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Flomaster做制冷空调系统仿真的方法和案例

2020-11-16 16:49

FloMASTER软件是西门子公司出品的一个工厂热力计算软件,其空调分析包是一个非常精确的空调系统解算程序,工程师可以按照实际系统快速建立空调系统仿真模型,并对模型进行性能参数研究和“what-if”想定分析:我们可 ...


FloMASTER软件是西门子公司出品的一个工厂热力计算软件,其空调分析包是一个非常精确的空调系统解算程序,工程师可以按照实际系统快速建立空调系统仿真模型,并对模型进行性能参数研究和“what-if”想定分析:


我们可以用FloMASTER软件用于做制冷系统的仿真,有以下的一些基本功能:


01、预测空调系统内的参数如压力、过冷/热度、流量、制冷量等

02、预测进入冷却空气的速度、温度及湿度、PPD/PMV

03、预测换热器换热量,压缩机功率及制冷系数COP

04、 稳态或瞬态分析,如压缩机定/变转速

05、 优化系统设计及零部件选型

06、优化空调系统电气控制

07、 评估空调系统性能



今天我们简单给大家介绍下Flomaster软件用来做制冷系统模拟的一个案例,仅介绍制冷系统四大件的一个模型的建立方法,后续我们将推出完整的一套课程,请记得关注我们(制冷百家网)哦;


第一步、系统建模:


打开 Flowmaster软件,加载相应的数据库文件并建立新文件, 从空调系统元件库(AC)中选择与下图相对应的元件,拖至网络分析界面, 按照工作原理依次连接起来,;形成如下图所示的系统仿真设计流程图,输入各个元件的参数值, 即完成了空调系统建模:



建模过程中最为关键的是各个元件单体参数值的输入, 其数值直接影响仿真计算的准确度。元件单体参数包括结构参数和特性参数, 而特性参数的确定必须通过建立各个元件单体试验模型并利用其性能试验数据获得;

比如:蒸发器和冷凝器的形状因子、 往复式压缩机的余隙系数和热力膨胀阀的开度系数等;


二、蒸发器形状因子的确认:


什么是形状因子??


Flowmaster软件在对蒸发器和冷凝器的仿真建模上引入了形状因子的概念,Flowmaster软件建立了 “理论” 上的蒸发器和冷凝器模型,通过形状因子来 “调试” 理论模型, 使其能完整和准确地模拟实际模型;一旦通过某一工况的性能试验数据确定的形状因子, 其理论模型就可以模拟任何工况下实际模型的行

为.

Flowmaster软件空调模块库里提供了形状因子优化程序(ACSOP):即通过给定的一组或几组蒸发器或冷凝器单体性能试验数据, 经过程序的优化计算可得到最佳的形状因子参数。


蒸发器形状因子的确定:


先建立蒸发器单体试验模型, 然后进入形状因子优化程序输入性能试验数据;设置相关优化参数, 运行优化程序, 经过 202次迭代计算收敛后,得到蒸发器通过性能试验数据优化后的形状因子:

单体试验模型如下图所示:



蒸发器单体模型参数如下图所示:



三、冷凝器形状因子的确认:


冷凝器形状因子的确定过程与蒸发器形状因子的确定过程基本相同,区别在于冷凝器形状因子中没有冷凝质量流量这一项,因为冷凝器内部是高温高压的制冷剂, 空气流过其金属表面时, 空气中的水分不可能在其金属表面发生凝结现象, 即冷凝器金属表面温度始终大于流过其表面的空气露点温度。因此, 在冷凝器单体试验模型参数和形状因子优化程序(ACSOP)输入参数中不会出现冷凝质量流量这一项。


冷凝器单体试验模型如下图所示:



单体模型参数如下图所示:



四、压缩机模型与余隙系数:


压缩机在 Flowmaster软件中被建模成沿制冷剂流动方向压增的元件。

压增值可以通过两种方式定义:

1)、激活控件直接定义;

2)、入口压力和压比。

压比可以通过两种方式获得:1)、由在不同压比值条件下的压缩机转速和容积效率性能试验曲线查到;2)、通过多变过程模型计算得到。

本文采用多变过程模型, 即将压缩机的压缩过程作为多变过程处理, 这种处理只适用于往复式压缩机。


压缩机单体模型参数包括进出口直径、 压缩机转速、 机械效率、 等熵效率和多变过程模型参数等;其中多变过程模型参数包括余隙系数和进出口压降建立压缩机单体试验模型,输入一个余隙系数初始值和单体模型其他参数值进行仿真分析计算,仿真结果与性能试验数据相比较,“调节” 余隙系数值, 直到两者在误差范围内相等即为所求, 其值为 0.091。


压缩机单体试验模型和单体模型参数分别如下图:





五、热力膨胀阀仿真模型:


系统建模仿真时需要输入热力膨胀阀的开度系数和静态过热度等参数。静态过热度在出厂前已设定, 开度系数可根据其在额定工况下性能试验数据,通过计算得到。



六、整体系统仿真:


系统各部件单体模型参数确定后, 对整个系统进行额定和高温两种试验工况的仿真模拟分析。


输入数据和仿真结果、实验结果数据如下:



01)、得到的压焓图:



其他参数的对比:





七、结论:


1)、利用 Flowmaster软件对车用空调系统进行了性能仿真, 仿真结果与试验对比具有较高的可信度, 为空调系统优化设计提供了理论依据, 缩短研发时间, 节约研发成本。


2)、Flowmaster软件是基于试验或试验数据的仿真软件, 从元件单体模型参数的获得到系统仿真分析都是基于试验数据得到的, 是个可信度较高的系统仿真软件, 为空调系统的设计提供了一种新的辅助设计和分析方法。


如果您想要下载这两个软件和全套课程,请登录我们的网站免费下载吧:


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