VRV空调系统特性与控制策略研究II：压缩机-冷凝器联合调节特性与控制策略

摘要：通过对影响VRV空调系统压缩机-冷凝器模块流量和换热量的压缩机频率、室外空气温度、冷凝温度、冷凝器风量、压缩机吸气压力与吸气过热度的 模拟分析，得出了不同参数对系统的影响和调节特性，提出了压缩机频率控制冷剂流量，室外机风量控过冷度的新的控制原理和方法，这种方法更适合于VRV空调 系统。

符号
f*----压缩机的零频率，因压缩机而异
α、β----常数，且α＜1，β＞1
υ、υ0----在特定的吸气温度、实际吸气温度下的比容
Fυ----容积效率修正系数
h0、△h----在特定、实际吸气温度下等熵压缩至排气压力时的焓增
ρH----断面上制冷剂的均相平均密度
hH-----断面上制冷剂的均相平均焓
ai、bi、ci、ci----常数
θ----液面与管道轴心之间所形成的夹角
其它符号同本文（一）
1. 引言
在本文（一）的基础上，通过分析VRV空调系统在制冷模式下压缩机频率、室外温度、室外机风量、蒸发温度、冷凝温度等对室外冷凝器换热的影响，得出了室外 机的调节特性，从而归纳出了制冷模式下对室外机机更合理的控制策略――压缩机频率控制制冷剂流量，室外机风量控制过冷度。 　　
2. 仿真模型
2.1 变频压缩机
定速压缩机的建模至今已研究得较为充分，现在普遍采用图形法和效率法。本文针对VRV系统中使用最为广泛的旋转活塞式变频压缩机建立了图形法仿真模型[1]。
制冷剂流量：

输入功率：

出口温度：

2.2 冷凝管路和冷凝器 　　
2.2.1 管内两相制冷剂稳态模型
制冷剂凝结换热主要在冷凝器内进行，但小负荷制热运行时，由于压缩机排气温度较低及管路的绝热效果不理想，制冷剂蒸汽在压缩机至室内冷凝器之间的高压气体 管中也可能出现凝结现象。根据管内流速不同，制冷剂在管内两相区的流动可能存在三种流型，即雾状流、环状流和波状流。其流型的划分可根据韦伯数We和傅鲁 德数Fr来判定［2］。
雾状流：We≥40及Fr≥7
环状流：We＜40及Fr≥7
波状流：Fr＜7
对于压缩机至室内冷凝器之间的竖直管段，不存在波状流流型，波状流将存在于雾状流之后，环状流将靠近冷凝管的末端。根据以上准则，对可能出现的三种流型分别给予建模。
(1) 环状流
能量守恒方程：

质量守恒方程：

动量守恒方程：

式中　Ρtp=αρv+(1-α) ρl ，为两相流体的密度。界面关系方程：
(2) 雾状流
假定在雾状流中气、液两相流速相等，即uv=u1=u,文献[2]指出对于雾状流可用均相模型来建模。
质量守恒方程：

动量守恒方程：
　　　　　(9)
能量守恒方程：
　　　　　　　　　(10)
(3) 波状流
由于策略的影响，气体和液体出现分层，分别在水平管咱的顶部和底部流动。因气体剪切力的影响，与气相接触的液
体表面呈波状流动。波状流的质量与能量守恒方程与环状流相同。
动量守恒方程：
　　(11)
式中　α-空隙率，
界面关系方程：
(12)
以上是冷凝管路三种流型的封闭方程，用流型判断准则确定管内流型后，选取相应的方程组进行模拟求解。
2.2.2 管内单相制冷剂稳态模型
对管内过热气体和过冷液体单相流动建模之前作如下的假设：
(1) 制冷剂流动为一维流动；
(2) 在管路流动断面上是物性均一的介质；
(3) 物性仅在流动方向上发生变化。
质量守恒方程：

动量守恒方程：

能量守恒方程：

2.2.3 空气侧换热模型
由于冷凝管、高压液体管及保温管外侧不存在湿交换，故只列出能量守恒即可。
能量守恒方程：

3.调节特性
3.1 压缩机频率-流量特性

当空调系统制冷剂过热度Tsu＝5℃，冷凝温度Tc＝50℃时，制冷剂流量Gr与压缩机频率Fr、蒸发温度Tc的关系曲线