基于MATLAB的风冷式翅片管冷凝器的仿真模拟
基于matlab的u形管式换热器优化设计
基于matlab的u形管式换热器优化设计1. 简介U形管式换热器是一种常见的热交换设备，广泛应用于工业生产和能源系统中。
通过合理优化设计U形管式换热器，可以提高热能的利用效率，降低能源消耗。
本文基于matlab对U形管式换热器进行优化设计进行探讨。
2. U形管式换热器的工作原理U形管式换热器由两个管束组成，形状类似于字母“U”。
热量通过一个管束传递给另一个管束，实现热量交换。
主要包括两种工质：热源流体和冷却流体。
热源流体通过一个管束，将热量传递给冷却流体，在冷却流体管束中完成冷却，并将热量带走。
U形管式换热器具有结构简单、热效率高、传热面积大等优点。
3. U形管式换热器的优化设计方法3.1 初步设计首先进行初步设计，在给定的工作条件下，根据经验公式计算出换热器的初步设计参数，如流体流速、管壁材料等。
3.2 热力计算利用热力学原理，对热源流体和冷却流体在换热器内的热力学参数进行计算，包括温度、压力等。
3.3 管内传热计算通过求解传热方程，计算流体在管内的传热情况。
利用matlab编写传热方程的数值求解程序，求解出传热区域内的温度分布。
3.4 管外传热计算根据管壁材料的传热特性，计算出管内传热过程中的热量传递到管外的情况。
通过计算管外温度分布，确定换热器的整体传热情况。
3.5 优化设计根据初步设计和传热计算的结果，通过matlab的优化算法，优化换热器的设计参数，如管径、管长、管数等，以提高换热效率。
4. U形管式换热器优化设计案例4.1 案例背景某化工企业需要设计一台U形管式换热器，将高温热源流体中的热量传递给低温冷却流体，要求换热效率最大化。
4.2 初步设计根据给定的工作条件，进行初步设计：热源流体温度为100℃，流量为10 kg/s；冷却流体温度为30℃，流量为5 kg/s。
4.3 热力计算利用热力学原理，计算热源流体和冷却流体在换热器内的热力学参数。
热源流体的温度降为70℃，冷却流体的温度升至50℃。
强制通风空气冷却式冷凝器
是用水冷却高压气态制冷 而湿球温度在一天之内的变化是很小的 （ 仅为干球温度变化的
低的冷凝温度 ，这对于制 冷系统的制冷能力和运行
经济性均较为有利 ，因此
大型冷水机组多采用此种 冷凝器。而风冷式空调机 组是利用空气使气态制冷
图 １ 强 制 通 风 空 气冷 却 式
购置、 安装 、 运行等费用 ， 综合评定【 ｌ 】 。
式冷凝器的换热性能较低 ， 需要较大的换热面积。 所以， 力求整个 冷凝器的结构更加紧凑也是风冷式冷凝器的一个发展趋势。
的研究表明， 合理的风机气流分布能够使换热器效率提高， 有效
面积利用率加强 ， 防止气流死角的出现。
②发展新型冷凝器翅片管及其涂层材料
某些新 型环保工质由于防腐蚀及防爆燃 的要求 ，需要新型 材料来制作冷凝器的各种水利管道和阀门。冷凝器管内为 安装方便 ， 特别适用于水源缺乏， 用水有限制的地方。 根据卡诺定理 ， 在全负荷时， 强制通风空气冷却式冷凝器的 冷凝温度要高于水冷式冷凝器，故风冷式空调机组的性能系数 相对较低。 因此， 同样制冷量的强制通风空气冷却式冷凝器对应 的制冷压缩机需要更大的功率来运行。但是空调负荷在整个夏 季的分布是极不平均的， 甚至在一天之内， 不同时间段负荷也差
日益高涨，使用节水型的强制通风空气冷却式冷凝器将会成为
主要 的选择 。
强制通风空气冷却式冷凝器的冷凝温度取决于室外干球温
度， 而水冷式冷凝器的冷凝温度则取决于室外湿球温度。 在一天 之内， 室外空气干球温度的变化要比湿球温度大得多。 在我国的
南方地 区， 夏季每天温度的 日温差一般在 ８ １￣左右 ， ￣０（ ２ 而在北
荷运行之中【 ｌ 以在家用空调器的设计过程 中， 】 。所 不宜将强制通 风空气冷却式冷凝器的热负荷设计为最大负荷。
冰箱制冷系统仿真方法
冰箱制冷系统仿真方法冰箱制冷系统仿真方法冰箱制冷系统是一种常见的家用电器，它利用压缩机、冷凝器、膨胀阀和蒸发器等组件来使冰箱内部保持低温状态。
为了确保制冷系统的效率和性能，进行仿真是一种重要的方法。
以下是基于冰箱制冷系统的仿真方法的一步一步思路：第一步：定义仿真目标与参数在开始仿真之前，我们需要明确仿真的目标和所需的参数。
例如，我们可以设定仿真目标为在各种环境温度下测试制冷系统的制冷性能。
同时，我们还需要确定仿真所需的参数，如压缩机功率、冷凝器和蒸发器的热传导系数、膨胀阀的流量系数等。
