过程进行建模分析按照其分析对象的工作阶段不同可以分为瞬态模型的建立和稳态模型的建立。通过对制冷系统的稳态模型，可以对制冷系统内部的组成结构以及各组成结构单元的工作特性有更加深入和准确的研究，而对于制冷系统的瞬态模型的研究和分析则可以掌握制冷系统在工作过程中其内部各功能模块之间的工作关系，以及制冷系统各主要工作参数的变化情况。在实际的研究过程中，一般对稳态模型的研究主要是针对制冷系统中的蒸发器、冷凝器、压缩机以及膨胀阀等主要功能模块开展研究，而对制冷系统的瞬态模型的研究则主要研究制冷系统内部中的热交换器的工作特点。本文重点对蒸汽压缩系统中的稳态和瞬态模型开展建模与仿真研究，目的是为了建立蒸汽压缩制冷系统的详细准确的动态和稳态工作特性。

　　2 制冷系统主要单元的模型建立

　　本文研究的制冷系统由一个开式调速压缩机，手动膨胀阀以及蒸发器，冷凝器和过冷器组成。其中，冷凝器由两个同心铜管组成，制冷剂在内管流动，而水流则在环形通道中反向流动。蒸发器由一个外壳和三个内铜管组成，制冷剂在三个内管中流动，而二次载冷剂，如水和乙二醇的混合物，则在外壳中反向而流。在对制冷系统建模时，主要针对膨胀阀、压缩机、热交换器等主要组成单元进行建模分析。

　　(1) 制冷系统中膨胀阀的建模

　　制冷系统中，蒸发设备是最重要的元件之一，其作用主要是减少压力，调节制冷剂工质流流率。最常用的蒸发设备为毛细管和热膨胀阀，毛细管为小口径细管，以约束并减少压力。热膨胀阀的阀门嵌入在蒸发器出口管线中的感应器真空管，来控制制冷剂流，由此来利用过热度来控制工质流。也可参考其他有关蒸发设备的实验研究，大部分蒸发设备模型都具备简易的特性。事实上，由于这些设备的容量极小，因此蒸发过程是隔热的，且内无任何制冷剂工质变化。可以认为等焓过程和制冷剂工质流的计算由下式决定: