一种基于特征识别的空调系统仿真模拟方法与流程

文档序号:12122494阅读:来源:国知局

技术特征:

1.一种基于特征识别的空调系统仿真模拟方法,其特征在于,该方法包括以下步骤:

(1)根据既有空调系统的实测运行数据,采用最小二乘法分别求解得到以下几种模型的模型参数:空调系统中冷水机组性能预测模型、表冷器性能预测模型、冷却塔性能预测模型、水泵模型、流体输配管路阻力模型,将所求得的模型参数作为表征各部件结构特性的特征参数;

(2)按照所仿真模拟空调系统的实际连接关系,将所述空调系统中冷水机组性能预测模型、表冷器性能预测模型、冷却塔性能预测模型、水泵模型、流体输配管路阻力模型进行模拟连接;

(3)设定以下系统运行指标:冷水机组蒸发温度、冷水机组冷凝温度、表冷器进口冷冻水温和冷却塔进口冷却水温,将所述系统运行指标与模拟工况参数一并输入已在所述步骤(1)中确定了特征参数的各模型,计算得到空调系统各运行状态参数。

2.根据权利要求1所述的一种基于特征识别的空调系统仿真模拟方法,其特征在于,所述步骤(1)中,冷水机组性能预测模型包括蒸发器模型、冷凝器模型、压缩机模型和节流阀模型:

a.所述蒸发器模型在变水量工况下为:

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Qe=mw,ecp,w(twi,e-two,e)=mr(heo-hei) (3)

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所述蒸发器模型在变水温工况下为:

<mrow> <msub> <mi>Q</mi> <mrow> <mi>e</mi> <mn>1</mn> </mrow> </msub> <mo>=</mo> <mfrac> <mrow> <msub> <mi>&Delta;t</mi> <mrow> <mi>e</mi> <mn>1</mn> </mrow> </msub> </mrow> <mrow> <msub> <msup> <mi>B</mi> <mo>*</mo> </msup> <mrow> <mn>1</mn> <mo>,</mo> <mi>e</mi> </mrow> </msub> <msup> <msub> <mi>m</mi> <mi>r</mi> </msub> <mrow> <mo>-</mo> <msub> <mi>y</mi> <mn>1</mn> </msub> </mrow> </msup> <mo>+</mo> <msub> <msup> <mi>C</mi> <mo>*</mo> </msup> <mi>e</mi> </msub> </mrow> </mfrac> <mo>-</mo> <mo>-</mo> <mo>-</mo> <mrow> <mo>(</mo> <mn>6</mn> <mo>)</mo> </mrow> </mrow>

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Qe=mw,ecp,w(twi,e-two,e)=mr(heo-hei) (8)

<mrow> <msub> <mi>&Delta;t</mi> <mrow> <mi>e</mi> <mn>1</mn> </mrow> </msub> <mo>=</mo> <mfrac> <mrow> <mo>(</mo> <msub> <mi>t</mi> <mrow> <mi>w</mi> <mn>1</mn> <mo>,</mo> <mi>e</mi> </mrow> </msub> <mo>-</mo> <msub> <mi>t</mi> <mrow> <mi>w</mi> <mi>o</mi> <mo>,</mo> <mi>e</mi> </mrow> </msub> <mo>)</mo> </mrow> <mrow> <mi>l</mi> <mi>n</mi> <mrow> <mo>(</mo> <msub> <mi>t</mi> <mrow> <mi>w</mi> <mn>1</mn> <mo>,</mo> <mi>e</mi> </mrow> </msub> <mo>-</mo> <msub> <mi>t</mi> <mi>e</mi> </msub> <mo>)</mo> </mrow> <mo>-</mo> <mi>ln</mi> <mrow> <mo>(</mo> <msub> <mi>t</mi> <mrow> <mi>w</mi> <mi>o</mi> <mo>,</mo> <mi>e</mi> </mrow> </msub> <mo>-</mo> <msub> <mi>t</mi> <mi>e</mi> </msub> <mo>)</mo> </mrow> </mrow> </mfrac> <mo>-</mo> <mo>-</mo> <mo>-</mo> <mrow> <mo>(</mo> <mn>9</mn> <mo>)</mo> </mrow> </mrow>

