制冷空調(diào)系統(tǒng)仿真原理與技術(shù)

第1章 概論

1.1制冷系統(tǒng)仿真技術(shù)研究的意義

1.2制冷系統(tǒng)仿真模擬技術(shù)的研究現(xiàn)狀評述

1.2.1 面向制冷系統(tǒng)匹配設(shè)計的穩(wěn)態(tài)仿真技術(shù)

1.2.2面向制冷系統(tǒng)控制設(shè)計的動態(tài)仿真技術(shù)

1.2.3面向大系統(tǒng)設(shè)計與控制的綜合仿真技術(shù)

1.2.4從仿真模擬到現(xiàn)代產(chǎn)品設(shè)計方法學(xué)

1.3本書的內(nèi)容安排

第2章計算方法基礎(chǔ)

2.1 單變量非線性方程求解方法

2.1.1 兩分法

2.1.2 牛頓法

2.1.3 割線法

2.1.4試值法

2.1.5反向二次插值法

2.1.6 Brent法

2.1.7單變量方程算法小結(jié)

2.2多變量非線性方程組求解方法

2.2.1 牛頓法

2.2.2 Broyden法

2.3插值與擬合

2.3.1線性插值

2.3.2雙線性插值

2.3.3 曲線擬合的線性最小二乘法

第3章制冷劑和載冷荊的熱物性計算

3.1制冷劑熱物性簡化計算

3.1.1 系統(tǒng)仿真對制冷劑熱物性計算的要求

3.1.2 Cleland擬合模型

3.1.3隱式三次多項式擬合模型

3.1.4表格插值法

3.2濕空氣熱物性計算

3.2.1 濕空氣的組成

3.2.2濕空氣的熱力性質(zhì)

3.2.3濕空氣的焓濕圖

3.3載冷劑熱物性計算

3.3.1 純質(zhì)液體的熱物性計算

3.3.2溶液的熱物性計算

第4章壓縮機模式

4.1 系統(tǒng)仿真對壓縮機模型的要求

4.2壓縮機效率模型

4.3壓縮機AHRI 10系數(shù)模型

4.4變?nèi)萘繅嚎s機模型

4.4.1 變頻壓縮機模型

4.4.2數(shù)碼渦旋壓縮機模型

4.4.3滑閥調(diào)節(jié)容量的螺桿壓縮機模型

4.5帶經(jīng)濟器的壓縮機模型

4.6離心壓縮機模型

4.6.1 單級離心壓縮機性能的半經(jīng)驗?zāi)Ｐ?

4.6.2離心壓縮機的經(jīng)驗?zāi)Ｐ?

