制冷空调系统仿真原理与技术

第1章 概论

1.1制冷系统仿真技术研究的意义

1.2制冷系统仿真模拟技术的研究现状评述

1.2.1 面向制冷系统匹配设计的稳态仿真技术

1.2.2面向制冷系统控制设计的动态仿真技术

1.2.3面向大系统设计与控制的综合仿真技术

1.2.4从仿真模拟到现代产品设计方法学

1.3本书的内容安排

第2章计算方法基础

2.1 单变量非线性方程求解方法

2.1.1 两分法

2.1.2 牛顿法

2.1.3 割线法

2.1.4试值法

2.1.5反向二次插值法

2.1.6 Brent法

2.1.7单变量方程算法小结

2.2多变量非线性方程组求解方法

2.2.1 牛顿法

2.2.2 Broyden法

2.3插值与拟合

2.3.1线性插值

2.3.2双线性插值

2.3.3 曲线拟合的线性最小二乘法

第3章制冷剂和载冷荆的热物性计算

3.1制冷剂热物性简化计算

3.1.1 系统仿真对制冷剂热物性计算的要求

3.1.2 Cleland拟合模型

3.1.3隐式三次多项式拟合模型

3.1.4表格插值法

3.2湿空气热物性计算

3.2.1 湿空气的组成

3.2.2湿空气的热力性质

3.2.3湿空气的焓湿图

3.3载冷剂热物性计算

3.3.1 纯质液体的热物性计算

3.3.2溶液的热物性计算

第4章压缩机模式

4.1 系统仿真对压缩机模型的要求

4.2压缩机效率模型

4.3压缩机AHRI 10系数模型

4.4变容量压缩机模型

4.4.1 变频压缩机模型

4.4.2数码涡旋压缩机模型

4.4.3滑阀调节容量的螺杆压缩机模型

4.5带经济器的压缩机模型

4.6离心压缩机模型

4.6.1 单级离心压缩机性能的半经验模型

4.6.2离心压缩机的经验模型

第5章节流元件模型

5.1 节流元件

5.1.1节流元件类型

5.1.2 系统仿真对节流元件模型的要求

5.2毛细管和短管模型

5.2.1 制冷剂在毛细管和短管内的流动特性

5.2.2均相流分布参数模型

5.2.3经验关联式模型

5.2.4毛细管近似积分模型

5.3孔板模型

5.4热力膨胀阀MOP模型

5.5电子膨胀阀模型

5.5.1 图表模型

5.5.2经验关联式模型

第6章冷凝器模式

6.1冷凝器四区模型

6.1.1 四区模型的定义

6.1.2微元模型

6.1.3 算法

6.2 考虑制冷剂管路排布的翅片管换热器分布参数模型

6.2.1 建模策略

6.2.2翅片管换热器模型与算法

6.3管壳式冷凝器模型

6.3.1 建模策略

6.3.2微元模型

6.3.3管壳式冷凝器模型与算法

6.4冷凝器模型常用实验关联式

6.4.1 水平管内单相流动换热与压降

6.4.2水平管内两相凝结换热与压降

6.4.3水平管束外两相凝结换热

6.4.4翅片管换热器空气侧换热与压降

第7章蒸发器模式

7.1蒸发器三区模型

7.1.1 三区模型的定义

7.1.2微元模型

7.1.3算法

7.2翅片管蒸发器分布参数模型

7.3满液式蒸发器模型

7.3.1 建模策略

7.3.2微元模型

7.3.3满液式蒸发器模型与算法

7.4蒸发器模型常用实验关联式

7.4.1 水平管内单相流动换热与压降

7.4.2水平管内两相沸腾换热与压降

7.4.3水平管束外两相沸腾换热

7.4.4翅片管换热器空气侧换热与压降

第8章辅助设备模式

8.1连接管模型

8.1.1 连接管对系统性能的影响

8.1.2连接管模型

8.2四通换向阀模型

8.2.1 四通换向阀对系统性能的影响

