1、基于两相流体动力学仿真的多单元空调器 网络模型 摘要 多单元空调机（ MUACs）被广泛应用于轻型商用楼宇及由于其较高的热舒适性和节能住宅建筑。调查 MUACs 的瞬态特性，动态模拟模型的两相流体网络的框架被显影。状态空间形式用于系统和组件进行建模，并且该组件的子模型被嵌入在流体网络模型，该模型使得能够更新系统模型和元件的子模型独立。中的状态空间形式的模型中，微分，通过采取系数矩阵的逆矩阵得到的，然后将状态参数是通过整合与时间的微分计算。模拟输出与在压缩机转速的阶跃变化和电子膨胀阀开口的实验数据进行比较。比较表明，该模型可以捕捉 MUACs 高精度的动态特性。因此，它可以用来作为分析的瞬态性能
2、和优化 MUACs 的控制算法的有效工具。 动态模型，开发了多单元空调器 （ MUAC）。该模型是建立在两相流体网络对于不同的 MUACs。状态空间法模型是专为蒸发器，冷凝器和 MUACs。该组件的子模型嵌入轻松地更新流体网络模型。该模型可以捕获 MUACs 以高精确度的动态特性。 关键词 ： 制冷 ;多联式空调 ;VRF ;两相流体网络 ;造型 ;瞬态行为。 1 引言 一种多单元的空调机（ MUAC）是一个系统，可以分发的冷却 /加热容量，以不同的空间，它由许多室内单元（ IDU）和至少一个室外单元（ ODU）。每个IDU 可根据温度和安装它的空间的冷却 /加热负载操作，而 ODU 可以提供
3、冷却 /加热能力，以适应所有的注射用药的总制冷 /制热负荷。具有较高的热舒适性和较低的能量消耗与传统的空气调节器，多单元的空调机与变容量压缩机和电子膨基于两相流体动力学仿真的多单元空调器网络模型 胀阀（ EEV）被广泛应用于光商业建筑和住宅建筑相比 1,2。因此，对系统的性能分析研究 3-8和控制优化 9-11MUACs 已经变得越来越有吸引力的。 然而，制冷 /制热能力通过实地测量获得 MUACs 和能效比（ EER）的性能比他们的预期要低得多 12,13。这种差异，主要是由于两个原因，一个是管长度和注射吸毒者和室外单元之间的水头差，而另一种是控制策略和算法不能使系统在不同的工作条件和制冷
4、/制热负荷效率地运作。 在第一方面中， Hirao 14发现性能下降管长度和多单元空调器的头部的差别。与稳态仿真工具 15,16，并进行实地测量数据， Shi 17研究了管长度和头部差异的影响的性能，并就管长度和头部之间的区别优化的一些准则和室外单元16-18。 在第二方面中， Choi 19通过实验和稳态仿真研究了容量调节方法。 Lin 20-23的实验数据确定的动态模型和优化的多单元空调机的控制算法。然而，多单元空调是因为静脉吸毒者和室外单元之间的相互作用远远超过传统的空调系统只有一个 IDU 复杂 24-25。因此，实验数据和识别模型从典型的条件是非常有限的，以充分理解输入和输出参数之间
5、的瞬态特性和相互作用。从确定的模型获得的控制算法不能保持在最佳状态在不同条件下运行的多单元空调机，此外，它可能会导致一些异常操作，造成不仅能量消耗增加显著，而且能效比下降到仅 2.0 （ KWW -1），其中只有约 60的正常值 13-18。 因此，现在的当务之急是提供学习的瞬态特性和优化的控制算法，使多单元空调器具有较高的热舒适性和更低的能耗操作的有效工具。基于两相的流体网络的框架中，动态模拟模型的开发和验证，在本文的实验数据。 主要符号： A 平方米 a1 a9 压缩机质量流率的系数 b0 b5 数量的分支 C1 C9 压缩机输入功率系数 Cp 比热 (kJ kg-1 -1) Cv EEV
