制冷系統(tǒng)換熱器建模與仿真方法研究.pdf

1、制冷空調(diào)系統(tǒng)正在成為世界上消耗能量最多的耗能系統(tǒng)之一。制冷系統(tǒng)計(jì)算機(jī)仿真是實(shí)現(xiàn)制冷系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)、優(yōu)化控制和系統(tǒng)匹配的重要技術(shù)手段，也是制冷空調(diào)產(chǎn)品設(shè)計(jì)方法現(xiàn)代化的重要體現(xiàn)。蒸發(fā)器和冷凝器（本文統(tǒng)稱(chēng)之為制冷系統(tǒng)換熱器）是蒸汽壓縮式制冷系統(tǒng)中的關(guān)鍵設(shè)備，其建模和仿真方法是制冷系統(tǒng)熱動(dòng)力學(xué)及計(jì)算機(jī)仿真的重要內(nèi)容和難點(diǎn)所在。 本文在國(guó)內(nèi)外已有研究成果的基礎(chǔ)上，提出了制冷系統(tǒng)換熱器動(dòng)態(tài)過(guò)程建模和仿真領(lǐng)域存在的幾個(gè)主要問(wèn)題，并對(duì)其展開(kāi)研究。

2、主要研究工作與結(jié)果包括以下五個(gè)方面。 基于馬丁—侯(Martin-Hou)狀態(tài)方程建立了制冷劑熱力參數(shù)計(jì)算模型，開(kāi)發(fā)了相應(yīng)的仿真模塊。通過(guò)對(duì)R12、R22、R502和 R134a等四種制冷劑熱力參數(shù)計(jì)算，證明該模塊具有較高的計(jì)算精度，能夠滿足制冷空調(diào)系統(tǒng)仿真的需要。同時(shí)，為了進(jìn)一步提高熱物性模型的的運(yùn)算速度，拓展仿真系統(tǒng)的應(yīng)用領(lǐng)域，本文采用Levenberg—Marquardt優(yōu)化方法對(duì)BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行改進(jìn)，建立了基于改進(jìn)BP神

3、經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的制冷劑狀態(tài)參數(shù)模型。 提出了制冷系統(tǒng)換熱器的統(tǒng)一分布參數(shù)模型。在該統(tǒng)一分布參數(shù)模型框架下，制冷系統(tǒng)蒸發(fā)器和冷凝器以及制冷劑各相區(qū)的熱力參數(shù)及其瞬態(tài)分布特性，可以方便地以統(tǒng)一的方式加以描述，避免了以往制冷系統(tǒng)動(dòng)態(tài)過(guò)程仿真中必須進(jìn)行的各相區(qū)模型的反復(fù)切換，明顯提高了制冷系統(tǒng)換熱器仿真模型的整體性能和可用性；該統(tǒng)一分布參數(shù)模型既可用于制冷系統(tǒng)換熱器的動(dòng)態(tài)過(guò)程仿真，亦可用于換熱器的穩(wěn)態(tài)特性分析。 基于制冷劑流體質(zhì)點(diǎn)追蹤計(jì)

4、算觀點(diǎn)，建立了適用于制冷換熱器各相區(qū)的通用數(shù)值仿真算法。該數(shù)值仿真算法有效地克服了已有仿真算法存在的數(shù)值穩(wěn)定性問(wèn)題，成功地解決了動(dòng)態(tài)過(guò)程制冷劑相變點(diǎn)瞬態(tài)位置的計(jì)算問(wèn)題。在該數(shù)值仿真方法中，換熱系統(tǒng)的空間離散化是在制冷劑流動(dòng)過(guò)程自動(dòng)完成的。在實(shí)際的仿真計(jì)算過(guò)程中，調(diào)整積分時(shí)間步長(zhǎng)的大小，可以滿足不同仿真目的對(duì)數(shù)值計(jì)算精度或仿真速度的需要。 利用所提出的制冷系統(tǒng)換熱器的統(tǒng)一分布參數(shù)模型和數(shù)值仿真算法，對(duì)制冷系統(tǒng)蒸發(fā)器和冷凝器在分布參

5、數(shù)意義下的動(dòng)、靜態(tài)性能進(jìn)行了仿真實(shí)驗(yàn)研究，分析比較了采用不同制冷劑時(shí)蒸發(fā)器和冷凝器主要熱力性能，證明了所提出的模型及數(shù)值仿真算法的有效性和通用性。 針對(duì)目前普遍應(yīng)用的兩類(lèi)典型模糊規(guī)則模型存在的不足，提出了一種基于輸入空間熵聚類(lèi)及局部區(qū)域線性化的非線性系統(tǒng)模糊辨識(shí)方法，并用于制冷系統(tǒng)換熱器的在線建模。所提出的在線建模方法有效地綜合了競(jìng)爭(zhēng)算法的學(xué)習(xí)能力、模糊系統(tǒng)的推理能力以及遞推最小二乘法算法簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)，保證了系統(tǒng)模型辨識(shí)過(guò)程的快速

6、收斂能力和辨識(shí)結(jié)果的精確性。文中利用制冷系統(tǒng)蒸發(fā)器動(dòng)態(tài)過(guò)程仿真試驗(yàn)證實(shí)了所提出的模糊辨識(shí)模型的有效性，并討論了模糊規(guī)則輸入向量結(jié)構(gòu)及輸入空間聚類(lèi)狀態(tài)對(duì)制冷系統(tǒng)換熱器動(dòng)態(tài)過(guò)程模糊辨識(shí)結(jié)果的影響。 研究表明，當(dāng)制冷系統(tǒng)換熱器的運(yùn)行工況發(fā)生明顯變動(dòng)時(shí)，所建立的模糊規(guī)則模型及辨識(shí)方法表現(xiàn)出了十分理想的在線跟蹤能力和在線建模精度；利用所建立的模糊辨識(shí)模型進(jìn)行制冷系統(tǒng)換熱器動(dòng)態(tài)過(guò)程在線建模，一般只需要相對(duì)較少的模糊規(guī)則就能夠獲得比較理想的辨