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式中,Qe1、Δte1分别为两相区的换热量和换热温差;Qe2、Δte2分别为过热区的换热量和换热温差;mw,e为冷冻水流量;cp,w为水的比热;mr为制冷剂流量;Ae为与蒸发器结构和污垢热阻有关的模型参数;x1为根据不同结构形式蒸发器的水侧换热系数经验公式得到的常系数;B1,e为与蒸发器结构和污垢热阻有关的模型参数;y1为根据不同结构形式蒸发器的制冷剂侧换热系数经验公式得到的常系数;Ce为与蒸发器结构和污垢热阻有关的模型参数;B2,e为与蒸发器结构和污垢热阻有关的模型参数;y2为根据不同结构形式蒸发器的制冷剂侧换热系数经验公式得到的常系数;Qe为蒸发器总换热量;twi,e,two,e分别为冷冻水进口温度和出口温度;tw1,e为两相区冷冻水入口温度;hei,heo分别为蒸发器入口焓值和出口的焓值;te为冷水机组蒸发温度;teo为压缩机吸气温度,即蒸发器出口的制冷剂温度;

b.所述冷凝器模型在变水量工况下为:

Qc=mw,ccp,w(two,c-twi,c)=mr(hci-hco) (11)

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所述冷凝器模型在变水温工况下为:

Qc=mw,ccp,w(two,c-twi,c)=mr(hci-hco) (16)

<mrow> <msub> <mi>Q</mi> <mi>c</mi> </msub> <mo>=</mo> <mfrac> <mrow> <msub> <mi>&Delta;t</mi> <mrow> <mi>c</mi> <mn>1</mn> </mrow> </msub> </mrow> <mrow> <msub> <msup> <mi>B</mi> <mo>*</mo> </msup> <mrow> <mn>1</mn> <mo>,</mo> <mi>c</mi> </mrow> </msub> <msup> <msub> <mi>m</mi> <mi>r</mi> </msub> <mrow> <mo>-</mo> <msub> <mi>y</mi> <mn>3</mn> </msub> </mrow> </msup> <mo>+</mo> <msub> <msup> <mi>C</mi> <mo>*</mo> </msup> <mi>c</mi> </msub> </mrow> </mfrac> <mo>+</mo> <mfrac> <mrow> <msub> <mi>&Delta;t</mi> <mrow> <mi>c</mi> <mn>2</mn> </mrow> </msub> </mrow> <mrow> <msub> <msup> <mi>B</mi> <mo>*</mo> </msup> <mrow> <mn>2</mn> <mo>,</mo> <mi>c</mi> </mrow> </msub> <msup> <msub> <mi>m</mi> <mi>r</mi> </msub> <mrow> <mo>-</mo> <msub> <mi>y</mi> <mn>4</mn> </msub> </mrow> </msup> <mo>+</mo> <msub> <msup> <mi>C</mi> <mo>*</mo> </msup> <mi>c</mi> </msub> </mrow> </mfrac> <mo>+</mo> <mfrac> <mrow> <msub> <mi>&Delta;t</mi> <mrow> <mi>c</mi> <mn>3</mn> </mrow> </msub> </mrow> <mrow> <msub> <msup> <mi>B</mi> <mo>*</mo> </msup> <mrow> <mn>3</mn> <mo>,</mo> <mi>c</mi> </mrow> </msub> <msup> <msub> <mi>m</mi> <mi>r</mi> </msub> <mrow> <mo>-</mo> <msub> <mi>y</mi> <mn>5</mn> </msub> </mrow> </msup> <mo>+</mo> <msub> <msup> <mi>C</mi> <mo>*</mo> </msup> <mi>c</mi> </msub> </mrow> </mfrac> <mo>-</mo> <mo>-</mo> <mo>-</mo> <mrow> <mo>(</mo> <mn>17</mn> <mo>)</mo> </mrow> </mrow>