第5章節(jié)流元件模型

5.1 節(jié)流元件

5.1.1節(jié)流元件類型

5.1.2 系統(tǒng)仿真對節(jié)流元件模型的要求

5.2毛細管和短管模型

5.2.1 制冷劑在毛細管和短管內(nèi)的流動特性

5.2.2均相流分布參數(shù)模型

5.2.3經(jīng)驗關(guān)聯(lián)式模型

5.2.4毛細管近似積分模型

5.3孔板模型

5.4熱力膨脹閥MOP模型

5.5電子膨脹閥模型

5.5.1 圖表模型

5.5.2經(jīng)驗關(guān)聯(lián)式模型

第6章冷凝器模式

6.1冷凝器四區(qū)模型

6.1.1 四區(qū)模型的定義

6.1.2微元模型

6.1.3 算法

6.2 考慮制冷劑管路排布的翅片管換熱器分布參數(shù)模型

6.2.1 建模策略

6.2.2翅片管換熱器模型與算法

6.3管殼式冷凝器模型

6.3.1 建模策略

6.3.2微元模型

6.3.3管殼式冷凝器模型與算法

6.4冷凝器模型常用實驗關(guān)聯(lián)式

6.4.1 水平管內(nèi)單相流動換熱與壓降

6.4.2水平管內(nèi)兩相凝結(jié)換熱與壓降

6.4.3水平管束外兩相凝結(jié)換熱

6.4.4翅片管換熱器空氣側(cè)換熱與壓降

第7章蒸發(fā)器模式

7.1蒸發(fā)器三區(qū)模型

7.1.1 三區(qū)模型的定義

7.1.2微元模型

7.1.3算法

7.2翅片管蒸發(fā)器分布參數(shù)模型

7.3滿液式蒸發(fā)器模型

7.3.1 建模策略

7.3.2微元模型

7.3.3滿液式蒸發(fā)器模型與算法

7.4蒸發(fā)器模型常用實驗關(guān)聯(lián)式

7.4.1 水平管內(nèi)單相流動換熱與壓降

7.4.2水平管內(nèi)兩相沸騰換熱與壓降

7.4.3水平管束外兩相沸騰換熱

7.4.4翅片管換熱器空氣側(cè)換熱與壓降

第8章輔助設(shè)備模式

8.1連接管模型

8.1.1 連接管對系統(tǒng)性能的影響

8.1.2連接管模型

8.2四通換向閥模型

8.2.1 四通換向閥對系統(tǒng)性能的影響

8.2.2 四通換向閥模型

8.3儲液器和氣液分離器模型

8.3.1 儲液器對系統(tǒng)性能的影響

8.3.2儲液器模型

8.3.3氣液分離器對系統(tǒng)性能的影響

8.3.4氣液分離器模型

8.4泵與風(fēng)機模型

8.4.1 泵對系統(tǒng)性能的影響

8.4.2 泵模型

8.4.3風(fēng)機對系統(tǒng)性能的影響

8.4.4風(fēng)機模型

8.4.5風(fēng)機定律

第9章制冷系統(tǒng)仿真

9.1系統(tǒng)循環(huán)分析

9.1.1 簡單制冷/熱泵循環(huán)

9.1.2帶經(jīng)濟器的制冷/熱泵循環(huán)

9.1.3跨臨界制冷/熱泵循環(huán)

9.2簡單制冷/熱泵系統(tǒng)的模型與算法

9.2.1 系統(tǒng)模型

9.2.2系統(tǒng)充注量模型

9.2.3系統(tǒng)算法

9.3模型標(biāo)定

9.3.1 仿真誤差與模型標(biāo)定

9.3.2部件模型標(biāo)定

9.3.3系統(tǒng)模型標(biāo)定

9.4熱泵型分體式空調(diào)器系統(tǒng)仿真與分析

9.4.1仿真對象

9.4.2實驗驗證

9.4.3系統(tǒng)特性的仿真分析

9.5螺桿冷水機組系統(tǒng)仿真與分析

9.5.1 仿真對象

9.5.2實驗驗證

9.5.3系統(tǒng)特性的仿真分析

第10章建筑空調(diào)系統(tǒng)仿真

10.1建筑空調(diào)系統(tǒng)模型

10.1.1 制冷劑回路模型

10.1.2冷凍水與冷卻水回路模型

10.1.3空氣處理過程與負(fù)荷模型

10.1.4機組與系統(tǒng)能效的定義

10.2建筑空調(diào)系統(tǒng)的仿真案例分析

10.2.1 空調(diào)箱獨立新風(fēng)系統(tǒng)案例

10.2.2冷卻水回路優(yōu)化案例

主要符號表

參考文獻

中國是一個制冷大國，制冷空調(diào)裝置產(chǎn)能居世界第一。但是，中國目前還不是一個制冷強國，國內(nèi)制冷空調(diào)產(chǎn)品制造企業(yè)絕大多數(shù)還缺乏獨立的先進的產(chǎn)品研發(fā)與設(shè)計能力。造成這種現(xiàn)象的一個重要原因是決定本行業(yè)技術(shù)能力的工程師培養(yǎng)體系還不健全。企業(yè)缺失系統(tǒng)培養(yǎng)專業(yè)工程師的意識，希望大學(xué)承擔(dān)這部分責(zé)任，而大學(xué)的專業(yè)知識教育相對落后，且與企業(yè)脫節(jié)嚴(yán)重，短期的實踐環(huán)節(jié)只是給學(xué)生一些感性認(rèn)識，無法真正掌握并學(xué)以致用。

