文档介绍：制冷空调系统仿真与优化
能源科学与工程学院
参考教材
[1]丁国良制冷空调装置仿真与优化科学出版社 2001年
[2]丁国良制冷空调装置智能仿真科学出版社 2002年
[3]刘忠宝空调制冷装置与系统仿真***出版社 2010年11月
[4]陈之久制冷系统热动力学***出版社 1998年
第一讲
制冷空调系统热仿真与优化研究的内容
制冷系统组成及工作过程
以系统观点认识制冷系统,突出系统高低压两侧特性和四大件的自适应调节和耦合特性。
制冷系统的稳态(静态)工况及稳态设计方法
制冷系统部件在稳态工况下静态(稳态)特性匹配图如图所示:
在做系统稳态设计时可根据上述特性曲线分析制冷系统各部件间的参数关系
稳态设计方法:基于集中参数分析。如:本科所学制冷系统设计方法
稳态设计方法包括以下步骤:(1)确定装置的类型和结构;(2)确定设计工况和负荷;(3)制冷系统各部件设计计算;(4)非设计工况下的性能校核----即为计算机仿真。
静态分析法的优缺点
缺点:不考虑系统中参数的时变性,系统非稳态效应及参数分布特点。只研究了制冷系统中实际过程集中的一个子集。不能完整反映制冷系统内部的传热,传质变化过程,无法定量了解系统中各参数间的内在联系(藕合关系)(P2)。
优点:是制冷系统研究的基本方法。
动态分析研究方法
制冷系统中所进行的过程是一个融合传热、传质流动的复杂过程。它是一个动态过程,每一时刻的参数(如温度、压力、焓等)都不同于另一时刻的参数。而每一时刻不同空间位置的参数也不同,故它又是一个是有分布参数性质的过程(动态+分布参数)
制冷系统的稳态(静态)工况是整个运行工况中的特殊工况,不稳定工况(动态过程)才是一般的常见工况。
制冷系统动态分析研究方法:涉及制冷原理、自控、传热学、流体软科学等学科;是以“动态分布参数、参数间定量藕合”的观点建立对象特性(制冷数学模型),借助计算机动态仿真计算与优化技术,研究制冷系统的新方法,有利于制冷系统节能、节材和新型制冷自控元件的研究开发;制冷系统动态分析时,常常借用系统工程和自控原理中常用的信号分析方法。
制冷空调系统仿真
1 系统仿真与过程仿真
系统仿真就是利用一个能代表所研究对象的模型对真实系统或假想系统进行某种试验研究,以前常称为模拟。
如果建立的是物理模型,如水利工程中的水坝模型、风洞试验中的飞机模型等,则建模及分析的过程称为物理仿真,也称为实物仿真。
如果通过将原型抽象成数学模型,通常是一组微分方程或差分方程,然后利用计算机求解方程的方式进行研究分析的过程称为数字仿真,也称为计算机仿真。数字仿真建立在数学模型的基础上,利用计算机速度快、容量大的优点,可以模拟各种苛刻的试验条件,可以在短时间内获得结果,可以研究包含几十甚至几百个变量的问题,相对于物理仿真表现出极大的优越性。
把物理模型、数学模型,甚至是实物联合在一起进行试验研究分析的过程称为数字-物理仿真,又称为半物理仿真。如用于培训的仿真机大多数就是把实物和数学模型相结合的物理仿真系统,如锅炉及其它发电设备系统则是被数学模型所取代的数字仿真,二者结合构成了半物理仿真系统。
计算机仿真已成为科学研究的第三只翅膀,与实验和理论一起构成了完整的三维坐标系,能做到理论和实验难以做到的事情,为人们提供了一个认识客观世界运动规律的新途径。
系统仿真是一门综合性新技术学科,围绕该技术出现大量跟电子信息技术有关的技术问题,例如计算速度和并行处理技术、建模方法和仿真算法、网络通信、仿真图像生成、仿真支持软件等,并逐渐发展成为一门独立的但又是学科交叉的边缘学科。
随着数字电子计算机软硬件技术的快速发展,以仿真机为工具,用数字模型代替过程系统进行试验和研究的过程系统数字仿真技术(简称过程仿真)成为系统仿真领域一个重要的分支和发展研究方向。
2 基本概念
(1) 过程对原料进行某些物理或化学变换,使得性能发生预期的变化,从而增加了附加的价值,这种操作或处理称为过程。过程是一个广义的概念,包括热能动力过程、冶金过程,化工过程及核能过程等。
(2)系统为了某种目标,由共同的物流或能流或信息流联系在一起的单元组合而成的整体称为系统。由定义可知,系统的特性不仅与各组成单元的特性有关,而且与这种联结作用有关。
(3)过程与系统的关系为了实现给定的目的,系统中必有过程进行;反过来,过程亦必发生在相应的系统中。
(4)次级系统(子系统) 系统的特性之一是可分性。为研究方便,可以把一个系统分解为几个次级系统(称为子系统),而每一个子系统又可分为若干更低一级的子系统。一个生产工厂可以由若干生产过程子系统所组成,而每个生产过程又可以分解为若干单元操作子系统。
(5)过程系统使原料进行物理的乃至