VRV_空调系统特性与控制策略研究(一)

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1、VRV空调系统特性与控制策略研究(一)电子膨胀阀一一蒸发器联合调节特性与控制策略摘要通过对影响蒸发器换热量的讲因素一一膨胀阀开度、空气温度、风量、蒸发温度、和冷凝温度等参数的分析，得出了不同参数对系统的影响和调节特性，提出了新的更适合于制冷系统的控制方法一一风量控过热度、开度控室内温度的独立控制原理和方法，这种控制方法更适合用于制冷空调系统。关键词：蒸发嚣电子膨胀闪工调节特性控制方法独立控制符号Cd——开度系数Z一一轴向长度，mTc.Tc一一蒸发、冷凝温度，°C0—一室内温度，°CT“一一换热器进口风温，°CH——压缩机频率，HzGr一一制冷剂流

2、屋，kg/sGa风量，m3/hTsu一一过热度，°CTsb——过冷度，°CQ换热量，kWP介质密度，kg/m3P・压力,Pah介质焰，J/kgA管内截血积，m2S管内截面周长，mA(z)开度对应的截面积d管径t管内表面切应力，N/n?q——热流密度，W/m2ci——两相流空泡系数g重力加速度，9.8m/s2u流速，m/sOv——电子膨胀阀开度下标1一一液相制冷剂v一一汽和制冷剂a空气1•引言随着制冷空调技术的迅速发展，空调器正在从传统的单室内机、单室外机的结构逐渐向单室外机多室内机及多室内机和多室外机系统发展，系统结构逐渐趋于复杂，具有代表性的变

3、流量制冷系统(VariableRefrigerantVolumeAir-conditioningSystem,简称VRV)也从单元变流量制冷系统(SVRV)向多元变流量制冷系统发展(MVRV)冋。対于多室内机的热回收系统來说,室内机可能同时做冷凝器或蒸发器使用，而且随着人民生活水平的提高，对室内热舒适性也提出了更高的要求，传统的一些控制方法已不能再适应新空调系统的需要。由于系统的复杂程度的增加，传统的一些基于制冷空调系统整体的控制算法都由于其兼容性和可扩展性等因素而受到了很大的局限，因此各室内机和室外机独立控制的思想已经被引入到制冷空调系统的控制

4、之屮，一些控制理论和算法如矩阵电子控制算法、人工神经元算法和模糊控制算法都已经被引用到实际的制冷空调系统+14'8,0为使制冷空调系统能安全稳定的运行，除了在控制技术上提高Z外，更要注重研究制冷空调系统本身的运行调节特性。本文在通过分析系统在制冷模式下电子膨胀阀开度、室内温度、室内机风量、蒸发温度、冷凝温度等对室内机换热的影响的基础上,得出了室内机的调节特性，找出了对室内机制冷模式卜•更合理的控制策略。2•数学模型2.1电子膨胀阀电子膨胀阀是通过步进电机等手段使阀芯产生连续位移，从而改变制冷剂流通面积的节流装登。研究表明，电子膨胀阀的流量特性可借

5、鉴热力膨胀阀的研究成果9巴其模型描述为：能量方程：賂=扎)山(1)动量方程：Gr=CDA(z^2Pin(Pin-P<.t)(2)2.2蒸发管路及蒸发器模型2.2.1管内制冷剂侧稳态模型在VRV空调系统屮，由于膨胀阀可能设直在离蒸发器较远的位置，节流示的两相制冷剂沿膨胀阀示的管路进入蒸发器，所以在该段管路及蒸发器内部的大部分区域制剂处于两相流动状态；当液体过冷度较小时，由于管道阻力及上升立管屮重力的影响，液态制冷剂将会岀现闪蒸，闪蒸之麻管路内的流动也为气、液两相流动；当室内换热器制热采用其出口电子膨胀阀控制制冷剂过冷度时,膨胀阀Z后的高压液体管内仍

6、然可能呈气、液两相状态。在制冷空调领域内，蒸发管路内制冷剂两相流呈环状流故本文以环状流建模。因制冷剂蒸发现彖可能发生上述管段的任何位置，建模时必须在动量议程屮考虑重力项。能量守恒议程：P、tkhv+(l-a)piUihi]=瘵理上述议程，分别得到气.液两相流的质量孑叵方程和动虽守怛方程。质量守恒方程:apvtiv+(1-a)p1U1]=o(4)动量守恒方程:£[cipu+(l-ci)Pid]二一霁一工^一gP®sinB(5)式中Ptp=apv+(l-a)Pl是微元管段中两相流体单位容积的质屋，称为两相流体的密度。在式(3)〜(5)中存在P、a、U

7、,和U］四个未知数，方程无法封闭求解。传统的方法采用空隙率经验公式作为补充方程，使方程封闭。但目询还不存在公认准确的空隙率模型计乳公式；木文采用文献［4］所提出的两相界面关系方程使方程封闭。气、液两相界血关系方程：£(aPvtr)=一Q霁一^^-gP'"nB+山怎aP、山)在式(3)〜(6)四个方程小，共有P、a、叭和U］四个未知数，方程组封闭可解。2.2.2空气侧换热模型因横流蒸发器外侧的空气流速较低，-般Re<2000,U蒸发器沿气流方向的管排数较少，故忽略空气侧压降，只考虑质量守恒和能量守恒方程。质量守恒方程：(Gudu)=^D<^a(7

8、)能量守恒方程:d7a(GahQ)=JiDqa1•调节特性数值求解蒸发管路和电了膨胀阀的数学模型，可以得出系统的仿真特性。对于选定的系统