6、的流量系数 基于两相流体动力学仿真的多单元空调器网络模型 Di 内径 , (m) Do 外径 , (m) fc,fe 向量函数 F1 F3 特拉维斯细数 h 比焓 , (kJ kg-1) HI,N, HO,N, HI,B, HO,B 比焓向量 K1 k4 空气侧传热系数 m 制冷剂质量流率 , (kgs-1) m_ I;N,m_ O;N, m_ I;B, m_ O;B 质量流量的矢量 n0en2 节点的数目 Nu Nu数 P 压力（帕） Pc 冷凝压力（帕） Pe 蒸发压力（帕） PN, PI,B, PO,B 压力的矢量 S, SI, SO 发病率矩阵 T 温度 , (C) Ta 空气温度 ,
7、 (C) Tc 冷凝温度 , (C) Td 压缩机排放温度 , (C) Te 蒸发温度 , (C) Tr 制冷剂温度 , (C) Tsc 过冷度 , (C) Tsh 过热度 , (C) Tw 管壁温度 , (C) t 时间 , (s) u 速度 , (m s1) uc, ue 输入参数的矢量 va 风量 , (m3 h1) xc, xe 状态参数向量 x_ c, x_ e 状态参数的差别向量 z 长度尺寸 , (m) Ze, Zc 系数矩阵 传热系数 , (kW m1 C1) i 内传热系数 , (kW m1 C1) o 外传热系数 , (kW m1 C1) G 两相流体空隙率 r 密度 ,
8、(kg m3) ucp 压缩机频率 , (Hz) A, B, C, D 室内机 a 空气 acc 累加器 b0eb5 分支机构 c 聚光器 c1 冷凝器过热区 c2 冷凝器的两相区 c3 冷凝器的过冷区域 cf 冷凝器饱和液体 cg 冷凝器中的饱和气体 ci 冷凝器的入口 co 冷凝器的出口 cp 压缩机 dis 经销商 e 蒸发器 e1 蒸发器的两相区 e2 蒸发器的过热区 ef 蒸发器的饱和液体 基于两相流体动力学仿真的多单元空调器网络模型 eg 蒸发器中的饱和气体 ei 蒸发器的入口 eo 蒸发器的出口 f 饱和液体 g 饱和气体 i, 中心入口 n0en2 nodes o, O 外，出
9、口，室外机 r 制冷剂 v 电子膨胀阀 (EEV) 标 * 在压缩机额定条件 T 转置矩阵 2.多单元空气调节系统的两相流体网络模型 动态仿真模型已经被开发和应用，以协助对瞬态性能分析和控制算法传统空调器的设计研究，只有一个 IDU26,27,28。而在多单元空调器，注射毒品的数量的增加导致的静脉吸毒者和 ODU 之间的相互作用，这使得它非常难以设计和优化控制算法的系统结构和不确定性的复杂性。 Chen 等人 29提出了一种多联式空调与组件的黑箱方法模型的动态仿真模型。 Shah 等人 30开发了一种线性动态模型的多蒸发器系统，移动边界蒸发器和冷凝器的模型，以及单，双蒸发器系统的验证表明期望的
10、响应。然而，上述的模拟模型的基于物理学的模型，它仅用于特 定空调器在冷却模式下，难以将其应用到其它的工作模式和其它系统。在我们以前的工作 16,24，开发了多单元空调器的两相流体网络架构的稳态模型，该模型可以描述复杂系统的灵活性和多样性。因此，动态模拟模型的两相流体网络的框架旨意了这项研究。 2.1.两相流体网络模型 如图 1所示 ，有两种典型的多单元空调机中，（ a）平行型，以及（ b）连续型。在并联式多单元的空调器中，每个室内单元连接到 ODU 直接，并且每个室内单元的容量和管长是相似的，所以注射用药的数目是有限的，通常在 10和管长度不能很长。而在连续式多单元的空调器中，注射用药与 OD
11、U 通过共享主管基于两相流体动力学仿真的多单元空调器网络模型 相连，因此，它是很容易增加注射用药的数目和静脉吸毒者和 ODU 之间的距离和头部的差别。与两相流体网络模型中，多单元空调器可以在描述 图 2和 图 3，其显示了并列型和连续型的系统的模型，分别为。该组件表示为分支和组件的关节被表示为在流体网络，这是为了描述的复杂系统的许多元件和部件由关联矩阵的连接方式是可行的节点。如示于 图 2和 图 3，有 3个节点和第 6支路的并联型系统，而有 10个节点和 14个分支的连续型的系统。节点和顺序类型的系统中的分支数比的平行型系统大得多，因此入射矩阵的秩是显著增加。这两种类型的系统的主要区别是由管