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<mrow> <msub> <mi>&Delta;t</mi> <mrow> <mi>c</mi> <mn>2</mn> </mrow> </msub> <mo>=</mo> <mfrac> <mrow> <mo>(</mo> <msub> <mi>t</mi> <mrow> <mi>w</mi> <mn>1</mn> <mo>,</mo> <mi>c</mi> </mrow> </msub> <mo>-</mo> <msub> <mi>t</mi> <mrow> <mi>w</mi> <mn>2</mn> <mo>,</mo> <mi>c</mi> </mrow> </msub> <mo>)</mo> </mrow> <mrow> <mi>l</mi> <mi>n</mi> <mo>&lsqb;</mo> <mrow> <mo>(</mo> <msub> <mi>t</mi> <mi>c</mi> </msub> <mo>-</mo> <msub> <mi>t</mi> <mrow> <mi>w</mi> <mn>2</mn> <mo>,</mo> <mi>c</mi> </mrow> </msub> <mo>)</mo> </mrow> <mo>/</mo> <mrow> <mo>(</mo> <msub> <mi>t</mi> <mi>c</mi> </msub> <mo>-</mo> <msub> <mi>t</mi> <mrow> <mi>w</mi> <mn>1</mn> <mo>,</mo> <mi>c</mi> </mrow> </msub> <mo>)</mo> </mrow> <mo>&rsqb;</mo> </mrow> </mfrac> <mo>-</mo> <mo>-</mo> <mo>-</mo> <mrow> <mo>(</mo> <mn>19</mn> <mo>)</mo> </mrow> </mrow>

<mrow> <msub> <mi>&Delta;t</mi> <mrow> <mi>c</mi> <mn>3</mn> </mrow> </msub> <mo>=</mo> <mfrac> <mrow> <mo>(</mo> <msub> <mi>t</mi> <mrow> <mi>c</mi> <mi>i</mi> </mrow> </msub> <mo>-</mo> <msub> <mi>t</mi> <mrow> <mi>w</mi> <mi>o</mi> <mo>,</mo> <mi>c</mi> </mrow> </msub> <mo>)</mo> <mo>-</mo> <mo>(</mo> <msub> <mi>t</mi> <mi>c</mi> </msub> <mo>-</mo> <msub> <mi>t</mi> <mrow> <mi>w</mi> <mn>2</mn> <mo>,</mo> <mi>c</mi> </mrow> </msub> <mo>)</mo> </mrow> <mrow> <mi>l</mi> <mi>n</mi> <mo>&lsqb;</mo> <mrow> <mo>(</mo> <msub> <mi>t</mi> <mrow> <mi>c</mi> <mi>i</mi> </mrow> </msub> <mo>-</mo> <msub> <mi>t</mi> <mrow> <mi>w</mi> <mi>o</mi> <mo>,</mo> <mi>c</mi> </mrow> </msub> <mo>)</mo> </mrow> <mo>/</mo> <mrow> <mo>(</mo> <msub> <mi>t</mi> <mi>c</mi> </msub> <mo>-</mo> <msub> <mi>t</mi> <mrow> <mi>w</mi> <mn>2</mn> <mo>,</mo> <mi>c</mi> </mrow> </msub> <mo>)</mo> </mrow> <mo>&rsqb;</mo> </mrow> </mfrac> <mo>-</mo> <mo>-</mo> <mo>-</mo> <mrow> <mo>(</mo> <mn>20</mn> <mo>)</mo> </mrow> </mrow>

式中,Qc为冷凝器换热量;mw,c为冷却水流量;twi,c,two,c分别为冷凝器的冷却水进口温度和出口温度;hci,hco分别为冷凝器入口焓值和出口的焓值;Δtc1,Δtc2,Δtc3分别为冷凝器过冷区、两相区和过热区的换热温差;Ac为需要确定的冷凝器模型参数;x2为根据不同结构形式冷凝器的水侧换热系数经验公式得到的常系数;B1,c为需要确定的冷凝器模型参数;y3为根据不同结构形式冷凝器的制冷剂侧换热系数经验公式得到的常系数;Cc为需要确定的冷凝器模型参数;B2,c为需要确定的冷凝器模型参数;y4为根据不同结构形式冷凝器的制冷剂侧换热系数经验公式得到的常系数;B3,c为需要确定的冷凝器模型参数;y5为根据不同结构形式冷凝器的制冷剂侧换热系数经验公式得到的常系数;tc为冷水机组冷凝温度;tco为制冷剂在冷凝器出口的温度;tw1,c,tw2,c分别为两相区冷却水进口温度和出口温度;tci为压缩机排气温度;

c.所述压缩机模型为:

<mrow> <msub> <mi>m</mi> <mi>r</mi> </msub> <mo>=</mo> <mi>&lambda;</mi> <mfrac> <msub> <mi>V</mi> <mrow> <mi>t</mi> <mi>h</mi> </mrow> </msub> <msub> <mi>v</mi> <mn>1</mn> </msub> </mfrac> <mo>-</mo> <mo>-</mo> <mo>-</mo> <mrow> <mo>(</mo> <mn>21</mn> <mo>)</mo> </mrow> </mrow>