制冷系統(tǒng)仿真技術(shù)是制冷空調(diào)產(chǎn)品研發(fā)與設(shè)計的核心技術(shù)之一，在歐美企業(yè)中已經(jīng)有50年左右的發(fā)展與應(yīng)用歷史，其仿真技術(shù)水平也遠遠超過同期的大學(xué)和研究機構(gòu)研究水平。在國內(nèi)外學(xué)術(shù)界，這方面的教材或?qū)W術(shù)著作還屈指可數(shù)。上海交通大學(xué)的研究人員在20世紀(jì)90年代末至2002年先后出版過與制冷系統(tǒng)仿真相關(guān)的三本專著（作者曾參與撰寫），被相當(dāng)多的國內(nèi)高校相關(guān)專業(yè)選為教材，在企業(yè)中也擁有相當(dāng)多的讀者。但是從作者得到的反饋來看，主要存在兩個問題：①內(nèi)容不適合入門者學(xué)習(xí)；②模型與產(chǎn)品設(shè)計要求存在較大的距離。這一方面說明國內(nèi)的高校和企業(yè)對制冷系統(tǒng)仿真技術(shù)的需求很高；另一方面也反映了目前仍缺少一本理論與實踐結(jié)合得比較緊密的制冷空調(diào)系統(tǒng)仿真教材類書籍。

作者曾在上海交通大學(xué)從事制冷系統(tǒng)仿真技術(shù)研究和教學(xué)多年，此后又在全球最大的制冷空調(diào)設(shè)備生產(chǎn)企業(yè)美國開利公司（Carrier Corporation）主管仿真模擬核心技術(shù)研發(fā)部門，負(fù)責(zé)開利全球的仿真技術(shù)研發(fā)、應(yīng)用與仿真軟件的培訓(xùn)工作。對制冷系統(tǒng)仿真技術(shù)的研發(fā)與教學(xué)，積累了一定的經(jīng)驗。作者希望通過本書，可以幫助國內(nèi)高校相關(guān)專業(yè)的學(xué)生和國內(nèi)相關(guān)企業(yè)的工程師更好地進行制冷系統(tǒng)仿真技術(shù)的入門學(xué)習(xí)和實踐。作者也希望看到國內(nèi)相關(guān)企業(yè)通過仿真技術(shù)的合理應(yīng)用與推廣，真正建立起以仿真技術(shù)為核心的產(chǎn)品研發(fā)核心技術(shù)體系。

本書稿也凝聚了楊亮博士的大量心血和開利公司的大力支持。本書的出版還要感謝上海市教育委員會科研創(chuàng)新項目（11ZZ30）、中央高?；究蒲袠I(yè)務(wù)費專項資金的資助。最后，本書完稿之際，恰逢同濟大學(xué)建校105周年暨工程教育百年紀(jì)念、同濟大學(xué)機械學(xué)院百年院慶，謹(jǐn)以此書表達祝賀及敬意！

由于編者水平有限，書中不足之處在所難免，希望廣大讀者批評指正。

張春路

2012年9月于同濟大學(xué)Contents2100433B

《制冷空調(diào)系統(tǒng)仿真原理與技術(shù)》全面闡述了制冷系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)仿真技術(shù)的原理，包括制冷系統(tǒng)仿真技術(shù)概論、計算方法基礎(chǔ)、制冷劑和載冷劑（包括濕空氣）的熱物性簡化計算、壓縮機模型、節(jié)流元件模型、冷凝器模型、蒸發(fā)器模型、輔助設(shè)備模型（包括泵與風(fēng)機、連接管、四通換向閥、儲液器和氣液分離器等）、制冷系統(tǒng)模型、以及仿真技術(shù)在制冷空調(diào)系統(tǒng)中的應(yīng)用。本書可以作為制冷、暖通專業(yè)的研究生教材，也可以作為相關(guān)企業(yè)的工程師培訓(xùn)資料?？晒┲评淇照{(diào)相關(guān)研發(fā)人員參考使用，也可作為制冷、暖通專業(yè)研究生和本科生的選修課程教材。

本書首次系統(tǒng)介紹了作者團隊所研發(fā)的制冷空調(diào)系統(tǒng)通用仿真軟件GREATLAB仿真軟件的原理、特點及應(yīng)用。在詳細介紹GREATLAB仿真軟件的基本原理與使用方法的基礎(chǔ)上，結(jié)合大量制冷空調(diào)系統(tǒng)仿真實例，包括各類家用及商業(yè)制冷、空調(diào)、熱泵產(chǎn)品，闡述了基于仿真的制冷空調(diào)產(chǎn)品及系統(tǒng)的高效設(shè)計方法，對于提高制冷空調(diào)行業(yè)的產(chǎn)品設(shè)計水平將起到積極的推動作用。