第二步：建立数学模型基于冰箱制冷系统的物理原理，我们可以建立数学模型来描述系统的行为。
例如，我们可以使用热力学方程来描述冷凝器和蒸发器中的热量传递过程，使用能量守恒方程来描述压缩机的功率消耗等。
根据具体情况，我们也可以考虑一些其他因素，例如制冷剂的物性参数。
第三步：选择仿真工具根据建立的数学模型，我们需要选择适合的仿真工具进行仿真计算。
常见的仿真工具包括MATLAB、Simulink等。
这些工具提供了丰富的数学建模和仿真功能，可以帮助我们快速、准确地进行仿真计算。
第四步：确定边界条件和初始状态在进行仿真计算之前，我们需要确定冰箱制冷系统的边界条件和初始状态。
边界条件包括环境温度、冷凝器和蒸发器的初始温度等；初始状态包括制冷剂的初始质量、压缩机的初始状态等。
这些参数和状态将直接影响仿真计算的结果。
第五步：进行仿真计算通过将数学模型输入选择的仿真工具，我们可以进行仿真计算。
在仿真过程中，我们可以调整不同的参数和边界条件，观察制冷系统的响应以及不同因素对系统性能的影响。
通过多次仿真计算，我们可以得到不同环境下制冷系统的性能曲线和相关参数。
第六步：分析和优化在得到仿真结果之后，我们可以对结果进行分析和优化。
通过比较不同环境温度下的制冷性能曲线，我们可以评估系统的稳定性和性能；通过调整不同参数和边界条件，我们可以找到最优的制冷系统配置以提高效率和节能性。
基于MATLAB的发动机热力学建模与仿真源代码
基于MATLAB的发动机热力学建模与仿真+源代码Keywords Engine MATLAB Thermodynamic model Differential equatios目次1 绪论 31.1 文献综述 31.1.1 发动机进行计算机仿真技术的背景与意义 31.1.2 国内外研究状况 41.1.3 常用发动机仿真软件介绍 51.2 本课题要研究或解决的问题和拟采用的研究手段（途径） 61.2.1 本课题要研究或解决的问题 61.2.2 拟采用的研究手段（途径）： 62 数学仿真模型的建立 82.1 本文的技术路线 82.2 热力学过程的数学模型 82.2.1 建模过程基本假设 82.2.2 建模过程微分方程 82.2.3 发动机缸内热力过程分析 92.3 活塞往复运动的数学模型 132.4 燃烧放热过程的数学模型 143 仿真程序设计与编程 183.1 MATLAB软件介绍 18 :3.2 数值计算过程介绍 193.3 仿真程序的流程图 193.4 调试完成的源代码 204 仿真分析与参数研究 214.1 仿真参数列表 214.2 P-V示功图 224.2.1 P-V示功图介绍 224.2.2 P-V示功图仿真结果 234.3 指示热效率介绍 234.4 进气压力的影响分析 244.5 点火时刻的影响分析 254.6 压缩比的影响分析 265 结果与分析 28结论 29致谢 30参考文献 31附录A 发动机P-V图源代码 33附录B 进气压力对发动机性能影响源代码 40 附录C 点火时刻对发动机性能影响源代码 47附录D 压缩比对发动机性能影响源代码 551 绪论1.1 文献综述1.1.1 发动机进行计算机仿真技术的背景与意义1.1.2 国内外研究状况1.1.3 常用发动机仿真软件介绍（1）AVL BoostAVL-Boost是由AVL公司开发的汽车和发动机系列模拟软件当中的一个模块，主要用来研究和分析发动机的气体交换和热力方面的性能。
TMF风冷冰箱风道CFD仿真分析
TMF风冷冰箱风道 CFD仿真分析摘要：本文是对某TMF型（上冷冻、下冷藏式）风冷冰箱的冷冻风道进行CFD仿真，得到冷冻风道的流线图，压力云图，风道各出风口的出风量和占比数据。
分析出，风扇与风道腔体边界距离偏小，空气撞击在边界上易形成局部涡流，增大风道局部阻力；风道左上，右上两出风口风量不均匀，右上出风口相对左上出风口流线密度有降低，出风口风速降低。
并进行实验测试风道的各出风口风量，同仿真结果进行对比，测得各处风口风量趋势和仿真结果一致。
关键词：风冷冰箱CFD仿真风道风量1：引言随着当今人们对品质生活的需求不断提升，用户对食材储存的也提出了更高的要求。
这对冰箱的性能和品质就有了更高要求，这促使风冷冰箱逐步替代直冷冰箱，风冷冰箱的市场占有率日益提高。
风冷冰箱使用更便利，功能更齐全，具有自动化霜，速冻速冷，多功能存储空间，保鲜除菌等功能。
风冷冰箱是利用风扇对箱内空气进行强制对流冷却，冰箱室内温度均匀性则是要面对的问题，这就需要对风冷冰箱的风道进行合理的设计。
