【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 0 . 3 8r110 . 0 2 3 P r 1 3 . 8 1 / Pcu e fD GDN x x x? ?? ?? ??? ? ? ? ??? ???? （ ） 1,1Pr pll c??? （ ） ? ?11Re l G x D??? （ ） 對(duì)于單相液體強(qiáng)迫對(duì)流換熱的計(jì)算，可以用 著名的 Dittus 一 Boelter 計(jì)算公式： ,0 . 0 2 3 l p llllcD GDkk?? ? ????? ?????? ?? （ ） Jung等的關(guān)聯(lián)式用來(lái)計(jì)算蒸發(fā)過(guò)程 (或冷凝過(guò)程 )的壓力降。 21010 2 lf G Lp D??? （ ） 0 .7 3 50 .5 3 .5 8tptp ulop Xp? ??????????? （ ） Relf ?? （ ） 管翅式換熱器的翅片效率計(jì)算 我們知道，在換熱器翅片表面情況下，一般可以采 用 KaysLondon關(guān)系式來(lái)計(jì)算： ? ?tanhfm mLmL? ? （ ） 對(duì)于薄翅片， m可以表示為： 2 afin finm ???? （ ） 武漢理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 8 換熱器動(dòng)態(tài)特性的計(jì)算是和空氣源熱泵的其他部件 (壓縮機(jī)、膨脹閥、高低壓儲(chǔ)液器等 )藕合在一起計(jì)算，在整個(gè)系統(tǒng)的仿真計(jì)算中，它是作為一個(gè)子程序在仿真計(jì)算中調(diào)用的。 蒸發(fā)器和冷凝器里制冷劑的流動(dòng)換熱過(guò)程是一種具有兩相流體流動(dòng)換熱的熱力過(guò)程，當(dāng)流體工質(zhì)發(fā)生相變時(shí)，工質(zhì)的 流量及壓力都直接影響著兩相流體混合物的含氣率，而兩相流體含氣率的大小與兩相流混合物的阻力系數(shù)之間有著十分密切的關(guān)系。因此，流動(dòng)過(guò)程中的質(zhì)量守衡、動(dòng)量守衡和能量守衡方程之間存在著強(qiáng)烈的非線(xiàn)形耦合作用。 對(duì)于數(shù)值計(jì)算來(lái)，將邊界條件盡快引入，對(duì)于計(jì)算速度的提高是很重要的，由于質(zhì)量流率 G的進(jìn)出口點(diǎn)值是已知的 (在整個(gè)動(dòng)態(tài)仿真模型中，進(jìn)出口的值由壓縮機(jī)和膨脹閥決定 )，因此首先估計(jì)一個(gè)包含進(jìn)出口質(zhì)量流率 G的分布，由 G的分布和質(zhì)量守衡方程可以求得密度 p的。由密度 p和質(zhì)量流率 G，從能量守衡方程中可以求得焓值 h，并由能量守衡方 程可以求得壓力 P。我們根據(jù)物性方程同樣可以由密度 p和焓值 h也可以求得壓力P，兩個(gè)壓力 P值的不一致是由于流場(chǎng)的估計(jì)不準(zhǔn)所造成的，通過(guò)壓力場(chǎng)的比較，不斷的修正 G的分，最后可以求得準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)。 壓縮機(jī)的熱力學(xué)分析模型 壓縮機(jī)是空調(diào)熱泵裝置的 “心臟 ”，其主要的作用在傳送系統(tǒng)所需要的制冷劑同時(shí)，不但提高系統(tǒng)里制冷劑的壓力，而且也提高了制冷劑的溫度。因此，通過(guò)壓縮機(jī)的制冷劑流量是壓縮機(jī)模型最主要的計(jì)算參數(shù)，流經(jīng)壓縮機(jī)的制冷劑狀態(tài)的變化對(duì)于反映壓縮機(jī)與蒸發(fā)器及冷凝器之間的作用也是相當(dāng)重要的。熱泵系統(tǒng)的能耗主要是壓 縮機(jī)能耗，因此對(duì)于壓縮機(jī)功率的計(jì)算也應(yīng)該是模型的重要功能。下面就壓縮機(jī)的這些基本要求建立螺桿式壓縮機(jī)仿真所要求的數(shù)學(xué)模型。 制冷劑流量計(jì)算 從螺桿壓縮機(jī)的工作原理可知，螺桿壓縮機(jī)的制冷劑理論容積流量為： ? ?, 1 0 1 1 2 0 2 260vtq L z f n z f n?? （ ） 由于螺桿齒間面積 f01 和 f02 的計(jì)算比較困難，引進(jìn)了面積利用系數(shù) Cn，并考慮到螺桿扭轉(zhuǎn)角較大造成的吸氣不足的扭轉(zhuǎn)角系數(shù) C? 