【文章內容簡介】 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??? （ ） 對于單相液體強迫對流換熱的計算，可以用 著名的 Dittus 一 Boelter 計算公式： ,0 . 0 2 3 l p llllcD GDkk?? ? ????? ?????? ?? （ ） Jung等的關聯(lián)式用來計算蒸發(fā)過程 (或冷凝過程 )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算 我們知道，在換熱器翅片表面情況下，一般可以采 用 KaysLondon關系式來計算： ? ?tanhfm mLmL? ? （ ） 對于薄翅片， m可以表示為： 2 afin finm ???? （ ） 武漢理工大學畢業(yè)設計（論文） 8 換熱器動態(tài)特性的計算是和空氣源熱泵的其他部件 (壓縮機、膨脹閥、高低壓儲液器等 )藕合在一起計算，在整個系統(tǒng)的仿真計算中，它是作為一個子程序在仿真計算中調用的。 蒸發(fā)器和冷凝器里制冷劑的流動換熱過程是一種具有兩相流體流動換熱的熱力過程，當流體工質發(fā)生相變時，工質的 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系。因此，流動過程中的質量守衡、動量守衡和能量守衡方程之間存在著強烈的非線形耦合作用。 對于數(shù)值計算來，將邊界條件盡快引入，對于計算速度的提高是很重要的，由于質量流率 G的進出口點值是已知的 (在整個動態(tài)仿真模型中，進出口的值由壓縮機和膨脹閥決定 )，因此首先估計一個包含進出口質量流率 G的分布，由 G的分布和質量守衡方程可以求得密度 p的。由密度 p和質量流率 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，兩個壓力 P值的不一致是由于流場的估計不準所造成的，通過壓力場的比較，不斷的修正 G的分，最后可以求得準確的數(shù)據(jù)。 壓縮機的熱力學分析模型 壓縮機是空調熱泵裝置的 “心臟 ”，其主要的作用在傳送系統(tǒng)所需要的制冷劑同時，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，通過壓縮機的制冷劑流量是壓縮機模型最主要的計算參數(shù)，流經(jīng)壓縮機的制冷劑狀態(tài)的變化對于反映壓縮機與蒸發(fā)器及冷凝器之間的作用也是相當重要的。熱泵系統(tǒng)的能耗主要是壓 縮機能耗，因此對于壓縮機功率的計算也應該是模型的重要功能。下面就壓縮機的這些基本要求建立螺桿式壓縮機仿真所要求的數(shù)學模型。 制冷劑流量計算 從螺桿壓縮機的工作原理可知，螺桿壓縮機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 的計算比較困難，引進了面積利用系數(shù) Cn，并考慮到螺桿扭轉角較大造成的吸氣不足的扭轉角系數(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?? （ ） 武漢理工大學畢業(yè)設計（論文） 9 因此螺桿式壓縮機的實際容積輸氣量為： ,v a vtqq?? （ ） 壓縮機功率計算 由熱力學原理可知，壓縮機的理論功率為： 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? （ ） 壓縮機排氣溫度計算 壓縮機的排氣溫度和排氣焓值是密切相關的，對于排氣焓值的計算可以通過將整個壓縮過程看成是等熵壓縮過程，再考慮壓縮機的壓縮效率而得到。 熱力膨脹閥的熱力學分析模型 熱力膨脹閥是大中型空調熱泵設備系統(tǒng)中實用比較廣泛的一種節(jié)流設備，它通過對蒸發(fā)器出口過熱度、出口壓力以及彈簧作用力等因素的響應，調節(jié)熱力膨脹閥的開度，以達到控制制冷劑流量的目的，由于以上各因素都處于動態(tài)變化之中， 因此膨脹閥的數(shù)學模型應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算 閥桿位移由下式計算： ? ?, , 01 e in e o u t dx P P A xk ??? ? ? ??? （ ） 武漢理工大學畢業(yè)設計（論文） 10 熱力膨脹閥通流面積為： 1s in s in22A x d x?????? ? ? ????? （ ） 通過熱力膨脹閥流量的計算 流量計算按一般的孔板計算方法為： ,D te v in te v outm kC A P P?? （ ） 0. 02 00 5 0. 