而传统的试制样机，根据样机测试结果再反复调整的方法设计周期长，成本高，采用CFD仿真技术对冰箱进行设计是一种更高效的方法，现应用CFD软件对冰箱风道及温度场进行的模拟和研究越来越普遍，有对不同结构类型的风冷冰箱温度场和流场进行了仿真分析[1],也有将冰箱冷藏室冷冻室的风道作为仿真对象[2]，分析其对冰箱冷藏室冷冻室空气流场和温度场的影响。
本文是以某款TMF风冷冰箱的冷冻风道为仿真对象，利用CFD软件分析其风道腔体内的流场状况，风道各出风口的风量及占比数据。
并通过实验测试风道各出风口的风量，同仿真结果进行对比。
仿真结果和实验结果趋势一致，证明了CFD仿真技术的可靠性，可以为风道的结构优化提供方向和建议。
2：风道CFD仿真2.1：仿真方法本文是以某款TMF风冷冰箱达到冷冻风道为仿真对象，仿真过程分为以下4个步骤：（1）建立冷冻风道几何模型，在冰箱冷冻风道3D图的基础上，对部分结构细节进行简化，得到一个相对简单的风道模型，见图1。
基于MATLAB和PLECS联合仿真的轨道交通用IGBT器件结温计算
基于MATLAB和PLECS联合仿真的轨道交通用IGBT器件结温计算摘要：利用MATLAB和PLECS联合仿真方法，搭建了三相逆变器电热网络模型，实现了IGBT实时结温仿真。
通过温升试验数据对仿真结果进行了验证，仿真得到环境温度与IGBT结温之间的关系，表明IGBT结温波动受环境温度波动和IGBT器件开关损耗波动的共同作用。
该方法可为轨道交通用IGBT器件寿命预测提供结壳温度载荷变化的数据来源。
关键词：MATLAB ； PLECS；IGBT ；结温；电热网络模型中图分类号：TN386.2Simulation of IGBT Junction Temperature in Rail TransitBased on MATLAB and PLECSYe Na1，Li Ping1，Li shourong1，Wang zhiqiang1(Technical Center, CRRC YongJi Electric CO., LTD., Yongji, ShanXi 710048;)Abstract: A electric-thermal model of three-phase converter for CRH5 EMU is built based on MATLAB and PLECS, which can realize thereal-time simulation of IGBT junction temperature . The simulation results are validated temperature rise test data. The relationship between the change of ambient temperature and change of junction temperature of IGBT are study, and change of junction temperature is influenced by the change of ambient temperature and loss change ofIGBT during switch to ambient temperature. The proposed method canprovide data sources of IGBT junction temperature for lifetime prediction.Keywords：MATLAB PLECSIGBT, Junction Temperature, Electric-thermal modelFoundation Project：Supported by Shanxi Provincial Department of Science and Technology Unveiled Project（No.20201101017）1引言基金项目：山西省科学技术厅揭榜项目(20201101017)定稿日期：2022-05-09作者简介：叶娜（1986年），女，硕士，IGBT器件测试及应用IGBT器件在应用中60%的失效是由温度变化引起，在正常工作温度范围内，温度每上升10K，器件失效率以近2倍的速率上升【1】。
matlab流体仿真代码
matlab流体仿真代码在MATLAB中，你可以使用流体仿真工具箱（如CFD Toolbox）进行流体仿真。
