【HVAC】丁国良：制冷和空调设备设计用模拟工具的应用和发展

本文根据上海市制冷学会理事长丁国良教授在第八届亚洲制冷大会期间的演讲节选、翻译整理而成。

1 简介

1.1背景

多种类型的制冷和空调设备被广泛应用，耗费了大量的资源和能源。比如，房间空调器中15%是铜，用电高峰时期，消耗了城市中40%的电能。为了降低制冷空调设备所用能源和资源的消耗，需要一种更优化的设计方法。

1.2 两种设计方法

相对而言，仿真设计方法比传统设计方法更好。

2 制冷剂物性计算方法 

2.1 现有方法总结

2.2 隐式拟合法的基本思路

3 换热器热性能仿真

3.1 仿真目标——管翅式换热器

3.2 三种基本的模块通过组合来描述不同的管翅式换热器

3.3 仿真图形用户界面—— 选择仿真或者优化

3.4 仿真图形用户界面 ——选择进出口参数

3.5 仿真图形用户界面—— 输入毛细管参数

3.6仿真结果

3.7 仿真图形用户界面——运行优化

4 系统热性能仿真

4.1 多联机空调系统

相比房间空调系统，多联机空调系统有如下特点：

·更多的部件和管路

·管路中的制冷剂流路方向不确定

·涉及的部件是耦合的

4.2 目标和路径

4.3 软件运行

4.4应用案例

1）系统布局

2）模型验证——制冷模式

所提出的系统模型具有很好的精度，能预测制冷模式下系统的性能。

·仿真得到的制冷量与实验测试值的偏差小于1%

·仿真得到的EER与实验测试值的偏差小于3%

3）模型验证——制热模式

所提出的系统模型具有很好的精度，能预测制热模式下系统的性能。

·仿真得到的制冷量与实验测试值的偏差小于1%

·仿真得到的COP与实验测试值的偏差小于2%

5 湿工况仿真

5.1 背景

空调的蒸发器经常在湿工况下工作，肋片上的冷凝水会显著影响其性能；现有商用CFD软件不能模拟肋片表面水的凝结过程。

5.2 水凝结仿真结果

CFD 仿真结果——冷凝膜态分布

5.3 实验验证

1）涂层强化肋片的换热量和压降验证

2）验证结果

比较结果表明，仿真结果与实验数据吻合得很好，预测结果和实验数据之间的平均偏差均小于15%。

6 基于噪声仿真的降噪

6.1 肋片气动噪声的预测——计算区域

6.2 肋片气动噪声的预测——计算结果

一种分体室内机的气动噪声

通过优化导流环降低室外机的噪声

通过优化出风格栅降低室外机的噪声

7 结论

·一种制冷空调实用的仿真工具应该同时满足精准、方便、快速。

·仿真的制冷剂物性计算不仅要精准和快速，还要可逆和绝对稳定。隐式拟合法是一种适合的方法。

·图形理论为基础方法，是一种能方便描述换热器和整个制冷空调系统结构的方法。

·湿工况仿真是设计蒸发器肋片需要的，但目前没有商用软件可以提供。可以基于现有的CFD软件增加湿工况模块。

·仿真工具也可以用来设计低噪声的产品。

源自制冷空调换热器技术联盟微信号（CRAHETA）

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