Vth=ψVth0 (22)

<mrow> <msub> <mi>T</mi> <mrow> <mi>c</mi> <mi>i</mi> </mrow> </msub> <mo>=</mo> <msub> <mi>T</mi> <mrow> <mi>e</mi> <mi>o</mi> </mrow> </msub> <msup> <mrow> <mo>(</mo> <mfrac> <msub> <mi>p</mi> <mi>c</mi> </msub> <msub> <mi>p</mi> <mi>e</mi> </msub> </mfrac> <mo>)</mo> </mrow> <mrow> <mo>(</mo> <mi>k</mi> <mo>-</mo> <mn>1</mn> <mo>)</mo> <mo>/</mo> <mi>k</mi> </mrow> </msup> <mo>-</mo> <mo>-</mo> <mo>-</mo> <mrow> <mo>(</mo> <mn>23</mn> <mo>)</mo> </mrow> </mrow>

<mrow> <msub> <mi>P</mi> <mrow> <mi>t</mi> <mi>h</mi> </mrow> </msub> <mo>=</mo> <msub> <mi>&lambda;V</mi> <mrow> <mi>t</mi> <mi>h</mi> </mrow> </msub> <mfrac> <mrow> <msub> <mi>p</mi> <mi>e</mi> </msub> <mo>&CenterDot;</mo> <mi>k</mi> </mrow> <mrow> <mi>k</mi> <mo>-</mo> <mn>1</mn> </mrow> </mfrac> <mo>&lsqb;</mo> <msup> <mrow> <mo>(</mo> <mfrac> <msub> <mi>p</mi> <mi>c</mi> </msub> <msub> <mi>p</mi> <mi>e</mi> </msub> </mfrac> <mo>)</mo> </mrow> <mrow> <mo>(</mo> <mi>k</mi> <mo>-</mo> <mn>1</mn> <mo>)</mo> <mo>/</mo> <mi>k</mi> </mrow> </msup> <mo>-</mo> <mn>1</mn> <mo>&rsqb;</mo> <mo>-</mo> <mo>-</mo> <mo>-</mo> <mrow> <mo>(</mo> <mn>24</mn> <mo>)</mo> </mrow> </mrow>

<mrow> <msub> <mi>P</mi> <mrow> <mi>i</mi> <mi>n</mi> </mrow> </msub> <mo>=</mo> <mfrac> <msub> <mi>P</mi> <mrow> <mi>t</mi> <mi>h</mi> </mrow> </msub> <msub> <mi>&eta;</mi> <mi>e</mi> </msub> </mfrac> <mo>-</mo> <mo>-</mo> <mo>-</mo> <mrow> <mo>(</mo> <mn>25</mn> <mo>)</mo> </mrow> </mrow>

式中,mr为制冷剂的质量流量;λ为输气系数;Vth为压缩机理论输气量;v1为压缩机吸气比容;ψ为冷水机组负荷率;Vth0为压缩机额定工况下理论输气量;Teo为吸气温度;Tci为排气温度;pc为冷凝压力;pe为蒸发压力;k为压缩过程多变指数;Pth为压缩机理论功率;Pin为压缩机实际功率;ηe为压缩机的电能效率;

d.节流阀模型为:

hco=hei (26)

teo=te+△te (27)

tco=tc-△tc (28)

式中,hco为节流阀入口焓值;hei为节流阀出口焓值;Δte为过热度;Δtc为过冷度;

所述表冷器性能预测模型包括表冷器换热量模型、表冷器传热效能模型、表冷器接触系数模型、表冷器传热单元数模型、热容比模型、出风参数模型;

所述表冷器换热量模型为:

Qb=ma,b(hai,b-hao,b)=mw,bcp,w(two,b-twi,b) (29)

所述表冷器传热效能模型为:

<mrow> <msub> <mi>&epsiv;</mi> <mrow> <mn>1</mn> <mo>,</mo> <mi>b</mi> </mrow> </msub> <mo>=</mo> <mfrac> <mrow> <msub> <mi>t</mi> <mrow> <mi>g</mi> <mi>i</mi> <mo>,</mo> <mi>b</mi> </mrow> </msub> <mo>-</mo> <msub> <mi>t</mi> <mrow> <mi>g</mi> <mi>o</mi> <mo>,</mo> <mi>b</mi> </mrow> </msub> </mrow> <mrow> <msub> <mi>t</mi> <mrow> <mi>g</mi> <mi>i</mi> <mo>,</mo> <mi>b</mi> </mrow> </msub> <mo>-</mo> <msub> <mi>t</mi> <mrow> <mi>w</mi> <mi>i</mi> <mo>,</mo> <mi>b</mi> </mrow> </msub> </mrow> </mfrac> <mo>=</mo> <mfrac> <mrow> <mn>1</mn> <mo>-</mo> <msup> <mi>e</mi> <mrow> <mo>-</mo> <mi>N</mi> <mi>T</mi> <mi>U</mi> <mrow> <mo>(</mo> <mn>1</mn> <mo>-</mo> <mi>&gamma;</mi> <mo>)</mo> </mrow> </mrow> </msup> </mrow> <mrow> <mn>1</mn> <mo>-</mo> <msup> <mi>&gamma;e</mi> <mrow> <mo>-</mo> <mi>N</mi> <mi>T</mi> <mi>U</mi> <mrow> <mo>(</mo> <mn>1</mn> <mo>-</mo> <mi>&gamma;</mi> <mo>)</mo> </mrow> </mrow> </msup> </mrow> </mfrac> <mo>-</mo> <mo>-</mo> <mo>-</mo> <mrow> <mo>(</mo> <mn>30</mn> <mo>)</mo> </mrow> </mrow>

所述表冷器接触系数模型为:

<mrow> <msub> <mi>&epsiv;</mi> <mrow> <mn>2</mn> <mo>,</mo> <mi>b</mi> </mrow> </msub> <mo>=</mo> <mn>1</mn> <mo>-</mo> <mfrac> <mrow> <msub> <mi>t</mi> <mrow> <mi>g</mi> <mi>o</mi> <mo>,</mo> <mi>b</mi> </mrow> </msub> <mo>-</mo> <msub> <mi>t</mi> <mrow> <mi>s</mi> <mi>o</mi> <mo>,</mo> <mi>b</mi> </mrow> </msub> </mrow> <mrow> <msub> <mi>t</mi> <mrow> <mi>g</mi> <mi>i</mi> <mo>,</mo> <mi>b</mi> </mrow> </msub> <mo>-</mo> <msub> <mi>t</mi> <mrow> <mi>s</mi> <mi>i</mi> <mo>,</mo> <mi>b</mi> </mrow> </msub> </mrow> </mfrac> <mo>=</mo> <mn>1</mn> <mo>-</mo> <msup> <mi>e</mi> <mfrac> <mrow> <mo>-</mo> <msub> <mi>&alpha;</mi> <mrow> <mi>o</mi> <mo>,</mo> <mi>b</mi> </mrow> </msub> <msub> <mi>F</mi> <mi>b</mi> </msub> </mrow> <mrow> <msub> <mi>m</mi> <mrow> <mi>a</mi> <mo>,</mo> <mi>b</mi> </mrow> </msub> <msub> <mi>c</mi> <mrow> <mi>p</mi> <mo>,</mo> <mi>a</mi> </mrow> </msub> </mrow> </mfrac> </msup> <mo>-</mo> <mo>-</mo> <mo>-</mo> <mrow> <mo>(</mo> <mn>31</mn> <mo>)</mo> </mrow> </mrow>

所述表冷器传热单元数模型为:

<mrow> <mi>N</mi> <mi>T</mi> <mi>U</mi> <mo>=</mo> <mfrac> <mrow> <msub> <mi>K</mi> <mi>b</mi> </msub> <msub> <mi>F</mi> <mi>b</mi> </msub> </mrow> <mrow> <msub> <mi>m</mi> <mrow> <mi>a</mi> <mo>,</mo> <mi>b</mi> </mrow> </msub> <msub> <mi>c</mi> <mrow> <mi>p</mi> <mo>,</mo> <mi>a</mi> </mrow> </msub> </mrow> </mfrac> <mo>-</mo> <mo>-</mo> <mo>-</mo> <mrow> <mo>(</mo> <mn>32</mn> <mo>)</mo> </mrow> </mrow>

所述热容比模型为:

