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通过软件建模了解工业制冷机
来源: | 作者:dannaisi | 发布时间: 2020-05-13 | 1345 次浏览 | 分享到:
冰箱是日常生活中不可或缺的一部分，如果没有冰箱，几乎无法想象我们的一天。 在我们的日常生活中，制冷设备还广泛用于工业目的
冰箱是日常生活中不可或缺的一部分，如果没有冰箱，几乎无法想象我们的一天。 在我们的日常生活中，制冷设备还广泛用于工业目的，不仅用作固定设备，还用于长距离运输冷货物。 在此博客中，我们将重点介绍这种工业制冷设备的仿真和建模。

（图1工业制冷机）

像任何固定式制冷机组一样，用于冷却运输的机组包括中间热交换器，泵，蒸发器，压缩机，冷凝器和节流阀。在工业制冷循环中，最常见的制冷方案使用三种热流体。有水，用于从制冷剂R134A和55％的丙二醇中除热。这些其他流体用作冰箱室和制冷剂回路之间的中间流体。所有冰箱系统的工作原理均基于图1所示的冰箱循环过程中发生的相变过程。丙二醇从热交换器泵入蒸发器，在其中进行冷却并将热量传递给制冷剂。在蒸发器中，制冷剂在传热过程中沸腾和气化，并从冰箱中吸收热量。气态制冷剂由于压缩机的工作而进入冷凝器，在那里其相变发生为液态，并重复循环。

模拟过程
在运输过程中将冷产品保持在适当的温度对许多行业都至关重要。冷却系统运行得越好，可以安全地保存更长的产品而不会降低质量。保持制冷单元在功能上尽可能小也很重要。使用先进的方法估算制冷设备的参数使我们能够更准确地设计将产品保持在适当温度下的设备。工业制冷的正确设计包括以下几个阶段：


–热方案循环建模。在此阶段，将考虑和评估压力水平，流量和热容量。
–方案要素的初步计算。此阶段假设使用平均参数进行HEX初步设计计算，例如所有热交换器平均的传热系数，温度，压力等。
–完善的方案的热力和水力计算。在此阶段，将传输网络中所有十六进制和热量增量的精确离散计算与新获得的结果进行比较。如果需要，还可以澄清几何参数。
–已开发方案的非设计分析（包括瞬态操作）。在此阶段，将对带有中间冷却剂的广泛液压网络的瞬态分析参数进行估算。­­


对于图1所示的示例，我们在0D热力学软件AxCYCLE™中估算了冰箱的数值。 HEX的设计由平均参数创建。输入此信息，可获得以下十六进制值：


–出于技术和经济考虑，选择了具有12个通道的壳体布局和具有3个管的管式热交换器；
–制冷剂流进入蒸发器和冷凝器的壳侧；
–管子从外面有肋；
–冷凝器总长度为6 m；
–蒸发器总长为4 m；
–冷凝器包含充当制冷剂减温器的部件和充当冷凝器的部件。

如图2所示，热流网络软件AxSTREAM NET™提供了工业冰箱的精确离散计算。在应用程序中，存在不同的建模级别。通过使用方案模拟的间隔方法提供的精确方法允许用户自动确定设施中的冷凝和蒸发过程，并提供对成功设计至关重要的精确传热模型。
为了获得冷凝器中的相变过程，必须对冰箱进行详细的仿真。 如图3所示，相变的开始以传热系数的急剧变化为标志，这是一个关键数据点，可以在AxSTREAM NET™的前两部分轻松看到。 这是冷凝过程开始的地方。 跟踪此关键过程有助于避免任何制冷设备设计中的错误。 对于长距离运输冷却物品的设备尤其如此。

应该注意的是，诸如AxSTREAM NET™之类的热流体网络软件不仅在估算网络中的水力阻力方面，而且在模拟热过程中也提供准确的值。这种方法可以评估制冷剂和丙二醇，以选择合适的泵和压缩机。根据液压分析的主要参数（例如流量和压力分布）自动选择泵和压缩机的特性。这种方法提供了非设计方案的准确计算。


基于平均值的计算与AxSTREAM NET™仿真的比较
对冰箱性能的分析表明，在制冷剂冷凝和蒸发过程中，传热系数很大程度上取决于壁温。因此，需要特别谨慎地估计这些过程。如今，使用基于平均值的计算模拟无法提供足够的计算精度。如图4所示，与使用AxSTREAM NET™计算的离散化方案相比，平均计算模型提供了多个误差。


当考虑将AxSTREAM NET™的更新计算用于热交换器的重新设计时，可以获得更准确的几何参数：


–冷凝器管道长度为5 m（之前为0.6 m，相差24.1％）；
–蒸发器为5 m（v为1.4 m，相差2.8％）；
–空气丙二醇HEX为5 m（vs。7 m，相差3.7％）


如我们的分析所示，使用AxSTREAM NET™可以准确估算HEX表面的热负荷，这使得设计具有较小表面裕度的热交换器成为可能。然后，可以将创建的AxSTREAM NET™方案用于此（和其他）制冷机系统的非设计建模，包括进行瞬态操作。该模型可用于分析在不同条件下系统的可靠性，例如：确定在装载舱室时冰箱所需的电量；防止冷凝水排入压缩机，同时降低蒸发器容量；并更改冷却水参数等。
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