63 4DC ???? （ ） 毛細管的熱力學分析模型 毛細管即為節(jié)流裝置，是在充滿管道的流體流經(jīng)管道內的一種流裝置，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（或稱節(jié)流式流量計）。使用標準節(jié)流裝置時，流體的性質和狀態(tài)必須滿足下列條件： ① 流體必須充滿管道和節(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上是均勻的、單相的，或者可以認為是單相的，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，也可認為是單相流體，但其密度應取平均密度。 ③ 流體流經(jīng)節(jié)流件時不發(fā)生相交。 ④ 流體流量不隨時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的無旋流。 該產(chǎn)品所用的即為我們常見的毛細管節(jié)流裝置。 我們常見的節(jié)流閥件為熱力膨脹閥和毛細管兩大類。我們常見的就是毛細管節(jié)流閥。毛細管節(jié)流具有結構簡單、無運動零件、不易發(fā)生故障、停機后高低工壓力短時間內即可平衡、易于啟動等特點?？蛇x用啟動較小的驅動電機作制冷機的動力。但毛細 管的自動調節(jié)范圍小，而且不能人工調節(jié)，只適用于熱負荷比較穩(wěn)定的家用電冰箱、空調等制冷系統(tǒng)中。 作為單獨部件研究的毛細管模型，一般都注重于模型的計算精度。由于只是對特定幾個工況進行計算，對計算時間的限制和穩(wěn)定性要求都比較低。而作為系統(tǒng)仿真的毛細武漢理工大學畢業(yè)設計（論文） 11 管模型，要求有很高的計算穩(wěn)定性與計算速度，盡管這樣可能不得不使模型的精度受到一些影響。 ECOENERGY熱泵機組所用的毛細管可視作絕熱毛細管，對絕熱一毛細管內一維定常絕熱流動，可用以下方程描述： 2212 fdp G dv vG dLd? ? ? （ ） 式中 P—比容 G—單位質量流量 d—毛細管內徑 L—毛細管長度 F—沿程阻力系數(shù) 取沿毛細管長度方向的某一控制容積，對式 ()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，可簡化為常數(shù)，對不同的流動區(qū)域均可取作該流動區(qū)域的進出口摩阻系數(shù)的算術平均值，即 ? ?2212112llfffv dL fv dL???? （ ） 將公式 ()寫成平均比容 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 ??? ? ? ? （ ） 對于過冷區(qū)，比容可以作為常數(shù)處理。 對于兩相區(qū)，平均比容 Vtp， 2表示成進、出口比容的加權形式。 ? ?, ,1 , 21TP m TP TPv c v cv? ? ? （ ） 式中， ,1TPv 、 ,2TPv 是兩相區(qū)進出口的比容， c是一個待確定的量。 武漢理工大學畢業(yè)設計（論文） 12 本項研究，將平均比容的權重因子 c與多種因素間的 關系構造成一個函數(shù)關系。見下式： 2 1 112, ,1 0 0TPp v dcf p v l??? ???? （ ） 式中， d1為毛細管內徑， TPl 為毛細管長度。 武漢理工大學畢業(yè)設計（論文） 13 第三章 熱泵成霜和融霜運行性能分析 結霜是自然界中普遍存在的一種自然現(xiàn)象，當某表面溫度低于空氣中水蒸氣的露點溫度時，結霜現(xiàn)象就有可能發(fā)生。這一現(xiàn)象的存在給實際的生產(chǎn)生活帶來很多的不便，如冬季北方熱泵機組結霜現(xiàn)象非常嚴重，結霜現(xiàn)象不僅降低了傳熱性能，增加能耗，而且如果不能及時清除所形成的霜，還會堵塞系統(tǒng)， 影響系統(tǒng)的正常運行。為了保證系統(tǒng)和設備的運行，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。結霜主要就是個溫度變化的問題，舉個簡單的例子，冰在超過一定的溫度（冰點溫度）時，就會融化成水；相反，水在低于冰點溫度的環(huán)境中時，就會結成冰?？照{在冬季運行時，室外換熱器管子是制冷狀態(tài)，當管子溫度低于空氣中水蒸氣的凝結溫度時，空氣中的水蒸氣就會在換熱器管子表面凝結成霜。 蒸發(fā)器結霜對空氣源熱泵機組的運行產(chǎn)生的負面影響主要在兩個方面： （ 1） 霜層的形成增加了導熱熱阻，降低了蒸發(fā)器的傳 熱系數(shù)。盡管在結霜的早期，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，導熱熱阻的影響逐