基于Simulink的刮片式流化冰制冰系统的动态仿真及性能优化

摘要

发展冰浆动态蓄能技术是缓解夏季酷暑电网负荷的负担以及降低我国建筑能耗的有效途径。壁面刮削式，作为冰浆制取的主要方式之一，能够稳定的制取冰浆而被广泛应用。目前，有关刮片式制冰机的研究除了需要进行实验研究外，还需要进行制冰系统的热力学理论分析；计算机仿真技术的高速发展为刮片式制冰机的理论研究提供了新的思路。
　　本文使用移动边界法建立了换热器的数学模型，模型兼顾了计算的效率和精度；同时，在模型中使用了两种边界圆滑的切换条件，考虑了出口两相时的非正常工况。并根据溶液结晶时的能量方程，建立了蓄冰筒的稳态模型。在模型的基础上，使用了矩阵方程来简化模型，并在 Simulink软件中建立系统各部件的模型。根据该仿真模型，可以很好的预测结晶器和蓄冰筒中溶液结晶的时间；并分析了系统的动态响应特性，结果表明：与压缩机转速阶跃变化相比，冷却水温度变化对系统各状态参数的影响较大，且响应时间更长。可为刮片式流化冰系统进一步的系统性能分析提供参考。
　　本文考虑了一些低温室效应制冷剂的使用，对制冷剂 R22、R134a、R32、R161和R1234yf在制冰系统中的应用进行了分析，得出：R134a和R1234yf的制冷量偏小，R32的临界温度低，R161所需的管程长，在制冰系统中应用时需要进行优化；并分析了溶液测参数对系统性能的影响，结果表明：适当减小初始溶液质量分数或适当提高溶液的流速可以提高系统的制冷量和制冰效率。
　　本文对制冰系统采用风冷冷凝器进行了分析，提出使用平行流微通道冷凝器。结果表明，原有系统可采用2个平行流冷凝器并联使用，其换热量能够满足制冰系统的运行条件；且保持系统其它参数不变的条件下，降低进风温度或提高进风风速，可提高系统的换热量，降低管内制冷剂的压降。

目录

声明

字母注释表

第一章 绪 论

1.1 课题研究背景

1.2 冰浆蓄能国内外现状研究

1.3 冰晶制取方法的研究

1.4 课题研究的内容和意义

1.5 本章小结

第二章 制冰系统数学模型的建立

2.1 冷凝器模型

2.2 冰晶器模型

2.3 系统其他部件系统模型

2.4 模型求解方法

2.5 本章小结

第三章 基于Simulink的流化冰系统的动态仿真

3.1 Simulink仿真过程

3.2 系统的动态仿真模型

3.3 仿真模型的检验

3.4 系统状态参数随时间的变化关系

3.5 系统动态响应特性分析

3.6 本章小结

第四章 制冷剂的替代和系统性能的优化

4.1 不同制冷剂系统性能的比较

4.2 溶液侧参数对系统性能的影响

4.3 溶液的制冰特性

4.4 本章小结

第五章 微通道冷凝器在流化冰系统中应用的可行性分析

5.1 平行流冷凝器的简介

5.2 建立平行流冷凝器的仿真模型

5.3 模型的求解

5.4 仿真结果及分析

5.5 本章小结

第六章 结论、创新点及今后的研究方向

6.1 主要结论

6.2 论文的创新点

6.3 今后的研究方向

参考文献

发表论文和参加科研情况说明

致谢