本发明专利技术公开了一种结霜工况下的制冷系统计算机仿真性能计算方法，包括以下步骤：分别建立湿空气物性计算模块、冷媒物性计算模块、冷凝器结构计算模块、蒸发器结构计算模块和蒸发器结霜计算模块；建立制冷循环系统计算模块。本发明专利技术在模拟了蒸发器霜层变化的基础上，蒸发温度的变化会导致整个制冷循环工作状况的变化。本发明专利技术可以有效地指导设计人员避免由于结霜而产生的系统非正常工作地风险。同时也为制冷系统的除霜控制提供有效地理论数据，更有效的提高系统的制冷量及能效比。本发明专利技术首先将计算时间进行均匀步长分割，利用计算机辅助工具对程序内的结构与换热参数进行复杂的迭代计算。本发明专利技术实现了整个系统在结霜工况下的动态仿真。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种制冷与低温技术中的计算机辅助设计技术，特别是。
技术介绍
利用计算机辅助技术进行制冷设备的仿真与模拟已经成为各个制冷产品开发的主要手段。随着计算机技术的蓬勃发展，计算机的计算能力也显著提高，越来越多的企业把关注度投入到仿真模拟中来，同时也利用计算机辅助技术使设计开发工作达到了一个前所未有的高度。结霜现象普遍存在于制冷、低温、空气调节、航天航空、化工机械等领域。当湿空气 流经温度比其露点温度低的表面时，会发生水蒸汽在冷表面凝结现象，若冷表面的温度低于冰点温度时，结霜现象就会发生。在很多领域，结霜是有害的，在制冷系统、低温系统、热泵等工业设备中常出现结霜而影响设备的正常运行。在换热领域，霜层的存在会恶化传热性能。在结霜状况下的制冷系统换热能力下降35%以上。此外，对于很多内部有流体流动的设备，霜层的存在还会阻碍流体在设备内正常流动，使得流动阻力大大增加。对结霜现象深入分析，可以做到扬长避短，充分利用其有利方面，并尽可能的削弱其负面影响。对于目前很多工程应用而言，预测换热设备在结霜工况下的运行特性是设计的基础。设备运行中的除霜工作是保证正常运行的必须措施，合理的制定除霜周期，可以保证设备的正常运行，最大限度的降低能耗，提高设备运行性能。目前对制冷系统的仿真模拟计算技术主要针对两个领域开展研究—个领域是针对干工况情况下的蒸发换热情况，吴业正著《小型制冷装置设计指导》(第一版，北京机械工业出版社，1998)介绍了一种制冷循环仿真计算方法，但这种方法的缺陷在于并不涉及低温环境中不可避免的结霜问题。对于冷冻冷藏中出现结霜的情况，该方法与实际情况差异极大，所以这种方法并不能如实反映实际问题。另一个领域是针对结霜问题，《一种结霜工况下翅片管蒸发器的性能计算方法》介绍了具体的单一针对蒸发器的仿真计算方法。但该方法将蒸发器独立于制冷系统之外，对蒸发器由于结霜对整个制冷系统的影响没有进行考虑，并不能真实有效地反映实际工作中各设备运转状况，不能够达到设计人员的要求。
技术实现思路
为解决现有技术存在的上述问题，本专利技术设计了一种既考虑结霜工况又能反映制冷系统随结霜变化情况的结霜工况下的制冷系统计算机仿真性能计算方法。为了实现上述目的，本专利技术的技术方案如下，包括以下步骤A、分别建立湿空气物性计算模块、冷媒物性计算模块、冷凝器结构计算模块、蒸发器结构计算模块和蒸发器结霜计算模块Al、建立湿空气物性计算模块利用Visual C++程序工具按美国采暖制冷与空调工程师协会提供的湿空气计算公式，建立湿空气物性计算模块；所述的湿空气物性包括湿空气的干球温度、湿球温度、含湿量、露点温度、焓、密度、比热和粘度；A2、建立冷媒物性计算模块利用美国制冷标准协会提供的制冷剂物性参数，建立DLL动态链接库；通过DLL文件与Visual C++程序的链接来建立冷媒物性计算模块；所述的冷媒物性包括冷媒的温度、压力、焓、熵、比热、密度、比容、粘度和表面张力；A3、建立冷凝器结构计算模块 根据冷凝器结构参数建立冷凝器结构计算模块；所述的冷凝器结构参数见表I ;表I采用翅片管式冷凝器的冷凝器结构参数翅片管外径(Mn)翅片型式平片 翅片管列数(列)翅片间距(mn) 翅片管排数(排)翅片厚度(Mn) 翅片管分流支路数(个) 风扇电机数量(个) 翅片管有效长度(Mn)冷凝器风扇风量翅片管纵向间距(Mn)翅片管横向间距(Mn) 风扇电机输入功率(W/台)A4、建立蒸发器结构计算模块根据蒸发器结构参数建立蒸发器结构参数模块，所述的蒸发器结构参数见表2 ；表2采用翅片管式冷风机的蒸发器结构参数翅片管外径(Mn)翅片型式平片翅片管列数(列)翅片间距(mn)翅片管排数(排)翅片厚度(Mn) 