第1章制冷空調(diào)系統(tǒng)仿真技術(shù)概述1

1.1制冷空調(diào)系統(tǒng)仿真工具1

1.2GREATLAB2

1.2.1基本構(gòu)成與功能3

1.2.2部件模型庫介紹3

1.2.3通用求解器7

1.2.4仿真精度7

1.3本書的內(nèi)容安排7

第2章GREATLAB基本使用指南9

2.1GREATLAB的基本使用9

2.1.1用戶圖形界面9

2.1.2部件模型的基本特征10

2.2建立一個簡單制冷系統(tǒng)模型14

2.3GREATLAB部件模型的應(yīng)用20

2.3.1壓縮機部件模型庫20

2.3.2換熱器部件模型庫22

2.3.3節(jié)流控制元件模型庫35

2.3.4制冷劑側(cè)輔件模型庫37

2.3.5空氣部件模型庫39

2.4制冷劑物性計算器41

2.5GREATTable41

第3章部件仿真軟件介紹46

3.1CompLab壓縮機數(shù)據(jù)建模工具46

3.1.1基本介紹46

3.1.2定速壓縮機47

3.1.3變?nèi)萘繅嚎s機51

3.1.4中間補氣型壓縮機52

3.1.5離心壓縮機54

3.2CoilLab翅片管換熱器建模與仿真工具58

3.2.1基本介紹58

3.2.2冷凝器58

3.2.3蒸發(fā)器67

3.2.4水盤管70

3.2.5CoilLab的批量計算70

3.3MCHXLab微通道換熱器建模與仿真工具71

3.4DXHXLab干式殼管換熱器建模與仿真工具75

3.5STHXLab滿液式殼管換熱器建模與仿真工具84

3.5.1滿液式殼管蒸發(fā)器84

3.5.2臥式殼管冷凝器92

3.6FFHXLab降膜式蒸發(fā)器建模與仿真工具93

3.7FanLab風(fēng)機曲線建模工具96

第4章制冷/熱泵系統(tǒng)的建模與仿真98

4.1風(fēng)冷冷風(fēng)單聯(lián)機系統(tǒng)98

4.1.1家用分體空調(diào)98

4.1.2窗機107

4.1.3其他系統(tǒng)循環(huán)109

4.2多聯(lián)機系統(tǒng)117

4.3風(fēng)冷螺桿熱泵機組124

4.3.1系統(tǒng)模型介紹124

4.3.2模型標(biāo)定與精度131

4.3.3系統(tǒng)模型應(yīng)用136

4.4水冷螺桿冷水機組140

4.4.1系統(tǒng)模型介紹140

4.4.2模型標(biāo)定與精度145

4.4.3系統(tǒng)模型應(yīng)用147

4.5水冷離心機組149

4.6軌道交通空調(diào)154

4.7熱泵熱水器161

4.8超市系統(tǒng)165

4.9一次、二次回風(fēng)系統(tǒng)170

4.10溫濕度獨立控制系統(tǒng)175

第5章GREATLAB未來的發(fā)展184

5.1技術(shù)184

5.2服務(wù)184

參考文獻185 2100433B

《普通高等教育"十二五"規(guī)劃教材:電力系統(tǒng)仿真技術(shù)與實驗》為普通高等教育“十二五”規(guī)劃教材。全書共8章分為：電力系統(tǒng)仿真原理和電力系統(tǒng)數(shù)字仿真實驗兩部分。第1-4章為電力系統(tǒng)仿真原理部分，主要內(nèi)容有：電力系統(tǒng)仿真基本概念、物理仿真技術(shù)、物理仿真實驗、電力系統(tǒng)數(shù)字仿真技術(shù)和各元件數(shù)學(xué)模型；第5-8章為電力系統(tǒng)數(shù)字仿真實驗，主要內(nèi)容有：電磁暫態(tài)仿真實驗、機電暫態(tài)仿真實驗、中長期全過程仿真、機-網(wǎng)接口、電力系統(tǒng)數(shù)字仿真器RTDS、電力系統(tǒng)運行實驗等?！镀胀ǜ叩冉逃?十二五"規(guī)劃教材:電力系統(tǒng)仿真技術(shù)與實驗》可選作高等院校電氣工程相關(guān)專業(yè)的實驗教學(xué)用書，也可供電力系統(tǒng)相關(guān)專業(yè)的技術(shù)人員參考。