制冷系统节流机构流量特性及系统稳定性研究

摘要

本文搭建了基于液环法的节流机构流量特性测试试验台，对电子膨胀阀的制冷剂质量流量特性进行了试验研究；以电子膨胀阀组成的制冷系统为研究对象，采用理论和实验相结合的方法，分析制冷装置的动态特性，并进行制冷系统稳定性研究，主要内容包括以下几个方面： (1)电子膨胀阀流量特性试验及影响因素分析采用不同制冷剂(R22、R407C和R410A)，对不同结构电子膨胀阀进行了不同工况条件、制冷剂热物理学性质条件下的质量流量试验，获得了大量有价值的实验数据，对流量系数相关因素进行分析，确定了主要影响参数为：流通面积、径向间隙、进出口压差、过冷度、阀后比容、阀前密度； (2)流量系数关联式的确立在已获得的大量实验数据基础上，基于LM(Levenberg-Marquardt)方法训练神经网络，进行流量系数神经网络关联模型研究，对神经网络模型训练中的若干关键问题进行了研究，结合量纲转换对数据预处理方法进行了改进，得到了可应用于制冷剂质量流量预测的神经网络关联模型；将逐步回归方法和逐级回归法有机结合，提出了一种新颖的非线性模型建立方法，并应用于流量系数关联式非线性建模过程，基于铂金汉原理和最小二乘原理对流量系数的相关因素进行量纲分析，获得了误差较小的非线性模型，并进行了模型验证和不确定性分析；与D.D.Wile关联式预测效果进行了对比，验证了本文关联式的有效性。 (3)阀头线型设计通用模型结合实际制冷空调系统特性，对阀头线型设计进行了分析，建立了通用几何模型，量化分析阀头线型与流通面积的变化规律；结合制冷剂质量流量系数关联式，对特定工况条件下线性流量特性电子膨胀阀进行了阀头线型设计，并进行实验验证，结果表明本文的设计方法完全可以满足工程的需要。 (4)蒸汽压缩式制冷装置多变量控制特性的研究从制冷系统的特性出发，利用本文获得的电子膨胀阀流量系数关联式，建立了自动控制用多输入多输出数学模型，采用集总参数法和移动相界面法建立了蒸发器、冷凝器、电子膨胀阀、压缩机各部件的动态模型，并进行了线性化和降阶处理，将实验结果和仿真结果进行比较，验证了该数学模型的正确性，通过系统特性分析指出应采用多输入多输出的控制策略实现系统的自动控制，利用4阶线性模型，分析了稳态工况点的变化对系统稳定性的影响，确定了系统的不稳定区域，得到了最小稳定过热度曲线，为蒸汽压缩式制冷装置的自适应控制研究提供了基础。 (5)蒸发器供液回路稳定性分析基于最小稳定过热度理论，将蒸发器过热度对膨胀阀的开度表示成非线性环节，并用描述函数法分析蒸发器供液回路的稳定性。指出PI参数和过热度设定值对稳定性的影响，证明了如果PI参数选择不当会产生稳定的极限环(即Hunting现象)。

目录

文摘

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第一章绪论

第二章流量特性试验台的研制

第三章电子膨胀阀流量特性试验研究

3.1引 言

3.2氮气流量试验

3.3制冷剂试验

3.4电子膨胀阀制冷剂流量系数关联式研究

3.5不确定性分析

3.6关联式对比分析

3.7本章小结

第四章节流阀阀头线型分析与设计

第五章控制用制冷系统数学模型

第六章蒸发器供液系统稳定性研究

第七章总结与展望

创新点

参考文献

致谢

攻读博士学位期间的研究成果及发表的学术论文

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