和雙螺桿的嚙合原理，則上式變成： 2,160v t n oq C C D Ln?? （ ） 武漢理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 9 因此螺桿式壓縮機(jī)的實(shí)際容積輸氣量為： ,v a vtqq?? （ ） 壓縮機(jī)功率計(jì)算 由熱力學(xué)原理可知，壓縮機(jī)的理論功率為： 1, 11mmecth v teP m pNqmp?????????? ? ? ???????? （ ） 指示功率可以取： ? ? 25 273. 15i t eT??? ? ? （ ） 有效功率取為： thef moiNNN??? （ ） 最終的輸入功率為： efinmoNN N? （ ） 壓縮機(jī)排氣溫度計(jì)算 壓縮機(jī)的排氣溫度和排氣焓值是密切相關(guān)的，對(duì)于排氣焓值的計(jì)算可以通過(guò)將整個(gè)壓縮過(guò)程看成是等熵壓縮過(guò)程，再考慮壓縮機(jī)的壓縮效率而得到。 熱力膨脹閥的熱力學(xué)分析模型 熱力膨脹閥是大中型空調(diào)熱泵設(shè)備系統(tǒng)中實(shí)用比較廣泛的一種節(jié)流設(shè)備，它通過(guò)對(duì)蒸發(fā)器出口過(guò)熱度、出口壓力以及彈簧作用力等因素的響應(yīng)，調(diào)節(jié)熱力膨脹閥的開(kāi)度，以達(dá)到控制制冷劑流量的目的，由于以上各因素都處于動(dòng)態(tài)變化之中， 因此膨脹閥的數(shù)學(xué)模型應(yīng)能描述影響其主要特性變化的方面。 閥桿位移與通流面積計(jì)算 閥桿位移由下式計(jì)算： ? ?, , 01 e in e o u t dx P P A xk ??? ? ? ??? （ ） 武漢理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 10 熱力膨脹閥通流面積為： 1s in s in22A x d x?????? ? ? ????? （ ） 通過(guò)熱力膨脹閥流量的計(jì)算 流量計(jì)算按一般的孔板計(jì)算方法為： ,D te v in te v outm kC A P P?? （ ） 0. 02 00 5 0. 63 4DC ???? （ ） 毛細(xì)管的熱力學(xué)分析模型 毛細(xì)管即為節(jié)流裝置，是在充滿(mǎn)管道的流體流經(jīng)管道內(nèi)的一種流裝置，流束將在節(jié)流處形成局部收縮，從而使流速增加，靜壓力降低，于是在節(jié)流件前后產(chǎn)生了靜壓力差（或稱(chēng)節(jié)流式流量計(jì)）。使用標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流裝置時(shí)，流體的性質(zhì)和狀態(tài)必須滿(mǎn)足下列條件： ① 流體必須充滿(mǎn)管道和節(jié)流裝置，并連續(xù)地流經(jīng)管道。 ② 流體必須是牛頓流體，即在物理上和熱力學(xué)上是均勻的、單相的，或者可以認(rèn)為是單相的，包括混合氣體，溶液和分散性粒子小于 的膠體。在氣體中有不大于 2％(質(zhì)量成分 )均勻分散的固體微粒，或液體中有不大于 5％ (體積成分 )均勻分散的氣泡，也可認(rèn)為是單相流體，但其密度應(yīng)取平均密度。 ③ 流體流經(jīng)節(jié)流件時(shí)不發(fā)生相交。 ④ 流體流量不隨時(shí)間變化或變化非常緩慢。 ⑤ 流體在流經(jīng)節(jié)流件以前，流束是平行于管道軸線(xiàn)的無(wú)旋流。 該產(chǎn)品所用的即為我們常見(jiàn)的毛細(xì)管節(jié)流裝置。 我們常見(jiàn)的節(jié)流閥件為熱力膨脹閥和毛細(xì)管兩大類(lèi)。我們常見(jiàn)的就是毛細(xì)管節(jié)流閥。毛細(xì)管節(jié)流具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、無(wú)運(yùn)動(dòng)零件、不易發(fā)生故障、停機(jī)后高低工壓力短時(shí)間內(nèi)即可平衡、易于啟動(dòng)等特點(diǎn)?？蛇x用啟動(dòng)較小的驅(qū)動(dòng)電機(jī)作制冷機(jī)的動(dòng)力。但毛細(xì) 管的自動(dòng)調(diào)節(jié)范圍小，而且不能人工調(diào)節(jié)，只適用于熱負(fù)荷比較穩(wěn)定的家用電冰箱、空調(diào)等制冷系統(tǒng)中。 作為單獨(dú)部件研究的毛細(xì)管模型，一般都注重于模型的計(jì)算精度。