常见的单级循环制冷装置分析

　　近年来，螺杆冷水机组由于体积小、操作维护方便、运行平稳、使用寿命长，以及在部分负荷下能够保持较高效率等优点，得到越来越广泛的使用。这同时也为仿真研究提出了新的课题。在此背景下，本文建立了稳态仿真模型，以预测其在大范围结构参数和工况条件的性能。

　　机组系统构成常用的螺杆冷水机组主要有带经济器和不带经济器两类.不带经济器的螺杆冷水机组属*常见的单级循环制冷装置。对于带经济器的螺杆冷水机组，来自冷凝器中的制冷剂经电子膨胀阀至经济器中，上部产生的闪发性气体被压缩机从补气口吸入；下部的饱和液体经浮球阀进入蒸发器中制冷。压缩机不带经济器的压缩机制冷剂蒸汽通过压缩机的过程可简化为多变过程式中：p分别为进、出口的压力和温度；n为多变过程指数。

　　制冷剂通过压缩机进、出口的流量分别为式中：分别为容积效率、理论排量和进口比容。压缩机电功率为式中：H为进、出口焓；为压缩机效率。该子模型的输入参数为V、蒸发温度T和冷凝温度Tc.输出参数为H和W1.2.2带经济器的压缩机压缩机增设补气口后，压缩过程可分为：（1）一级内压缩过程。当制冷剂气体被封入基元容积后，内压缩过程开始。制冷剂在吸气口的流量为随着转子的旋转，封闭的基元容积达到补气口位置，一级内压缩过程结束。这时，基元容积内制冷剂的状态为式中：p为一级内压缩结束时的压力和温度；为一级内压缩容积比；为一级内压缩容积效率。

　　（2）补气过程。当经济器中的压力p时，来自经济器中的制冷剂蒸汽从压缩机补气口进入上述基元容积。定义相对补量为式中，q为制冷剂在补气口的质量流率。则假设补气过程为绝热增压、等容混合过程，则能平衡方程为式中：u分别为补气前、后制冷剂比内能；H为补气口比焓。

　　压力方程为式中：p为补气后的压力；为压力损失系数，与补气口大小和形状有关。

　　混合后的比容为（3）二级内压缩过程。混合后的制冷剂气体被压缩至排出条件：该子模型的输入参数为和c.输出参数为H和W1.3经济器经济器的能量平衡方程为式中：H为电子膨胀阀的进口焓；H分别为温度T所对应的饱和液体与气体的焓。

　　蒸发器的进口焓为1.4膨胀阀制冷剂流过膨胀阀的过程可看作等焓过程，制伏龙，等：螺杆冷水机组稳态仿真冷剂的质量流率为式中：C为膨胀阀特性常数（主要取决于节流口面为膨胀阀进口制冷剂密度；p为阀进出口压差，即冷凝压力与蒸发压力差值。

　　换热器对于所研究的对象，采用满液式蒸发器和水冷式冷凝器（壳侧为制冷剂）.对于蒸发器，制冷剂液位可将它分成蒸发区和过热区，采用两区模型描述，而冷凝器中则采用单区模型描述。对于每个换热区，能量平衡方程和传热方程为式中：下标R为c、evp和sh，分别代表冷凝器、蒸发区和过热区；in、out和w分别代表制冷剂、进口、出口和水（冷却水和冷媒水）；q和分别代表质量流率、比焓和比热容。K、F和T分别代表基于管外侧的总传热系数、名义传热面积和对数平均温差。

　　上述换热区基本模型中，目标参数只能有两个，它们属于每个换热区的进出口参数，这两个参数的选择应同时顾及系统仿真的目标和算法。冷凝器对于冷凝器模型，H和T作为目标参数，而q以及T作为输入参数。

　蒸发器（1）蒸发区。对于蒸发区模型，q和T作为目标参数，而H以及作为输入参数。在顺序模块方法中，当对其中一个模块进行计算时，认为其他模块或部件的状态参数已知。因此，对于蒸发区模型来说，被作为已知量看待的可通过蒸发器总的能量平衡方程求得：（2）过热区。对于过热区模型，H和T作为目标参数，q以及作为输入参数。值得指出的是，当系统仿真收敛时，分别由蒸发区模块和过热区模块计算的T将自动吻合。

　　在完成该模块的计算后，过热度由下式计算：系统仿真系统仿真策略如下：选择压缩机进口和补气口（对于带经济器机组）这两个位置，将制冷循环断开，则得到一假想的开环热力系统。当给定T（对于带经济器机组）、T以及时，仿真将从压缩机模块开始，并按照制冷剂的流向完成对各个模块进行计算（即SM方法），于是可以得到各模块相应的目标参数。另一方面，T以及T应该使系统满足能量平衡和质量平衡。4个嵌套的循环分别用来调整这4个参数（即SS方法）.在完成这些嵌套的循环之后，系统的状态也*终确定，则制冷量可按下式计算：而制冷系数为2模型验证用7种规格的螺杆冷水机组（A～G）实验数据验证了模型。这些机组由美国联合技术公司的下属公司在国内的合资企业所生产，其实验数据来自大量产品实验结果的平均值。机组的结构参数和运行条件，这些也是仿真的输入参数，其中B、D以及F为不带经济器螺杆冷水机组；机组C、E和G为带经济器螺杆冷水机组。仿真结果与实验数据.可以发现，前者与后者吻合得很好，相对误差在±10之内。

　　模型应用为分析经济器系统及补气口位置对机组性能的上海交通大学学报机组机组实验模型误差实验模型误差影响，作两部分计算：**部分，让从1.0开始，逐步增大，得到机组C、E以及G在不同下的预测性能；第二部分，假定机组C、E以及G被去掉了经济器和浮球阀，即变成了结构形式，得到机组不带经济器运行时的制冷量分别为Q和分别为5.08.然后将这两部分计算结果合在一起比较。

　　螺杆冷水机组在携带经济器后，制冷量得到明显提高.制冷量增大越多，*大增加量达到15，但压缩机电功率也将随的减小而增大；越大，COP越高，当大到一定程度，机组在带经济器运行时的COP高于其不带经济器时的值，如果过高，则中间压力达不到压缩机在完成一级内压缩后的压力，补气过程无法实现。

　　本文给出了用于预测带经济器螺杆冷水机组和不带经济器螺杆性能的稳态模型，其预测值与实验值的偏差在±10以内。利用这一验证后的模型发现，经济器系统可使机组的制冷量得到明显提高，但同时也会导致压缩机电功率的增加。