8.2.2 四通换向阀模型

8.3储液器和气液分离器模型

8.3.1 储液器对系统性能的影响

8.3.2储液器模型

8.3.3气液分离器对系统性能的影响

8.3.4气液分离器模型

8.4泵与风机模型

8.4.1 泵对系统性能的影响

8.4.2 泵模型

8.4.3风机对系统性能的影响

8.4.4风机模型

8.4.5风机定律

第9章制冷系统仿真

9.1系统循环分析

9.1.1 简单制冷/热泵循环

9.1.2带经济器的制冷/热泵循环

9.1.3跨临界制冷/热泵循环

9.2简单制冷/热泵系统的模型与算法

9.2.1 系统模型

9.2.2系统充注量模型

9.2.3系统算法

9.3模型标定

9.3.1 仿真误差与模型标定

9.3.2部件模型标定

9.3.3系统模型标定

9.4热泵型分体式空调器系统仿真与分析

9.4.1仿真对象

9.4.2实验验证

9.4.3系统特性的仿真分析

9.5螺杆冷水机组系统仿真与分析

9.5.1 仿真对象

9.5.2实验验证

9.5.3系统特性的仿真分析

第10章建筑空调系统仿真

10.1建筑空调系统模型

10.1.1 制冷剂回路模型

10.1.2冷冻水与冷却水回路模型

10.1.3空气处理过程与负荷模型

10.1.4机组与系统能效的定义

10.2建筑空调系统的仿真案例分析

10.2.1 空调箱独立新风系统案例

10.2.2冷却水回路优化案例

主要符号表

参考文献

中国是一个制冷大国，制冷空调装置产能居世界第一。但是，中国目前还不是一个制冷强国，国内制冷空调产品制造企业绝大多数还缺乏独立的先进的产品研发与设计能力。造成这种现象的一个重要原因是决定本行业技术能力的工程师培养体系还不健全。企业缺失系统培养专业工程师的意识，希望大学承担这部分责任，而大学的专业知识教育相对落后，且与企业脱节严重，短期的实践环节只是给学生一些感性认识，无法真正掌握并学以致用。

制冷系统仿真技术是制冷空调产品研发与设计的核心技术之一，在欧美企业中已经有50年左右的发展与应用历史，其仿真技术水平也远远超过同期的大学和研究机构研究水平。在国内外学术界，这方面的教材或学术著作还屈指可数。上海交通大学的研究人员在20世纪90年代末至2002年先后出版过与制冷系统仿真相关的三本专著（作者曾参与撰写），被相当多的国内高校相关专业选为教材，在企业中也拥有相当多的读者。但是从作者得到的反馈来看，主要存在两个问题：①内容不适合入门者学习；②模型与产品设计要求存在较大的距离。这一方面说明国内的高校和企业对制冷系统仿真技术的需求很高；另一方面也反映了目前仍缺少一本理论与实践结合得比较紧密的制冷空调系统仿真教材类书籍。

作者曾在上海交通大学从事制冷系统仿真技术研究和教学多年，此后又在全球最大的制冷空调设备生产企业美国开利公司（Carrier Corporation）主管仿真模拟核心技术研发部门，负责开利全球的仿真技术研发、应用与仿真软件的培训工作。对制冷系统仿真技术的研发与教学，积累了一定的经验。作者希望通过本书，可以帮助国内高校相关专业的学生和国内相关企业的工程师更好地进行制冷系统仿真技术的入门学习和实践。作者也希望看到国内相关企业通过仿真技术的合理应用与推广，真正建立起以仿真技术为核心的产品研发核心技术体系。

本书稿也凝聚了杨亮博士的大量心血和开利公司的大力支持。本书的出版还要感谢上海市教育委员会科研创新项目（11ZZ30）、中央高校基本科研业务费专项资金的资助。最后，本书完稿之际，恰逢同济大学建校105周年暨工程教育百年纪念、同济大学机械学院百年院庆，谨以此书表达祝贺及敬意！