<mrow> <mi>&gamma;</mi> <mo>=</mo> <mfrac> <mrow> <msub> <mi>m</mi> <mrow> <mi>a</mi> <mo>,</mo> <mi>b</mi> </mrow> </msub> <msub> <mi>c</mi> <mrow> <mi>p</mi> <mo>,</mo> <mi>a</mi> </mrow> </msub> </mrow> <mrow> <msub> <mi>m</mi> <mrow> <mi>w</mi> <mo>,</mo> <mi>b</mi> </mrow> </msub> <msub> <mi>c</mi> <mrow> <mi>p</mi> <mo>,</mo> <mi>w</mi> </mrow> </msub> </mrow> </mfrac> <mo>-</mo> <mo>-</mo> <mo>-</mo> <mrow> <mo>(</mo> <mn>33</mn> <mo>)</mo> </mrow> </mrow>

所述出风参数模型,在干工况时为:

tgo,b=tgi,b1,b(tgi,b-twi,b) (34)

<mrow> <msub> <mi>t</mi> <mrow> <mi>s</mi> <mi>o</mi> <mo>,</mo> <mi>b</mi> </mrow> </msub> <mo>=</mo> <msub> <mi>t</mi> <mrow> <mi>L</mi> <mi>i</mi> </mrow> </msub> <mo>+</mo> <mfrac> <mrow> <mo>(</mo> <msub> <mi>t</mi> <mrow> <mi>g</mi> <mi>o</mi> <mo>,</mo> <mi>b</mi> </mrow> </msub> <mo>-</mo> <msub> <mi>t</mi> <mrow> <mi>L</mi> <mi>i</mi> </mrow> </msub> <mo>)</mo> <mo>(</mo> <msub> <mi>t</mi> <mrow> <mi>s</mi> <mi>i</mi> <mo>,</mo> <mi>b</mi> </mrow> </msub> <mo>-</mo> <msub> <mi>t</mi> <mrow> <mi>L</mi> <mi>i</mi> </mrow> </msub> <mo>)</mo> </mrow> <mrow> <msub> <mi>t</mi> <mrow> <mi>g</mi> <mi>i</mi> <mo>,</mo> <mi>b</mi> </mrow> </msub> <mo>-</mo> <msub> <mi>t</mi> <mrow> <mi>L</mi> <mi>i</mi> </mrow> </msub> </mrow> </mfrac> <mo>-</mo> <mo>-</mo> <mo>-</mo> <mrow> <mo>(</mo> <mn>35</mn> <mo>)</mo> </mrow> </mrow>

所述出风参数模型,在湿工况时为:

tgo,b=tgi,b2,b(tgi,b-tb) (36)

tso,b=tgo,b-(1-ε2,b)(tgi,b-tsi,b) (37)

所述出风参数模型,在临界工况时,采用上述干工况时、湿工况时的出风参数模型均可;

式中,Qb为表冷器换热量;ma,b为空气质量流量;hai,b为空气入口焓值;hao,b为空气出口焓值;mw,b为水流量;twi,b,two,b分别为表冷器进口水温和出口水温;ε1,b为表冷器传热效能;tgi,tgo分别为空气进口干球温度和出口干球温度;γ为热容比;NTU为表冷器传热单元数;ε2,b为表冷器接触系数;tso,b,tsi,b分别为空气出口湿球温度和进口湿球温度;ao,b为空气侧换热系数;Fb为表冷器总换热面积;cp,a为空气比热;Kb为表冷器总传热系数;tLi为空气进口露点温度;

所述冷却塔性能预测模型,在冷却塔内空气在非饱和状态下时为:

<mrow> <mfrac> <mrow> <msub> <mi>dm</mi> <mrow> <mi>w</mi> <mo>,</mo> <mi>t</mi> </mrow> </msub> </mrow> <mrow> <mi>d</mi> <mi>z</mi> </mrow> </mfrac> <mo>=</mo> <msub> <mi>&beta;</mi> <mi>t</mi> </msub> <msub> <mi>aF</mi> <mi>z</mi> </msub> <mrow> <mo>(</mo> <msub> <mi>X</mi> <mrow> <mi>s</mi> <mo>,</mo> <mi>w</mi> </mrow> </msub> <mo>-</mo> <mi>X</mi> <mo>)</mo> </mrow> <mo>-</mo> <mo>-</mo> <mo>-</mo> <mrow> <mo>(</mo> <mn>38</mn> <mo>)</mo> </mrow> </mrow>