由于只是對(duì)特定幾個(gè)工況進(jìn)行計(jì)算，對(duì)計(jì)算時(shí)間的限制和穩(wěn)定性要求都比較低。而作為系統(tǒng)仿真的毛細(xì)武漢理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 11 管模型，要求有很高的計(jì)算穩(wěn)定性與計(jì)算速度，盡管這樣可能不得不使模型的精度受到一些影響。 ECOENERGY熱泵機(jī)組所用的毛細(xì)管可視作絕熱毛細(xì)管，對(duì)絕熱一毛細(xì)管內(nèi)一維定常絕熱流動(dòng)，可用以下方程描述： 2212 fdp G dv vG dLd? ? ? （ ） 式中 P—比容 G—單位質(zhì)量流量 d—毛細(xì)管內(nèi)徑 L—毛細(xì)管長(zhǎng)度 F—沿程阻力系數(shù) 取沿毛細(xì)管長(zhǎng)度方向的某一控制容積，對(duì)式 ()作積分，得 ? ? 22212 121 2 llGp p G v v fv d Ld? ? ? ? ? （ ） 式中， pl、 p v v2分別是此控制容積的進(jìn)出口壓力和比容。 沿程摩阻系數(shù) f沿管程的變化很小，可簡(jiǎn)化為常數(shù)，對(duì)不同的流動(dòng)區(qū)域均可取作該流動(dòng)區(qū)域的進(jìn)出口摩阻系數(shù)的算術(shù)平均值，即 ? ?2212112llfffv dL fv dL???? （ ） 將公式 ()寫(xiě)成平均比容 vm的形式，代入公式 ()，得 : ? ? ? ? ? ?2 1 2 2 121 2 2 1 22 mf f l lGp p G v v vd ??? ? ? ? （ ） 對(duì)于過(guò)冷區(qū)，比容可以作為常數(shù)處理。 對(duì)于兩相區(qū)，平均比容 Vtp， 2表示成進(jìn)、出口比容的加權(quán)形式。 ? ?, ,1 , 21TP m TP TPv c v cv? ? ? （ ） 式中， ,1TPv 、 ,2TPv 是兩相區(qū)進(jìn)出口的比容， c是一個(gè)待確定的量。 武漢理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 12 本項(xiàng)研究，將平均比容的權(quán)重因子 c與多種因素間的 關(guān)系構(gòu)造成一個(gè)函數(shù)關(guān)系。見(jiàn)下式： 2 1 112, ,1 0 0TPp v dcf p v l??? ???? （ ） 式中， d1為毛細(xì)管內(nèi)徑， TPl 為毛細(xì)管長(zhǎng)度。 武漢理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 13 第三章 熱泵成霜和融霜運(yùn)行性能分析 結(jié)霜是自然界中普遍存在的一種自然現(xiàn)象，當(dāng)某表面溫度低于空氣中水蒸氣的露點(diǎn)溫度時(shí)，結(jié)霜現(xiàn)象就有可能發(fā)生。這一現(xiàn)象的存在給實(shí)際的生產(chǎn)生活帶來(lái)很多的不便，如冬季北方熱泵機(jī)組結(jié)霜現(xiàn)象非常嚴(yán)重，結(jié)霜現(xiàn)象不僅降低了傳熱性能，增加能耗，而且如果不能及時(shí)清除所形成的霜，還會(huì)堵塞系統(tǒng)， 影響系統(tǒng)的正常運(yùn)行。為了保證系統(tǒng)和設(shè)備的運(yùn)行，一定要定期清除沉積在換熱器表面上的霜層，否則不僅降低了生產(chǎn)效率，而且還需要消耗大量的能量。結(jié)霜主要就是個(gè)溫度變化的問(wèn)題，舉個(gè)簡(jiǎn)單的例子，冰在超過(guò)一定的溫度（冰點(diǎn)溫度）時(shí)，就會(huì)融化成水；相反，水在低于冰點(diǎn)溫度的環(huán)境中時(shí)，就會(huì)結(jié)成冰?？照{(diào)在冬季運(yùn)行時(shí)，室外換熱器管子是制冷狀態(tài)，當(dāng)管子溫度低于空氣中水蒸氣的凝結(jié)溫度時(shí)，空氣中的水蒸氣就會(huì)在換熱器管子表面凝結(jié)成霜。 蒸發(fā)器結(jié)霜對(duì)空氣源熱泵機(jī)組的運(yùn)行產(chǎn)生的負(fù)面影響主要在兩個(gè)方面： （ 1） 霜層的形成增加了導(dǎo)熱熱阻，降低了蒸發(fā)器的傳 熱系數(shù)。盡管在結(jié)霜的早期，由于霜層增加了傳熱表面的粗糙度及表面積，使總傳熱系數(shù)有所增加，但隨著霜層增厚，導(dǎo)熱熱阻的影響逐