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制冷系统仿真研究展望
发布时间:2006-10-16           阅读次数:6004
    

国际上制冷系统总的发展趋势
      第一个趋势是研究对象的不断扩展。由于长期以来蒸气压缩式制冷装置一直是制冷空调装置的主流,所以制冷空调装置的仿真研究也集中于蒸气压缩式制冷装置。CFCs替代工质研究的开展和节能意思的增强,制冷空调装置的发展呈现出前所未有的多元化趋势。首先采用新的环保工质的蒸气压缩式制冷机依靠传统优势,仍然占据者市场主要份额。其次,由于吸收式制冷机的经济性已经可以和蒸气压缩式制冷机相比,成为大容量机组中重要力量,同时也向着小型化的方向发展。再次,吸附式制冷与半导体制冷等经济性虽然较差,但凭借各自在不同场合的优势,也正处于快速的发展中。在这个发展过程中,研究者都不约而同的选取计算机仿真作为改进现有机型和开发新型机型的重要技术手段。因此,从计算机仿真研究的角度看,研究对象在扩展。并且由于仿真对象具体运行方式和部件结构所存在的显著差别,使得仿真难度的差异很大,所以,仿真必须在通用性与复杂性、精确性的矛盾之间寻找平衡点。
      第二个趋势是研究方法在不断更新,学科交叉的特征越来越明显。传统研究方法虽然获得了巨大的成功,然而同时也在许多实际问题面前遇到了很大的障碍。研究人员发现要解决这些问题,必须走交叉学科的道路。20世纪90年代,随着人工智能技术的发展,人们自然而然就希望引入人工智能技术增强仿真的能力。其运用方向有如下方式,1引入知识表述及处理技术以扩大模型中知识描述的能力;2在建模、仿真实验设计、处理及仿真结果分析等阶段引入专家知识和推理,以辅佐一般用户作出各种决策;3辅助模型的修正及维护;4引入自动推理与解释机制。上述方式将使常规仿真走向智能仿真。
      第三个趋势是相关的机理研究为仿真技术的成熟和仿真精度的提高提供了良好的基础。作为预测实际空调制冷装置性能的仿真技术,其研究的目标并不是相关的机理模型和基础数据,而是基于机理模型和基础数据之上的应用。因此,机理研究也是推动仿真技术发展的重要因素。其中,流动、传热、传质、制冷剂物性计算、人工智能和软件开发等方面的基础研究构成了制冷系统仿真技术发展的主要推动力。
      我国的制冷仿真技术发展相对较晚,但是总的来说,国内研究者们从事制冷系统仿真工作也已有二十年的历史,并且取得不少研究成果,但与国外相比仍然存在相当的差距,比如说国外对部分负荷条件下的空调器的仿真进行了大量研究[1],已开发出对各种小型制冷系统均通用的应用软件。我国制冷系统仿真研究前景可以从以下几个角度来进行概括:
      第一,仿真方法在传统的数值仿真方法的基础上,开始引入智能仿真方法;
      第二,仿真过程从稳态到动态过程;
      第三,仿真对象从冰箱、空调器到热泵和变频空调器;
      第四,仿真中所用制冷工质从CFC12、HCFC22、HFC134a到天然工质HC600a及HC744等;
      第五,从现有产品的仿真到未来产品的优化设计;
      第六,从理论研究开始转向实用化研究。

亟待解决的问题
      1) 对系统部分负荷下运行进行研究对深入研究系统的性能非常重要。研究者们几乎对所有的小型制冷系统稳态工况都进行了仿真研究,但系统很多情况下是在非稳态工况工作,目前国内的非稳态研究仅针对压缩机开停过程,尚未发现系统在部分负荷下的仿真研究。
      2) 为了缩短收敛时间,加快收敛速度,若对制冷剂热物性和制冷系统采用过于简化的仿真模型,这将难于反映出系统的真实工作特性,影响仿真的精确度,这样的模型用于理论研究是不可取的;进行理论研究时,应尽量建立完整的数学模型,随着计算机内存量的加大和CPU速度的加快,可能解决收敛时间过长的问题。当然将理论研究成果转化为实际应用时,可将模型作适当的转化,并通过试验验证其可行性,以推广其实用性。
      3) 目前仿真中针对的工质还比较单一化。所做的研究绝大部分是对采用R22和R134a替代工质的设备进行的,今后应更多开展对用R600a、R744自然工质和非共沸替代工质设备的研究工作。
      4) 在当前所做的仿真中,没有考虑润滑剂对制冷剂的热物性和制冷量的影响,而这种影响是不可忽略的。
      5) 两相流区的模型是制冷系统仿真效果的关键。在冷凝器、蒸发器和毛细管中均存在两相区。两相流属于多相流,关于多相流的理论尚不成熟,所建立的模型在很大程度上是经验模型,而且关于毛细管的非稳态区也缺乏研究,只有完善这些理论才能真正提高仿真的精度。
      6) 对于制冷空调装置动态模型的研究还很欠缺。对于制冷系统而言,在扰动对于制冷空调装置的影响直接反映的制冷系统的性能和我们的发展需求。对于动态特性的研究还远不够深入。

文章来源:中国制冷网

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