翅片管分流支路数(个) 风扇电机数量(个) 翅片管有效长度(mm)蒸发器风扇电机曲线 翅片管纵向间距(mm)翅片管横向间距(mm)风扇电机输入功率(W/台)表2所述的数据作为已知条件由用户输入确定；利用Visual C++语言将表2所述的数据编译为可调用的蒸发器结构计算模块；A5、建立蒸发器结霜计算模块A501、设置蒸发器初始工况所述的蒸发器初始工况包括蒸发器的结霜周期、计算时间步长、初始的霜层密度、初始的霜层厚度和迭代收敛条件；结霜周期即整个蒸发器从开始工作至开始进行除霜的总时间，单位为h ；计算时间步长由用户将结霜周期平均划分成若干份，其中每一份时间规定为一个时间步长；同一时间步长中的蒸发温度、冷凝温度、冷媒流量、霜层厚度和霜层密度为稳 态参数；初始的霜层密度即开始结霜时刻霜层的密度大小，单位为kg/m3 ；初始的霜层厚度即开始结霜时刻霜层的厚度大小，单位为mm ；迭代收敛条件即假设值与实际计算参数值之间的差异；A502、根据用户输入的蒸发器结构参数，调用蒸发器结构计算模块，并进行蒸发器计算区间的划分；所述计算区间的划分方法分两种情况沿冷媒流动方向，按等管长均匀划分计算区间；沿空气流动方向，按照管路行间距与列间距将翅片划分为相对独立的若干个计算区间；A503、按照冷媒流动的管路的顺序，用户在人机交互程序界面中输入一个管路编号的顺序数组，所述的管路编号通过Visual C++界面设定程序自动生成；利用Visual C++文件读入读出程序将所述的顺序数组保存为可读取的固定数据结构，通过读取所述的数据结构，在程序内部确定换热管连接关系，并按照所述的数据结构确定计算区间的计算顺序；A504、假设迭代计算前的焓差和空气进出口温度差由于单一计算区间焓差和空气进出口温度差无法直接计算求出，需要通过迭代计算的方式进行求解；因此，首先设定所述焓差和空气进出口温度差的假设值，通过迭代计算得到所述焓差和空气进出口温度差的计算值，当所述焓差和空气进出口温度差的假设值与计算值的差异小于收敛迭代条件时，则将所述焓差和空气进出口温度差的计算值作为最终计算结果；同时根据所述焓差和空气进出口温度差的假设值计算出每个单一计算区间空气的含湿量的差；A505、根据蒸发器结构计算模块和霜层厚度的初始设定值确定蒸发器的静压损失，同时利用风扇静压特性曲线计算此时流经蒸发器的风量，计算公式如下2Γ π{ η + 2S /f f ] π{ + 2S fr )77[ 2 ^ + ^^— ^P0 = 5.88 X 10 N nl X ^S=-,「[r ---I 3X 1---- -[ —-τ--a Χ,#>7 \υ>, -Vf +Jvi -ψ + 2S；IJ #Apa :空气侧静压损失，单位Pa ；Nri :管排数；d0 :管外径；δ fr :霜层厚度,单位m ；S1:管列间距，单位m; S2:管行间距，单位m;Pt:翅片间距，单位m;tf :翅片厚度，单位m ;Wf :迎面风速,单位m/s ;调用步骤Al的湿空气物性计算模块与步骤A2的冷媒物性计算模块进行计算；A506、根据冷媒的假设的焓差，计算冷媒侧单一计算区间的换热量； LL1 =IfKKll - hjJQiref :冷媒侧单一计算区间的换热量，单位kW ；hiout :单一计算区间的出口 j含值，单位kj/kg ；hiin :单一计算区间的入口j含值,单位kj/kg ；m :质量流量,单位kg/s ；A507、进行冷媒侧局部换热系本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种结霜工况下的制冷系统计算机仿真性能计算方法，其特征在于：包括以下步骤：A、分别建立湿空气物性计算模块、冷媒物性计算模块、冷凝器结构计算模块、蒸发器结构计算模块和蒸发器结霜计算模块A1、建立湿空气物性计算模块利用Visual？C++程序工具按美国采暖制冷与空调工程师协会提供的湿空气计算公式，建立湿空气物性计算模块；所述的湿空气物性包括湿空气的干球温度、湿球温度、含湿量、露点温度、焓、密度、比热和粘度；A2、建立冷媒物性计算模块利用美国制冷标准协会提供的制冷剂物性参数，建立DLL动态链接库；通过DLL文件与Visual？C++程序的链接来建立冷媒物性计算模块；所述的冷媒物性包括冷媒的温度、压力、焓、熵、比热、密度、比容、粘度和表面张力；A3、建立冷凝器结构计算模块根据冷凝器结构参数建立冷凝器结构计算模块；所述的冷凝器结构参数见表1；表1采用翅片管式冷凝器的冷凝器结构参数？？翅片管外径(mm)？？