12、道的连接方法引起的。在某些情况下，连接管不是很长，使得其影响可以忽略考虑与在相关的分 支的等效体积，热通量，并且压力损失小。通过这种手段，而连续型的系统也可以用在描述 图 2，为了简化。在论文中，压缩机的转速和 EEV 开口的影响进行了研究，并验证了流体网络模型是否能正常工作，或没有，所以并联型系统的简化模型采用和分析。管道的影响将在进一步的研究进行调查。 图 1 多单元空调器的原理图 基于两相流体动力学仿真的多单元空调器网络模型 图 2 多联式空调的平行型的将两相流体网络模型 图 3 连续式多单元空调机的两相流体网络模型 2.2 流体网络模型的关联矩阵 该节点分支关联矩阵通常用于描述节点和分
13、支的流体中的网络连接。用于多单元空调器在冷却模式下运行，如 图 所示。 2（ a）所示，它的节点分支关联矩阵是： 基于两相流体动力学仿真的多单元空调器网络模型 方程（ 1 ） 其中， B0-B5是枝条， N0-N2是节点，并 关联矩阵可分为入口关联矩阵和出口的关联矩阵。入口关联矩阵为：方程（ 2 ） 其中， 和出口的关联矩阵是：方程（ 3 ） 其中， 因此，方程（ 4 ） S = S 2.3 制冷剂状态的说明 基于两相流体动力学仿真的多单元空调器网络模型 与关联矩阵，质量流量，比焓，并分支和节点之间的制冷剂的压力可以表示为方程 （ 5） ， （ 6） ， （ 7） ， （ 8） ， （ 9）
14、和 （ 10） ： 其中， 是矩阵的转置， 是质量流量进入节点 是质量流量输出节点， 是质量流量成树枝， 是质量流量出来的分 支， 因此，物理连接和部件或分支的制冷剂参数通过在两相流体网络模型的关节或节点进行数值说明。以这种方式，该系统模型可以容易地改变由转动的关联矩阵来描述不同的多单元的空调机。元件的子模型的数值被嵌入到系统中的模型由分支的计算，和不同类型的子模型，可以采用和容易地更新，如集总参数子模型或分布参数的子模型。因此，该系统模型和部件的子模型可以独立地更新，这是该模型适用于不同的多单元空调器和用于不同的目的很方便，甚至控制算法模型，可以直接加入到模型中。 3.元件的数学模型 基于两
15、相流体动力学仿真的多单元空调器网络模型 优选地通过它的组件模型，并将其与二相流体网络的框架结合在一起而得到的动态模型为一个多单元的空调机。其主要构成包括蒸发器，冷凝器，压缩机，EEV。 3.1.蒸发器的动态模型 在蒸汽压缩循环中的蒸发器是在低压侧，通过该制冷剂获得热量从外部环境的热交换。用于建模简单起见，一个热交换器的典型横流设计开发通过考虑热质，传热面积，以形成一个等效的轴向管式热交换器，以及质量流量相等的实际蒸发器。在蒸发器的入口条件始终假定为两相的流体，并且当在蒸发器出口处的制冷剂为过热蒸气发生的最典型的操作条件。因此，简化的蒸发器 26,27,30,31,35,具有两个制冷剂的区域，即两相和过热的区域，如图 4所示。 用这种简化的概念，当蒸汽压缩循环改变两个不同的制冷剂的区域之间的界面移动。在单向管的轴向传导可以相比通过冷凝器表面的传热被忽略。此外，在蒸发器内的压力降也假定可以忽略不计，这使得动量守恒方程冗余。这将导致在蒸发器的建模显著简化。控制方程和建模过程的详细描述可以在我们以前的研究发现 35 。简化的蒸发器的建模可以由等式给出的非线性状态空间块表示被描述 （ 11） 35 ， 方程（ 11 ） 其中， 基于两相流体动力学仿真的多单元空调器网络模型 和 图 4 移动蒸发器的边界模型 的矩阵元素 总结于 表 1中 。
