变频离心式冷水机组在冷冻水变流量工况下仿真性能分析

Ｋ —— 蒸发 器 的传热 系数 ， （ Ｋ） ｗ／ ｍ ・ ．
将式（） １ 进行整 理可得 ： Ｔ ＝ ——
５
变频 离 心 式压 缩 机 ， 自控 设备 的控制 下 可 以 在
（） ２
根 据冷水 机组 的冷 负荷 的变化 调节 压缩 机转 速．压 缩 机始终 维持 在较 高 的水 利效 率 区 内工作．压 缩 机
中图分 类号 ： Ｕ ３ Ｔ ８１
文 献标 志码 ： Ａ
Ｓｉ ｕ ａ ｉ ｎ Ｐｅ ｆ ｒ ａ ｅ Ａｎ ｌ ｓｓ ｏ ｅ ｅ ｙ Ｃｏ ｅ ｓｏ ｎ ｒｆ ａ ｍ ｌ ｔｏ ｒ ｏ ｍ ｎｃ ａ ｙ ｉ ｆＦｒ ｑｕ ｎｃ ｎｖ ｒ ｉ ｎ Ｃｅ ｔ ｉｕｇ ｌ
Ｃｈ ｌｅ ｎｎｉ ｔｔ ｅ Ｃａ ｅ ｏ ｅ ｚ ｎ ａ ｅ ｔ Ｖａ ｉ ｂ ｅ Ｆｌ ｗ ｉｌ ｒ Ｒｕ ｎｇ ａ ｈ ｓ ｆ Ｆｒ ｅ ｉ ｇ Ｗ ｔ ｒ ａ ｒ ａ ｌ ｏ
Ｗａ ｇＴ ｎ ， Ｈａ ｕｊｎ ｎ ｏｇ ｏＸ ｅｕ
（ ｃ ｏ ｌ ｆ ｎ ｉ ｎ ｅ ｔ ｎ ｎ ｒｙ Ｅ ｇｎ ｅｉｇ Ｂ Ｃ Ａ Ｂ ｉｎ ０ ０ ４ Ｓ ｈ ｏ ｏ ｖｒ ｍ ｎ ａ ｄＥ ｅｇ ｎ ｉｅ ｒ ， Ｕ Ｅ ｅｊ ｇ１ ０ ４ ） Ｅ ｏ ｎ ｉ
— —
壁温 校正 系数 ；
Ｐ —— 普 朗特 数 ； ｒ Ｒ —— 雷诺 数 ； ｅ
离 心 式 冷 水 机组 蒸 发 器 一般 采 用 满 液 式 蒸 发
Ａ—— 冷 冻水导 热 系数 ， （ ・ ｗ／ ｉ Ｋ） ｎ
ｄ—— 管道 内径 ， ． ｉ ｍ
器， 由于一 般 的机 组都 配有相 应 的 自控设 备 ， 据负 根
同相 对流 量下 的性 能参 数 ， 过对 这 些参数 分析 得 出当冷冻 水相 对流量 减 小时 ， 组 的蒸发 温度会 通 机
相 应 的升 高 ， 组 的 Ｃ Ｐ 冷凝 温度 以及 蒸发 器 的传 热 系数 会相 应 的降低 ． 机 Ｏ 、
关 键 词 ：变 流 量 ；变频 ；离 心 式 冷 水 机 组
文 中所 用 到 的仿 真 软 件 ， ｍ ｔ ｂ中 的 Ｓ ｌ ｋ软 是 ａａ ｌ ｉ ｉ ｍｕ ｎ
件包 ， 可 以对 用户 建立 的数 学模型 进行 动态 求解 ， 它 进而 实现 对物 理模 型 的动 态 仿 真．用户 只要 将 ｓ ｉ ｍ． ｕｉｋ中的基 本模 块 ， 照 数学模 型 的具体 形 式进 行 ｌ ｎ 按 连接 ， 计算 机 即可识 别该数 学模 型 ， 用相 应 的数值 并
摘 要 ：通过 建立 变频 离心 式 冷水 机 组 的数 学模 型 ， 利 用 ｓ ｌ ｋ软 件 对 数 学模 型 进 行 动 态 求 并 ｉ ｉ ｍｕ ｎ 解 ， 而 实现 对 变频 离心 式冷 水机 组进 行仿 真．进 而 ， 过仿 真得 出当回 温度 不 变时冷 水机 组在 不 从 通
— —
压缩 机进 口气体 焓值 ， ｋ ； Ｊ ｇ ／ 压缩 机排气 量 ，ｇ ｓ ｋ／ ；
热 流密度 ， ／ ｗｍ ；
＾—— 压缩 机 出 口气体 焓值 ， ｋ ； Ｊ ｇ ／
— —
Ｐ —— 蒸发 压力 ，Ｐ ； ｏ ｋ ａ