翅片型式：平片？？翅片管列数(列)？？翅片间距(mm)？？翅片管排数(排)？？翅片厚度(mm)？？翅片管分流支路数(个)？？风扇电机数量(个)？？翅片管有效长度(mm)？？冷凝器风扇风量？？翅片管纵向间距(mm)？？翅片管横向间距(mm)？？风扇电机输入功率(W/台)A4、建立蒸发器结构计算模块根据蒸发器结构参数建立蒸发器结构参数模块，所述的蒸发器结构参数见表2；表2采用翅片管式冷风机的蒸发器结构参数？？翅片管外径(mm)？？翅片型式：平片？？翅片管列数(列)？？翅片间距(mm)？？翅片管排数(排)？？翅片厚度(mm)？？翅片管分流支路数(个)？？风扇电机数量(个)？？翅片管有效长度(mm)？？蒸发器风扇电机曲线？？翅片管纵向间距(mm)？？翅片管横向间距(mm)？？风扇电机输入功率(W/台)表2所述的数据作为已知条件由用户输入确定；利用Visual？C++语言将表2所述的数据编译为可调用的蒸发器结构计算模块；A5、建立蒸发器结霜计算模块A501、设置蒸发器初始工况所述的蒸发器初始工况包括蒸发器的结霜周期、计算时间步长、初始的霜层密度、初始的霜层厚度和迭代收敛条件；结霜周期：即整个蒸发器从开始工作至开始进行除霜的总时间，单位为h；计算时间步长：由用户将结霜周期平均划分成若干份，其中每一份时间规定为一个时间步长；同一时间步长中的蒸发温度、冷凝温度、冷媒流量、霜层厚度和霜层密度为稳态参数；初始的霜层密度：即开始结霜时刻霜层的密度大小，单位为kg/m3；初始的霜层厚度：即开始结霜时刻霜层的厚度大小，单位为mm；迭代收敛条件：即假设值与实际计算参数值之间的差异；A502、根据用户输入的蒸发器结构参数，调用蒸发器结构计算模块，并进行蒸发器计算区间的划分；所述计算区间的划分方法分两种情况：沿冷媒流动方向，按等管长均匀划分计算区间；沿空气流动方向，按照管路行间距与列间距将翅片划分为相对独立的若干个计算区间；A503、按照冷媒流动的管路的顺序，用户在人机交互程序界面中输入一个管路编号的顺序数组，所述的管路编号通过Visual？C++界面设定程序自动生成；利用Visual？C++文件读入读出程序将所述的顺序数组保存为可读取的固定数据结构，通过读取所述的数据结构，在程序内部确定换热管连接关系，并按照所述的数据结构确定计算区间的计算顺序；A504、假设迭代计算前的焓差和空气进出口温度差由于单一计算区间焓差和空气进出口温度差无法直接计算求出，需要通过 迭代计算的方式进行求解；因此，首先设定所述焓差和空气进出口温度差的假设值，通过迭代计算得到所述焓差和空气进出口温度差的计算值，当所述焓差和空气进出口温度差的假设值与计算值的差异小于收敛迭代条件时，则将所述焓差和空气进出口温度差的计算值作为最终计算结果；同时根据所述焓差和空气进出口温度差的假设值计算出每个单一计算区间空气的含湿量的差；A505、根据蒸发器结构计算模块和霜层厚度的初始设定值确定蒸发器的静压损失，同时利用风扇静压特性曲线计算此时流经蒸发器的风量，计算公式如下：Δpa=5.88×10-4Nrd×2pt[S2-π(d0+2δfr)24S1]+π(d0+2δfr)S1S20.3×[pt·S1[pt-(tf+2δfr)][S1-(d0+2δfr)]]3×WF1.7Δpa：空气侧静压损失，单位Pa；Nri：管排数；d0：管外径；δfr：霜层厚度，单位m；S1：管列间距，单位...
【技术特征摘要】
1. 一种结霜工况下的制冷系统计算机仿真性能计算方法，其特征在于包括以下步骤 A、分别建立湿空气物性计算模块、冷媒物性计算模块、冷凝器结构计算模块、蒸发器结构计算模块和蒸发器结霜计算模块Al、建立湿空气物性计算模块 利用Visual C++程序工具按美国采暖制冷与空调工程师协会提供的湿空气计算公式，建立湿空气物性计算模块；所述的湿空气物性包括湿空气的干球温度、湿球温度、含湿量、露点温度、焓、密度、比热和粘度； A2、建立冷媒物性计算模块 利用美国制冷标准协会提供的制冷剂物性参数，建立DLL动态链接库；通过DLL文件与Visual C++程序的链接来建立冷媒物性计算模块；所述的冷媒物性包括冷媒的温度、压力、焓、熵、比热、密度、比容、粘度和表面张力； A3、建立冷凝器结构计算模块 根据...
【专利技术属性】
技术研发人员：秦海杰，夏梦心，朱卫英，
申请(专利权)人：大连三洋压缩机有限公司，
类型：发明
国别省市：
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