由于编者水平有限，书中不足之处在所难免，希望广大读者批评指正。

张春路

2012年9月于同济大学Contents2100433B

《制冷空调系统仿真原理与技术》全面阐述了制冷系统稳态仿真技术的原理，包括制冷系统仿真技术概论、计算方法基础、制冷剂和载冷剂（包括湿空气）的热物性简化计算、压缩机模型、节流元件模型、冷凝器模型、蒸发器模型、辅助设备模型（包括泵与风机、连接管、四通换向阀、储液器和气液分离器等）、制冷系统模型、以及仿真技术在制冷空调系统中的应用。本书可以作为制冷、暖通专业的研究生教材，也可以作为相关企业的工程师培训资料。可供制冷空调相关研发人员参考使用，也可作为制冷、暖通专业研究生和本科生的选修课程教材。

本书首次系统介绍了作者团队所研发的制冷空调系统通用仿真软件GREATLAB仿真软件的原理、特点及应用。在详细介绍GREATLAB仿真软件的基本原理与使用方法的基础上，结合大量制冷空调系统仿真实例，包括各类家用及商业制冷、空调、热泵产品，阐述了基于仿真的制冷空调产品及系统的高效设计方法，对于提高制冷空调行业的产品设计水平将起到积极的推动作用。

第1章制冷空调系统仿真技术概述1

1.1制冷空调系统仿真工具1

1.2GREATLAB2

1.2.1基本构成与功能3

1.2.2部件模型库介绍3

1.2.3通用求解器7

1.2.4仿真精度7

1.3本书的内容安排7

第2章GREATLAB基本使用指南9

2.1GREATLAB的基本使用9

2.1.1用户图形界面9

2.1.2部件模型的基本特征10

2.2建立一个简单制冷系统模型14

2.3GREATLAB部件模型的应用20

2.3.1压缩机部件模型库20

2.3.2换热器部件模型库22

2.3.3节流控制元件模型库35

2.3.4制冷剂侧辅件模型库37

2.3.5空气部件模型库39

2.4制冷剂物性计算器41

2.5GREATTable41

第3章部件仿真软件介绍46

3.1CompLab压缩机数据建模工具46

3.1.1基本介绍46

3.1.2定速压缩机47

3.1.3变容量压缩机51

3.1.4中间补气型压缩机52

3.1.5离心压缩机54

3.2CoilLab翅片管换热器建模与仿真工具58

3.2.1基本介绍58

3.2.2冷凝器58

3.2.3蒸发器67

3.2.4水盘管70

3.2.5CoilLab的批量计算70

3.3MCHXLab微通道换热器建模与仿真工具71

3.4DXHXLab干式壳管换热器建模与仿真工具75

3.5STHXLab满液式壳管换热器建模与仿真工具84

3.5.1满液式壳管蒸发器84

3.5.2卧式壳管冷凝器92

3.6FFHXLab降膜式蒸发器建模与仿真工具93

3.7FanLab风机曲线建模工具96

第4章制冷/热泵系统的建模与仿真98

4.1风冷冷风单联机系统98

4.1.1家用分体空调98

4.1.2窗机107

4.1.3其他系统循环109

4.2多联机系统117

4.3风冷螺杆热泵机组124

4.3.1系统模型介绍124

4.3.2模型标定与精度131

4.3.3系统模型应用136

4.4水冷螺杆冷水机组140

4.4.1系统模型介绍140

4.4.2模型标定与精度145

4.4.3系统模型应用147

4.5水冷离心机组149

4.6轨道交通空调154

4.7热泵热水器161

4.8超市系统165

4.9一次、二次回风系统170

4.10温湿度独立控制系统175

第5章GREATLAB未来的发展184

5.1技术184

5.2服务184

参考文献185 2100433B

《普通高等教育"十二五"规划教材:电力系统仿真技术与实验》为普通高等教育“十二五”规划教材。全书共8章分为：电力系统仿真原理和电力系统数字仿真实验两部分。第1-4章为电力系统仿真原理部分，主要内容有：电力系统仿真基本概念、物理仿真技术、物理仿真实验、电力系统数字仿真技术和各元件数学模型；第5-8章为电力系统数字仿真实验，主要内容有：电磁暂态仿真实验、机电暂态仿真实验、中长期全过程仿真、机-网接口、电力系统数字仿真器RTDS、电力系统运行实验等。《普通高等教育"十二五"规划教材:电力系统仿真技术与实验》可选作高等院校电气工程相关专业的实验教学用书，也可供电力系统相关专业的技术人员参考。