ｄ—— 管 外径 ， ． ｎ ｍ
叼 —— 压缩 机效率 ．
（ ） Ｒ 击・ 去 Ａ ｏ ＋ Ａ ｏ
（） ７
即
＝ｃ ・ １ ２ Ｋ・ 。 Ｔ －Ｔ ・ （ 一 ）＝ Ａ ｚ ｚ ｌ ２
Ｏ
当
４ ＜
（） １
式 中 Ｋ —制 冷剂 侧与水 侧 的传 热 系数 ； — Ｒ —— 油膜热 阻 ， Ｋ ｗ； Ｉ ・／ ｎ
Ｓ ｍｕ ｉ ｋ ｉ ｓ ｄ ｏ ｙ ａ ｉａ ｌ ｓ ｌ ｅ ｔ ｉ ｏ ｄ ｒ ｔ ｉ ｌ ｍｅ ｔｔ ｅ ｍ ｕ ａｉｎ ｏ ｒ ｑ ｎ ｙ ｃ ｎ ｅ ｓｍ ｉ ｌｎ ｓ ｕ ｅ ｔ ｄ ｎ ｍ ｃ ｌ ｙ ｏｖ ｉ， ｎ ｒ ｅ ｏ ｍｐ ｅ ｎ ｈ ｅ ｌｔｏ ｆ ｆｅ ｕｅ ｃ ｏ ｖ ｒ ｉ
— —
ｈ １ ＂ ． 竹・ ｉ． （ ＝８ ） ６ （
当 ２１０＜ ｅ ０ ０ Ｒ ≤１ ４时 （ 过度 流 区）
ｃ ４ ）
压 力系 数．
压缩 机 出 口处 的圆周 速度为 ：
“ — ２ ＝ （ ０ ｌ） １ ｕ
０１（ ．６ １・
一５ ［ １］１ ２‘ ＋
步节 能 ， 们越 来 越 重 视 对 于 一 次 泵变 流 量 系统 人
的研 究 与应 用．而且 ， 随着工 程 技术 的发展 ， 一些 冷 水 机组 可 以适应 在冷 冻水 流量 变化 的工 况下 正 常运 行 ．这 也使 得 一次泵 变 流量 系统 在 实 际工 程 中 的应 用 与推 广成 为可 能 ．本 文通 过仿 真 的方 法 分 析 了在 部分 负 荷工 况下 变 频 离 心式 冷 水 机 组 的运 行 情 况．
压缩机 实 际能量 头为 ：
Ｗ ・ ＝ｈ ＝ ｕ 一ｈ １ （ ９）
冷冻水 侧对 流换 热系数 采用 下式进 行计算 ：
当 Ｒ ≤２１０时 （ ｅ ０ 层流 区 ）
式 中
— — 压缩机 实 际能量头 ，／ ｇ Ｊｋ ； ｕ—— 压 缩机 出 口处 圆周速 度 ， ／ ； ， ｍｓ
作 者 简 介 ：王 童 （ ９ ６ ） 男 ， 士 研 究 生 ， 究 方 向 ： 暖 空调 １８一 ， 硕 研 采
北 京 建 筑 工 程 学 院 学 报
１ 变频离心式冷水机 组数学模型 的描述
由于 离 心式 冷水 机 组 可 以在 负荷 变化 时 ， 过 通
改 变离 心机 转速 的方 式 较 小制 冷 量 ， 以使 压缩 机 可
收 稿 日期 ： ０ １—１ ２１ ０—１ ６
方法 进行 求解 ．它 省去 了用户 传 统仿 真 工程 中的编
程操作 ， 用户 可 以将 更 多 的精 力用 于模 型 的建 立 ． 使 另外 ，ｉ ｌ ｋ具 有 很 强 的计 算 能 力 ， 算 迅 速 ， ｓ ｉ ｍｕ ｎ 计 操 作 简单 ．用户 可 以用较少 的操 作 即可 实 现对 微分 方 程 、 程组 等 的精 确求 解 ． 方 …
Ａ ｂｓｒ ｔ：Ｔｈ ｍ ａｈ ｍａ ｉ ｍｏ ｅ ｏ ｆｅ ｕ ｎ ｙ ｏ ｖ ｒｉ ｎ ｅ ｔｉ ａ ｃ ｉ ｅ ｉ ｅ ｔ ｂ ｉｈ ｄ， ａ ｄ ｈ ｔ ａｃ ｅ ｔ ｅ ｔｃ ｄ ｌ ｆ ｒ ｑ ｅ ｃ ｃ ｎ ｅ ｓｏ ｃ ｎｒｆ ｕｇ ｌ ｈ ｌ ｒ ｓ ｓａ ｌ ｅ ｌ ｓ ｎ ｔ ｅ