然而，编写流体仿真的代码是非常复杂的，因为它涉及到很多物理原理和数学模型。
以下是一个简单的示例，使用MATLAB进行一维流体动力学仿真。
请注意，这只是一个非常基础的示例，真正的流体仿真可能需要更复杂的代码和更多的物理原理。
matlab% 参数设定L = 10; % 管道长度D = 1; % 管道直径rho = 1.225; % 空气密度mu = 1.7894e-5; % 空气动力粘度Re = rho * U * D / mu; % 雷诺数U = 5; % 流速P1 = 101325; % 入口压力P2 = 100000; % 出口压力g = 9.81; % 重力加速度% 一维流动方程% 连续性方程: A1*U1 = A2*U2% 动量方程: P1 + 0.5*rho*U1^2 + rho*g*h1 = P2 + 0.5*rho*U2^2 + rho*g*h2% 能量方程: (P1/rho) + 0.5*U1^2 + g*h1 = (P2/rho) + 0.5*U2^2 + g*h2 A1 = pi*D^2/4; % 入口面积A2 = pi*D^2/4; % 出口面积h1 = 0; % 入口高度h2 = 0; % 出口高度% 解动量方程得到U2U2 = sqrt((2*(P1-P2) + rho*(U^2- U2^2) + 2*rho*g*(h1-h2)) / rho);% 输出结果fprintf('入口流速: %.2f m/s\n', U);fprintf('出口流速: %.2f m/s\n', U2);这只是一个非常简单的示例，真实的流体仿真可能需要考虑更多的因素，如流体的粘性、密度、热传导、压力变化等。
在MATLAB中，你可以使用内置的流体仿真工具箱，如CFD Toolbox，或者第三方工具箱，如ANSYS Fluent的MATLAB接口，来进行更复杂的流体仿真。
风冷翅片式换热器计算
K=
33.00000
输入
最高冷凝温度℃
tkmax=
65.00000
二、冷凝器热力计算求解
冷凝器热负荷KW
Qk=
184.20000
风冷冷凝器传热面积m2
F=
666.86859
冷凝风量kg/s
Gk=
19.29301
冷凝风量m3/h
Gk=
83345.79733
三、风冷冷凝器基本尺寸参数
换热器器水平管间距m
A=
0.02170
换热器垂直管间距m
B=
0.02500
换热管管径m
D=
0.01000
换热管内径m
D1=
0.00900
片 单距 根换m 热管空气侧换热面积
d=
m2/m
Fd=
0.00200 0.51860
输入
单根换热管氟侧换热面积m2/m
Fn=
0.02826
单根换热管氟侧通流面积m2
Fds=
0.00006
风冷冷凝器换热参数计算
一、冷凝热计算输入参数
压缩机型号
输入
制冷量KW
Qo=
139.50000
输入
压缩机输入功率KW
Ni=
44.70000
输入
压缩机排气量kg/h
Gk=
输入
冷凝温度℃
tk=
49.00000
蒸发温度℃
to=
3.50000
过热度℃
tr=
3.50000
过冷度℃
tg=
5.00000
室外环境干球温度℃
换热管肋化系数
τ=
18.35103
二、换热器物理参数计算
换热器仿真模型建立及风速均匀性分析
换热器仿真模型建立及风速均匀性分析马腾飞;张笛笛;李刚;刘玉清;田晓亮【摘要】利用流程矩阵建立适用任意流路连接方式的翅片管换热器稳态性能仿真模型并且模拟换热器在干、湿工况下的性能.在有分支流路的情况下,采用流量自适应方法调节各支路流量并平衡各支路压降.模型中采用预测性能好的Gungor和Shah换热关联式和Müller-Steinhagen and Heck压降关联式,换热器空气侧考虑翅片不同形式而选取不同换热关联式以提高仿真模型精度.该模型仿真结果与文献中数据进行对比并模拟分析风速均匀性的影响.结果显示仿真程序预测的沿程管壁温度变化趋势和实验值一致,换热量误差在±10％以内,压降误差在±20％以内.在风速均匀和非均匀的条件下进行仿真计算,结果显示在非均匀风速条件下的换热量要小于均匀风速条件下的换热量,并且非均匀风速条件下的模拟结果与实验结果吻合度更高.【期刊名称】《科技视界》【年(卷),期】2018(000)011【总页数】6页(P180-184,111)【关键词】管翅式换热器;计算机模拟;管路布置;风速均匀性【作者】马腾飞;张笛笛;李刚;刘玉清;田晓亮【作者单位】青岛大学机电工程学院,山东青岛 266000;青岛大学机电工程学院,山东青岛 266000;青岛大学机电工程学院,山东青岛 266000;青岛大学机电工程学院,山东青岛 266000;青岛大学机电工程学院,山东青岛 266000【正文语种】中文【中图分类】TK1720 引言翅片管换热器是一种在制冷、空调、化工等工业领域广泛采用的换热器形式。
