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定義:
制冷系統(tǒng)仿真,通俗的講,就是將計算機系統(tǒng)仿真的方法運用于引入到制冷空調(diào)裝置的系統(tǒng)建模和特性研究中來。通過計算機模擬制冷系統(tǒng)的實際工作過程,用模擬實現(xiàn)系統(tǒng)各參數(shù)相耦合以及系統(tǒng)各部件相匹配,研究系統(tǒng)工作特性,從而改進或優(yōu)化制冷系統(tǒng)部件或設(shè)備。從而實現(xiàn)對制冷系統(tǒng)的性能校核,通過改變或者部件結(jié)構(gòu)實現(xiàn)系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計,并且為控制系統(tǒng)選用相應(yīng)的控制策略提供相應(yīng)的接口軟件和數(shù)據(jù)。zui大的預(yù)期目標(biāo)是實現(xiàn)替代傳統(tǒng)樣機實驗。
研究狀況:
作為一門應(yīng)用基礎(chǔ)性學(xué)科,系統(tǒng)仿真近年來發(fā)展迅速,已深入到運用科學(xué)技術(shù)得各個領(lǐng)域,顯示出了巨大的社會效益和經(jīng)濟效益,并將作為一種發(fā)現(xiàn)問題、研究問題、解決問題的基本手段發(fā)揮日益重要的作用。在制冷空調(diào)行業(yè)中,電冰箱、空調(diào)器等制冷裝置不僅與人們的日常生活密切相關(guān),而且也是影響國家在能源利用方面政策的主要因素之一。因此,性能優(yōu)良的制冷空調(diào)裝置不僅是普通百姓的需要,也是國家建設(shè)的需要。傳統(tǒng)的制冷空調(diào)產(chǎn)品設(shè)計中主要以來樣機的反復(fù)制作和調(diào)試,既增加開發(fā)費用,更談不上產(chǎn)品的性能優(yōu)化,不利于節(jié)能節(jié)材,成本高而且周期長。對于設(shè)備生產(chǎn)廠家而言,如何利用現(xiàn)代科學(xué)技術(shù),在較短的周期和較低的成本下,設(shè)計和生產(chǎn)出性能優(yōu)良的制冷空調(diào)裝置,近十年來一直是空調(diào)制冷領(lǐng)域研究的重點和熱點,并日益受到研究者和產(chǎn)品制造商的重視。
通過制冷空調(diào)裝置的計算機仿真與優(yōu)化技術(shù)的應(yīng)用,可以在計算機上面實現(xiàn)產(chǎn)品的優(yōu)化設(shè)計,而不再依賴于大量的樣機試驗?;蛘撸瑉ui低程度上可以減少樣機試驗的盲目性,使試驗更加具有針對性和方向性。另外,90年代以來,由于節(jié)能節(jié)材及CFCs替代問題的緊迫性,需要設(shè)計和優(yōu)化大量采用新的環(huán)保型制冷工質(zhì)的制冷空調(diào)裝置,這一方面從客觀條件上為制冷空調(diào)裝置性能預(yù)測研究提供了豐富的研究對象,但另一方面,由于對新工質(zhì)特性認(rèn)識的普遍匱乏,在已有裝置設(shè)計過程中積累起來的經(jīng)驗對選用新工質(zhì)后的裝置往往不再適用,經(jīng)驗和試驗設(shè)計法的缺陷更加明顯,因此對理論預(yù)測提出了更高的要求。這也增加了系統(tǒng)仿真的實際需求。
制冷系統(tǒng)仿真由于其具有節(jié)省試驗費用、縮短產(chǎn)品開發(fā)期、降低成本以及節(jié)材節(jié)能等優(yōu)點,已引起人們相當(dāng)?shù)刂匾?。挪威、德國、加拿大、美國和日本等國在上世紀(jì)七十年代以前就開始投入大量的研究工作,其研究成果早已投入實際應(yīng)用,比如開發(fā)出的PUREZ軟件。中國在這方面研究工作起步較晚,但經(jīng)過二十年的迅速發(fā)展,理論研究已日趨成熟,并初步開始走向應(yīng)用領(lǐng)域。我國制冷系統(tǒng)仿真研究經(jīng)歷了兩個階段。自從陳芝久教授在國內(nèi)提出“制冷系統(tǒng)熱動力學(xué)”的觀點以來,有不少研究者投身于制冷系統(tǒng)仿真的研究,并且取得大量研究成果,這是*階段;第二階段是丁國良等提出智能仿真觀點來解決傳統(tǒng)的數(shù)值仿真中的收斂速度和精度問題,但除了對空調(diào)器的仿真有一定的研究外,其它很少見到。上海交通大學(xué)、清華、西安交通等單位先后推出了窗式空調(diào)、分體空調(diào)以及變頻空調(diào)的仿真與優(yōu)化設(shè)計軟件,對變頻空調(diào)系統(tǒng)進行研究,并通過仿真的方法研究對采用電子膨脹閥與毛細管作為節(jié)流裝置的系統(tǒng)進行了研究與優(yōu)化設(shè)計,取得了很好的效果。
已有的制冷系統(tǒng)仿真,較多的研究對象為小型制冷系統(tǒng),如房間空調(diào)器、冰箱及汽車空調(diào)等。自20世紀(jì)60年代開始的計算機仿真模型在房間空調(diào)器系統(tǒng)中得到應(yīng)用以來,有關(guān)房間空調(diào)器系統(tǒng)及部件的仿真模擬得到了越來越深入的研究。房間空調(diào)器模擬的目的之一是對現(xiàn)有的房間空調(diào)器系統(tǒng)的性能進行校核,其次是通過改變系統(tǒng)或部件的結(jié)構(gòu)實現(xiàn)系統(tǒng)的*化設(shè)計,同時為控制系統(tǒng)提供被控軟件。仿真模擬的zui終目的是期望zui大限度地代替實驗。清華、上海交通、西安交通等單位先后推出了窗式空調(diào)、分體空調(diào)以及變頻空調(diào)的仿真與優(yōu)化設(shè)計軟件,對變頻空調(diào)系統(tǒng)進行研究,并通過仿真的方法研究對采用電子膨脹閥與毛細管作為節(jié)流裝置的系統(tǒng)進行了研究與優(yōu)化設(shè)計,取得了很好的效果。另外,汽車空調(diào)器和電冰箱的制冷系統(tǒng)仿真也取得了不錯的研究成果。