<mrow> <mfrac> <mrow> <mi>d</mi> <mi>X</mi> </mrow> <mrow> <mi>d</mi> <mi>z</mi> </mrow> </mfrac> <mo>=</mo> <mfrac> <mrow> <msub> <mi>&beta;</mi> <mi>t</mi> </msub> <msub> <mi>aF</mi> <mi>z</mi> </msub> <mrow> <mo>(</mo> <msub> <mi>X</mi> <mrow> <mi>s</mi> <mo>,</mo> <mi>w</mi> </mrow> </msub> <mo>-</mo> <mi>X</mi> <mo>)</mo> </mrow> </mrow> <msub> <mi>m</mi> <mrow> <mi>a</mi> <mo>,</mo> <mi>t</mi> </mrow> </msub> </mfrac> <mo>-</mo> <mo>-</mo> <mo>-</mo> <mrow> <mo>(</mo> <mn>39</mn> <mo>)</mo> </mrow> </mrow>

<mrow> <mtable> <mtr> <mtd> <mrow> <mfrac> <mrow> <msub> <mi>dT</mi> <mrow> <mi>w</mi> <mo>,</mo> <mi>t</mi> </mrow> </msub> </mrow> <mrow> <mi>d</mi> <mi>z</mi> </mrow> </mfrac> <mo>=</mo> <mfrac> <mrow> <msub> <mi>&beta;</mi> <mi>t</mi> </msub> <msub> <mi>aF</mi> <mi>z</mi> </msub> </mrow> <mrow> <msub> <mi>m</mi> <mrow> <mi>w</mi> <mo>,</mo> <mi>t</mi> </mrow> </msub> <msub> <mi>c</mi> <mrow> <mi>p</mi> <mo>,</mo> <mi>w</mi> </mrow> </msub> </mrow> </mfrac> <mo>&lsqb;</mo> <mi>L</mi> <mi>e</mi> <mrow> <mo>(</mo> <msub> <mi>T</mi> <mrow> <mi>w</mi> <mo>,</mo> <mi>t</mi> </mrow> </msub> <mo>-</mo> <msub> <mi>T</mi> <mrow> <mi>a</mi> <mo>,</mo> <mi>t</mi> </mrow> </msub> <mo>)</mo> </mrow> <mrow> <mo>(</mo> <msub> <mi>c</mi> <mrow> <mi>p</mi> <mo>,</mo> <mi>a</mi> </mrow> </msub> <mo>+</mo> <msub> <mi>c</mi> <mrow> <mi>p</mi> <mo>,</mo> <mi>v</mi> </mrow> </msub> <mi>X</mi> <mo>)</mo> </mrow> <mo>+</mo> <mrow> <mo>(</mo> <msub> <mi>r</mi> <mn>0</mn> </msub> <mo>+</mo> <msub> <mi>c</mi> <mrow> <mi>p</mi> <mo>,</mo> <mi>v</mi> </mrow> </msub> <msub> <mi>T</mi> <mrow> <mi>w</mi> <mo>,</mo> <mi>t</mi> </mrow> </msub> <mo>-</mo> <msub> <mi>c</mi> <mrow> <mi>p</mi> <mo>,</mo> <mi>w</mi> </mrow> </msub> <msub> <mi>T</mi> <mrow> <mi>w</mi> <mo>,</mo> <mi>t</mi> </mrow> </msub> <mo>)</mo> </mrow> </mrow> </mtd> </mtr> <mtr> <mtd> <mrow> <mo>&CenterDot;</mo> <mrow> <mo>(</mo> <msub> <mi>X</mi> <mrow> <mi>s</mi> <mo>,</mo> <mi>w</mi> </mrow> </msub> <mo>-</mo> <mi>X</mi> <mo>)</mo> </mrow> </mrow> </mtd> </mtr> </mtable> <mo>-</mo> <mo>-</mo> <mo>-</mo> <mrow> <mo>(</mo> <mn>40</mn> <mo>)</mo> </mrow> </mrow>

