制冷空调计算机控制系统讲义

现经常被用来比较不同工质的性能
使用上述方法存在的问题
因为
对于一般的制冷装置来讲，当蒸发温度、冷凝温度变 化时，其压缩机吸气过热度、冷凝器过冷度也会变化 ，定值假定是不符合实际情况的。
上面分析过程没有牵涉到外界环境对于实际装置的影响
所以
方法虽然简单，但同实际装置性能之间是有差距 ，不能预测外界环境变化时制冷装置的性能变化 。
图5-3 示出了单级蒸气压缩制冷循环的lgp–h图。
查表
可以计算出所要求的各个量，但每次计算都比较复 杂。
用计算 机计算
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虽然编程需要花时间，但以后每次计算特别快 ，这对于工况等参数改变时的分析特别能体现 出其优势。
假定输入参数为4个：蒸发温度Te，冷凝温度Tc，压缩机吸气过热度 Te，冷凝器过冷度Tc。按理论循环的假设条件，蒸发温度和冷凝温度均 为定值，系统的流动阻力忽略不计。压缩过程为等熵过程，节流过程为等 焓过程。
循环的制冷量 单位容积制冷量 单位理论热负荷
q0h1h5h1h4
qv
q0 v1
qk h2h4
(5-11) (5-12) (5-13)
制冷系数
q0 w0
(5-14)
图5-4 为计算单级蒸气压缩制冷循环性能的程序框图。
给Te, Tc, Te, T c赋值
p2 =pc，s2= s1
由Te求pe
由p2, s2求T2, h2
一般地，描述系统的高阶微分方程可统一用如下形式
d n d n 1
d
d n
d n y t a 1 d n 1 y t a n 1 d y a t n y c 0 d n u c t
d
d n d n 1
d
a n 1 d ty a n y c 0 d t n u c 1 d t n 1 u c n 1 d t u c n u (5-10)
制冷空调计算机控制系统讲义
5.1.1 仿真技术简介
仿真 用一个能代表所研究对象的模型去完成的某 种实验, 以前常称为模拟 。
按照模型 性质不同
物理仿真
计算机仿真
物理仿真
用一个与实际系统物理本质相同 的模型去完成实验 。
计算机仿真
用数学形式表达实际系统的运动 规律，数学形式通常是一组微分方程 或差分方程，然后用计算机来解这些 方程。
用一阶微分方程描述的只能是非常简单与理想 化的对象，在制冷空调装置仿真中，如果考虑 稍多一些影响参数的话，则必须采用更高阶的 方程。
例5-2变空气温度下的货物冷却 仍然是货物送入冷藏箱中进行冷却的过程计算。与例5-1不同的是，
空气温度是变化的，而送入箱内的热量是一定的, 设为Q。设冷藏箱中 空气温度为 ，质量为Ma，定容比热为 ;设货物的温度为 ，质
C M K C F aM ad dt22(C M C aM a)d dtQ （5-9）
上面的二阶常微分方程描述了冷藏箱内货物的冷却过程。 如果考虑空气与箱体结构的传热，而把箱体结构作为一阶惯 性环节，则得到的式子为三阶微分方程。如果对于厚的货物 ，需要考虑表层与内部温度变化的不一致，则所得到的方程 阶数还要高 。
传热面积为F，货物与空气的当量a传热系统为K。
K F ( a - )
,C , M
a
图 5-1 冷 藏 货 物
货物的蓄热量U为
传给货物的热量应等U于 货物C蓄M热量的(5变-1化)
(5-2)
dUKF(
dt 将式(5-1)代入(5-2)并整理得
a
)
(5-3)
ddt C KM FC KM Fa
上式即是包含对t 求导的一阶微分方程。反映了一定条件下， 货物随冷藏室内空气温度的变化规律
T1= Te+Te, p1 =pe 由T1, p1求v1, s1, h1
T4= Tc-Tc, p4 =pc 由T4, p4求h4
求q0, qv, qk, w0,
由Tc求pc
结束
上述程序的用途
因为 所以
该种计算中只需要知道制冷工质 的热力性质，与工质的传输性质 以及具体的装置结构均无关
可以方便地求出当蒸发温度、冷凝 温度、压缩机吸气过热度、冷凝器 过冷度变化时，理论制冷循环性能 的变化
用混合模拟机组成的或用数字－模拟混合计算 机组成的混合仿真系统
微型机阵列组成的全数字式仿真系统
5.1.2 简单对象的建模
❖ 在制冷空调装置仿真中，有些部分在 一定假设下，可用一阶微分方程近似 描述。下面举例说明。
例5-1 货物冷却
对于货物送入冷藏箱中进行冷却，如图5-1所示。设冷藏箱中空气
温度为 ；设货物的温度为 ，质量为M，定容比热为C，与空气
5.1.4 单级压缩蒸气制冷装置的计算机模 拟
货物的蓄热量U为
UCM
传给货物的热量应等于货物蓄热量的变化
CMddt KF(a)
传给空气的热量与传给货物的热量之和为总热量Q
CMd dt CaMadd ta Q
由式（5-6）得
a
CMd
KF dt
(5-5) (5-6) (5-7) (5-8)
将(5-8)代入(5-7)得，
C M d d tC aM ad d tC M K C F aM ad d t2 2Q
量系为统M为，K。定货容物比送热入为冷C，藏与箱空中气进传行C热冷a面却积，为箱F体，结货构物为与绝空热气。的当量a传热
a,C a , M a
Q
,C , M
图 5-2 考 虑 空 气 蓄 热 时 的 货 物 冷 藏
UaC M CKM F ddt
空气的蓄热量U为
U aC aM a a (5-4)
对于一般的微分方程，难以直接求得分析解，一般采用数值求解方法
。对于精度要求较低而速度要求较高的场合，可以采用欧拉法、梯形法 ；如果精度要求较高，则四阶龙格库塔法是常用的求解方法。
5.1.3 单级压缩蒸气制冷理论 循环的计算机分析
最常见的制冷装置如家用冰箱、家用 空调器等均采用单级蒸气压缩制冷循环
对于单级蒸气压缩制冷理论循环的 计算机分析是一种非常简化的制冷 循环模拟，可以作为实际制冷装置 模拟的基础。
在计算机仿真研究的过程中，一 般要经过这样四个步骤
(1) 写出实际系统的数学模型。
(2) 将它转变成能在计算机上进 行运转的数学模型
(3) 编出仿真程序
(4) 对仿真模型进行修改、校验
有无实 仿真系统
物介入
实时仿真系统 非实时仿真系统
用模拟计算机组成的仿真系统
计算机 仿真
类型不同
用数字计算机组成的数字仿真系统