压缩式制冷系统及各部件模型及系统算法

制冷系统仿真的重点和难点就是制冷系统各部件模型的建立及其系统仿真算法的研究，已有主要的研究集中于压缩式制冷系统，现在将研究状况介绍如下。
对于制冷系统及其部件的仿真，研究者们针对不同物理模型建立各种各样的数学模型，如集总参数模型、分区参数模型和分布参数模型等。
压缩机模型：压缩机为制冷剂的流动提供动力，该部件模型的计算决定了制冷剂流量的大小。在压缩机实际工作过程中，过热工质蒸汽流过吸排气阀均有压力损失， 在吸排气过程中工质与汽缸壁也存在热交换，而且换热也与壳体、电动机和润滑油的温度有关。制冷系统仿真中建立压缩机模型的目的是求出压缩机出口制冷剂的质 量流量和压缩机的输出功率，仿真只要求计算压缩机对系统性能和其它部件有影响的参数（如流量和功率），并实现各部件模型之间的耦合。为了在保证计算精度的 前提下尽量缩短仿真时间最终实现对系统的优化，必须对模型做大量的简化。吴业正等对双制冷循环电冰箱的压缩机开停过程建立了较完整的数学模型对压缩机的汽 缸、吸气腔、排气腔和运动气阀等结构部件在吸气、排气、膨胀或压缩过程分别建立了流量、质量和能量方程来求流量和功率。张华俊等以压缩机生产厂家提供的压 缩机性能曲线为依据，取系统运行区间足够多的点，用最小二乘法拟合出压缩机中制冷剂的质量流量和功率表达式。陈芝久等考虑汽缸与外界存在热交换情况采用集 总参数法建立压缩机的非稳态仿真模型。与以上不同且也最常用的模型是视压缩过程为多变过程或绝热过程，这种模型通用性强，但针对不同压缩机的容积效率和电 效率是通过大量试验数据回归成经验公式来求得。还要提到的是，丁国良等引入人工神经网络方法来改进压缩机模型，提出了传统理论模型和神经网络相结合的新型 压缩机热力计算模型，将传统计算模型中压缩机的容积效率和电效率以及其它诸多难以描述的因素归入神经网络部分，减轻对试验的要求，同时达到较高的计算精 度，这对模型的简化有重要的指导意义。节流部件模型：节流部件是制冷系统的压力调节机构，直接决定了系统的蒸发压力和冷凝压力。小型制冷系统中常用的节流 部件有热力膨胀阀、电子膨胀阀和毛细管等。热力膨胀阀常用于汽车空调。陈芝久等建立了对过热度做出响应和对流量调节过程的控制环节和流量环节的热力膨胀阀 数学模型。于兵等建立了汽车空调热力膨胀阀的 — 模型，采用SIMPLEST算法模拟了流过阀体的制冷剂的速度场和压力场。电子膨胀阀常用于变频空调。由于电子膨胀阀能使系统所提供的制冷量对负荷的变化 做出快速的反应，维持蒸发器出口制冷剂的过热度最佳，保证蒸发器的面积得到充分的利用，其具有节能舒适的特性，因而在变频空调器中得到越来越广泛的使用。 电子膨胀阀的节流结构与热力膨胀阀相同，二者在计算质量流量时的数学模型相同，其关键是流量系数的确定。
毛细管具有结构简单、价格低廉、无运动部件等优点，是小型制冷设备中最常用的节流部件。毛细管内制冷剂的流动特性较为复杂，尽管国内外有不少学者对其进行 了大量的研究，但有些理论（比如亚稳态区）尚待完善，所以一般都忽略亚稳态区对毛细管内制冷剂流动特性的影响。毛细管模型有绝热毛细管和非绝热毛细管两种 模型，一般都基于以下假设来建模：①忽略相间滑动，采用均相流模型；②管内是一维稳态连续流动；③毛细管内径一致，内壁粗糙度均匀。毛细管的入口有饱和液 体、过冷液体、过热蒸汽或气液两相这四种状态，所建立的模型必须能处理这任何一种状态。设有回气管的非绝热毛细管常用做冰箱的节流部件。彦启森和陈芝久分 别建立了非绝热毛细管的非线性模型，二者的不同之处在于后者考虑了毛细管与空气的热交换。阴建民等提出了冰箱毛细管的优化方法。邓湘华基于两相流压降算法 建立了非绝热毛细管模型。绝热毛细管常用做空调器的节流部件。陈芝久等基于热力学方程建立了绝热毛细管的分布参数模型，采用控制容积法建立了用于混合工质 的绝热毛细管模型。张小松等在建模时忽略进口压力损失，而何晓明则认为变频空调制冷系统从冷凝器出口到毛细管入口的制冷剂流动的压损不可忽略，可看作突缩 流动。此外，张华俊采用步进法建立了毛细管的模型，考虑了亚稳态区过热液体的存在[5]。