翅片管换热器中需要制冷剂具有多个流路、多分支点和汇合点来提高翅片管换热器的换热效率以及降低压力损失，致使换热器内制冷剂流路越来越复杂，导致换热器的实验研发存在耗时长和成本高的问题。
通过对换热器进行仿真模拟可以有效的减少具有复杂流路的换热器的研发周期和成本投资。
随着对换热器的局部换热特性研究的深入，分布参数模型被广泛的应用于换热器的仿真中。
翅片管式冷凝器计算
20 翅片式冷凝器铝箔片间距 sf
1.500
21 翅片式冷凝器迎风面上管中心距 s1
22 翅片式冷凝器侧面管间距 s2
s2=31/2*s1/2
23 翅片式冷凝器翅片根部外沿直径 db db=d0+2*δf
24 每米管长翅片侧面面积 af
af=2*（s1*s2-π*db2/4）/sf
25 每米管长翅片间管面面积 ab
℃
kg/s
kW m3/h m/s m2 mm
排 列 mm mm
m/s
—
—
—
—
b/de
—
ψ
—
n
W/（m2*K）
—
℃
— W/（m2*K）
— — m2*K/W W/（m*K） mm
Re C M
tk/℃ B
W/（m2*K）
m2 m
排
路
kg/s
mm2
kg/（s*m2） Pa Pa — — W
m3/h
8 0.358
am=3.14*（di+d0）/2 K=1/（aof/（αki*ai）+δ0*aof/（λ *am）+rb+1/（αof*η0）） Aof=Qk/（K*θm） L=Aof/aof (要求此处n接近上面假定的n)
qm=Q0/q0 Si=3.14*（di/2）2 q=qm/（Si*n1） △p/=ρa*wy2/2 △p//=0.108*b*（ρa*wmax）1.7/de
31.671
16.619 35.063 3.646 4.000 0.022 63.585 84.554 1.827 44.430 1.000 0.600 89.456
0.394
75 冷凝器所需的传热面积 Aof
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基于MATLAB的风冷式翅片管冷凝器的仿真模拟
孙建新南晓红
（西安建筑科技大学环境市政工程学院西安710055）
摘要：本文利用分布稳态参数法建立了翅片管换热器的数学模型，并用MATLAB语言编制了关于翅片管冷凝器的仿真程序，通过试验数据验证了程序的可靠性，并利用仿真程序分析不同进口风速和冷凝压力下冷凝换热量的变化情况并分析了不同冷凝压力下过冷区的变化。
关键词：翅片管冷凝器分布参数法仿真MATLAB语言
Using MATLAB in Modeling and Simulation of Finned-Tube Condenser
Sun Jianxin Nan Xiaohong
Abstract Distributed-parameter method is used to set up a simulation model for a finned-tube condenser. With the help of MATLAB programmable language, the stable state numeric model of the finned-tube is built. Compare the calculated results with experimented results show that the model is reliable and it can be used analyze the performance of the finned-tube condenser. Using the calculated results analyze the change of heat exchange in the different velocity of air and condensation pressure. And analyze the change of the length of super-cooling in the different condensation pressure.