始 终在 较高 的水利 效 率 下 工作 ， 现在 应 用 较 多 的 是 调 节方 式 ．因此 ， 文将 针 对 变 频 离 心 式冷 水 机 组 本
进 行仿 真 ．
１ １蒸 发 器 数 学 模 型 ．
ｏ２（ 。ｒ ’ （ ＿７ ） － “ ６ ０’ Ｐ ）
式中 ｈ—— 冷冻水 侧 的对流 换热 系数 ； ｉ
Ｖ０ ＿ ７ Ｎｏ． ｌ２ ４ Ｄｅ ． ２ ｃ ０１ｌ
文 章 编 号 ： ０ ４— ０ ｌ ２ １ ）４—０ ３ ０ １０ ６ １ （０ １ ０ ０ ７— ５
变 频 离 心 式 冷 水 机 组 在 冷 冻水 变 流 量 工 况 下 仿 真 性 能 分 析
王 童 ， 郝 学 军
（ 京 建 筑 工 程 学 院 环 境 与能 源 工 程 学 院 ，北 京 １０４ ） 北 ００ ４
Ｒ —— 污垢 热 阻 ， Ｋ ｗ； ｍ ・／
— —
， Ｉ
Ｒ
ｅ
式中
Ｔ．Ｔ —— 冷冻 水进 、 口水温 ， ｚ ａ 、 出 ｃ Ｃ；
蒸 发 器的散 热量 ， Ｗ； 紊 ｃ —— 水 的流 容 ， （ ｇ ℃ ） 比热 ｊ ｋ・ ； ／
— — — —
一
管 壁热 阻 ， Ｋ ｗ； ｍ ・／
第 ２ ７卷 第 ４期 ２１ ０ １年 １ ２月
北 京 建 筑 工 程 学 院 学 报
Ｊ ｕ ｎ ｌ ｆ ｅ ｉｇＵ ｉ ｒｉ ｆ ｉ ｌ ｎ ｉ ｅｉｇａ ｄ Ａ ｃ ｉ ｃ ｒ ｏ ｒ ａ ｏ ｉｎ ｎ ｅｓ ｙ ｏ Ｃ ｖ ｇ ｅ ｒ ｎ ｒｈｔ ｔ ｅ Ｂ ｊ ｖ ｔ ｉＥ ｎ ｎ ｅｕ
的实 际功率 为 ：
：
式中
—— 制冷剂 蒸发 温度 ， ℃．
另外 ， 冷剂 侧 的沸腾换 热系数 为 ： 制
二
＇ ７
：
（） ８
＝． ０（） １４ ～ 妾 ６’ ‘
式中 ＾ —— 制冷 剂侧 的沸腾 换热 系数 ；
— —
（ ３ ）
式中
—— 压缩机 实 际功率 ， ； Ｗ
Ａ —— 管外 表面积 ， Ｉ ； ｎ
Ａ —— 蒸 发器 的有效换 热 面积 ， ； ℃
竹
．Ｉ ｅ
水 流量 ，ｇ ｓ ｋ／ ；
Ａ—— 管 内表面 积 ， Ｉ； ｎ Ａ —— 管 内外表 面积 的平均值 ， Ｉ． ｎ
１ ２ 变频 离心式 压缩 机数 学模型 ．
随着 国 民经 济 的发展 ， 代化 建筑 有 大型 化 、 现 功 能 复杂 化 、 高层 化 的趋势 ， 中空 调系 统能 耗越 来越 其 引起 人 们 的重视 ．对于 传统 的 空调 系 统一 次 侧 均采 用 定流 量运 行 ， 耗 较 高 ．为 了实 现 空 调 系 统 的进 能
一
荷 情 况 ， 节 机 组 制 冷 量 以 实 现 出水 温 度 的 稳 定 ． 调 为 了简化模 型 ， 为 蒸 发 器 出 口水 温 恒 定 为 ７℃ ． 认
冷 冻水侧 与 制冷剂侧 的传 热系 数可 以采用下 式
进行计 算 ：
根据 能量守 恒可 知 ， 水侧 得 热 量 等 于制 冷 剂 侧 的蒸
ｃ ｉｌｒａ ｄ ｈ ａ ｒ ｎ ｆｒ ｃ ｅｆｃｅ ｔｏ ｖ ｐｏ ａｅ ｗｉ ｅ ｕ ｅ ｈ ｌｅ ｎ ｅ ｔｔａ ｓｅ ｏ ｆｉｉ ｎ ｆｅ ａ ｒ ｔ ｌ ｒ ｄ ｃ ． ｌ