制冷装置仿真与优化.docx

《制冷空调系统仿真与优化》讲义（提纲）

授课时间：2012年周二周次：7~15周周二5，6，7，8节
地点：动力楼对象：空调2011
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

制冷量蒸发器
Q0（kW）压缩机

2B
1.8B’
热力膨胀阀
负荷增大后的
蒸发器特性
θ0（℃）
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

压缩机
机组
Q0Q01
θk
40℃冷凝器
30℃

θk3040℃

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。
被调参数
[1]P16图2-2及其描述。（参数干扰参数）
调节参数
制冷系统及各部件不稳定工况下参数之间的关系可用信号方框图表示（[1]P17图2-3、图2-4等）
核心研究内容：①制冷系统的动态仿真，②优化；
具体而言，研究内容包括：（P7）
系统传热和流动机理的理论、试验研究
部件动态特性研究，建立数学模型
仿真
优化
控制应用；
研究的数学手段：微分方程，传递函数、频率特性分析法、差分数值分析法等。（P17）
制冷空调系统仿真
1、系统仿真与过程仿真
系统仿真就是利用一个能代表所研究对象的模型对真实系统或假想系统进行某种试验研究，以前常称为模拟。
如果建立的是物理模型，如水利工程中的水坝模型、风洞试验中的飞机模型等，则建模及分析的过程称为物理仿真，也称为实物仿真。
如果通过将原型抽象成数学模型，通常是一组微分方程或差分方程，然后利用计算机求解方程的方式进行研究分析的过程称为数字仿真，也称为计算机仿真。数字仿真建立在数学模型的基础上，利用计算机速度快、容量大的优点，可以模拟各种苛刻的试验条件，可以在短时间内获得结果，可以研究包含几十甚至几百个变量的问题，相对于物理仿真表现出极大的优越性。
把物理模型、数学模型，甚至是实物联合在一起进行试验研究分析的过程称为数字-物理仿真，又称为半物理仿真。如用于培训的仿真机大多数就是把实物和数学模型相结合的物理仿真系统，如锅炉及其它发电设备系统则是被数学模型所取代的数字仿真，二者结合构成了半物理仿真系统。
计算机仿真已成为科学研究的第三只翅膀，与实验和理论一起构成了完整的三维坐标系，能做到理论和实验难以做到的事情，为人们提供了一个认识客观世界运动规律的新途径。
系统仿真是一门综合性新技术学科，围绕该技术出现大量跟电子信息技术有关的技术问题，例如计算速度和并行处理技术、建模方法和仿真算法、网络通信、仿真图像生成、仿真支持软件等，并逐渐发展成为一门独立的但又是学科交叉的边缘学科。
随着数字电子计算机软硬件技术的快速发展，以仿真机为工具，用数字模型代替过程系统进行试验和研究的过程系统数字仿真技术（简称过程仿真）成为系统仿真领域一