Key words Finned-Tube condenser, Distributed-parameter method, simulation, MATLAB programmable language
1引言
近年来我国国民经济飞速发展，制冷空调业也得到了快速发展。
然而传统的制冷空调设计往往只按照设计工况一种状态考虑，而在制冷设备的运行中由于外界环境的变化它的运行工况是不断变化的，因此研究非设计工况下制冷系统设备的性能和功耗是非常有必要的。
另一方面传统的制冷设备的设计主要依靠反复试验来完成对制冷设备的最优设计，这不仅浪费了大量的人力、物力、财力，还延长了新产品的实际开发周期，而利用计算机仿真则在很大程度上解决了上述问题，具有重要的意义。
MATLAB语言是一种用于科学工程计算的高级编程语言，它建立在向量、数组、和矩阵的基础上是国际上公认的优秀的数值仿真软件。
与传统的FORTRAN和C语言相比MATLAB语言简洁明了，更易于使用和掌握。
另一方面MATLAB具有强大的图形数据处理和可视化功能，可以更为方便的观察仿真过程和结果。
查阅相关文献可知，利用MATLAB语言进行制冷装置仿真的并不多见。
冷凝器作为制冷(热泵)系统的主要部件，它的性能优劣对整个制冷(热泵)系统有重要影响。
本文通过建立关于翅片管冷凝器的稳态分布式参数模型，用MATLAB语言编程仿真模拟了翅片管冷凝器的稳态性能，并分析了影响翅片管冷凝器性能的相关因素。
2、数学模型
2.1冷凝器结构参数与实验数据来源
本文所用实验验证数据来源于丁国良，张春路，《制冷空调装置智能仿真》所列数据。
风冷式翅片管冷凝器结构参数为翅片间距2mm，翅片厚度0.14mm，换热管数48，管排数3，管外径9mm，管壁厚度0.35mm,翅片长度400mm,翅片宽度64.95mm。
实验用制冷剂为R22。
2.2 模型简化
在制冷(热泵)系统中由压缩机出来的高温高压的制冷剂气体经过冷凝器的冷却至两相区或过冷区。
本文的稳态模型基于以下假设：
（1）制冷剂在管内作一维逆流流动。
（2）只考虑径向热量交换不及轴向热量传递。
（3）换热器金属管壁的导热热阻不计。
（4）忽略制冷剂在管内的压降。
根据上述假设将冷凝器简化如图1所示物理模型
本文介绍的稳态分布参数法采用分区均相建模的方法，是将冷凝器分为过热区、两相区、过冷区三个区来考虑，每个区又按照焓差分为若干个换热单元。
在每个微分单元中近似认为制冷剂的温度、焓、干度是线性变化的。
取微分单元的进口和出口的平均值作为微分单元的参数计算。
能量方程和换热方程如下：
制冷剂换热方程：
空气侧换热方程：
能量守恒方程：
2.3 传热系数的确定
2.3.1 空气侧换热系数的确定：
空气侧换热系数采用前苏联戈果林[3]通过大实验总结出的以下准则方程式:
其中当量直径；
2.3.2 制冷剂侧换热系数的确定:
制冷剂在单相区时的换热系数由Dittus-Boeler换热关联式计算:
制冷剂两相区时的两相区换热系数由Shah关联式计算
2.4 制冷剂的热力物性参数和空气物性参数：
在冷凝器的仿真模拟中制冷剂的热力物性参数和空气的物性参数被多次调用,为此用MATLAB专门编写了相关的物性计算的m文件。
3、计算框图：。