<mrow> <mtable> <mtr> <mtd> <mrow> <mfrac> <mrow> <msub> <mi>dT</mi> <mrow> <mi>a</mi> <mo>,</mo> <mi>t</mi> </mrow> </msub> </mrow> <mrow> <mi>d</mi> <mi>z</mi> </mrow> </mfrac> <mo>=</mo> <mfrac> <mrow> <msub> <mi>&beta;</mi> <mi>t</mi> </msub> <msub> <mi>aF</mi> <mi>z</mi> </msub> </mrow> <mrow> <msub> <mi>m</mi> <mrow> <mi>a</mi> <mo>,</mo> <mi>t</mi> </mrow> </msub> <mrow> <mo>(</mo> <msub> <mi>c</mi> <mrow> <mi>p</mi> <mo>,</mo> <mi>a</mi> </mrow> </msub> <mo>+</mo> <msub> <mi>c</mi> <mrow> <mi>p</mi> <mo>,</mo> <mi>v</mi> </mrow> </msub> <mi>X</mi> <mo>)</mo> </mrow> </mrow> </mfrac> <mo>&lsqb;</mo> <mi>L</mi> <mi>e</mi> <mrow> <mo>(</mo> <msub> <mi>T</mi> <mrow> <mi>w</mi> <mo>,</mo> <mi>t</mi> </mrow> </msub> <mo>-</mo> <msub> <mi>T</mi> <mrow> <mi>a</mi> <mo>,</mo> <mi>t</mi> </mrow> </msub> <mo>)</mo> </mrow> <mrow> <mo>(</mo> <msub> <mi>c</mi> <mrow> <mi>p</mi> <mo>,</mo> <mi>a</mi> </mrow> </msub> <mo>+</mo> <msub> <mi>c</mi> <mrow> <mi>p</mi> <mo>,</mo> <mi>v</mi> </mrow> </msub> <mi>X</mi> <mo>)</mo> </mrow> </mrow> </mtd> </mtr> <mtr> <mtd> <mrow> <mo>+</mo> <mrow> <mo>(</mo> <msub> <mi>c</mi> <mrow> <mi>p</mi> <mo>,</mo> <mi>v</mi> </mrow> </msub> <msub> <mi>T</mi> <mrow> <mi>w</mi> <mo>,</mo> <mi>t</mi> </mrow> </msub> <mo>-</mo> <msub> <mi>c</mi> <mrow> <mi>p</mi> <mo>,</mo> <mi>v</mi> </mrow> </msub> <msub> <mi>T</mi> <mrow> <mi>a</mi> <mo>,</mo> <mi>t</mi> </mrow> </msub> <mo>)</mo> </mrow> <mrow> <mo>(</mo> <msub> <mi>X</mi> <mrow> <mi>s</mi> <mo>,</mo> <mi>w</mi> </mrow> </msub> <mo>-</mo> <mi>X</mi> <mo>)</mo> </mrow> <mo>&rsqb;</mo> </mrow> </mtd> </mtr> </mtable> <mo>-</mo> <mo>-</mo> <mo>-</mo> <mrow> <mo>(</mo> <mn>41</mn> <mo>)</mo> </mrow> </mrow>

<mrow> <mi>L</mi> <mi>e</mi> <mo>=</mo> <msup> <mn>0.866</mn> <mrow> <mn>2</mn> <mo>/</mo> <mn>3</mn> </mrow> </msup> <mrow> <mo>(</mo> <mfrac> <mrow> <msub> <mi>X</mi> <mrow> <mi>s</mi> <mo>,</mo> <mi>w</mi> </mrow> </msub> <mo>+</mo> <mn>0.622</mn> </mrow> <mrow> <mi>X</mi> <mo>+</mo> <mn>0.622</mn> </mrow> </mfrac> <mo>-</mo> <mn>1</mn> <mo>)</mo> </mrow> <msup> <mrow> <mo>&lsqb;</mo> <mi>l</mi> <mi>n</mi> <mfrac> <mrow> <msub> <mi>X</mi> <mrow> <mi>s</mi> <mo>,</mo> <mi>w</mi> </mrow> </msub> <mo>+</mo> <mn>0.622</mn> </mrow> <mrow> <mi>X</mi> <mo>+</mo> <mn>0.622</mn> </mrow> </mfrac> <mo>&rsqb;</mo> </mrow> <mrow> <mo>-</mo> <mn>1</mn> </mrow> </msup> <mo>-</mo> <mo>-</mo> <mo>-</mo> <mrow> <mo>(</mo> <mn>42</mn> <mo>)</mo> </mrow> </mrow>

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所述冷却塔性能预测模型,在冷却塔内空气在饱和状态下时为:

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式中,mw,t为冷却塔水质量流量;dz为冷却塔填料竖直方向微元长度;βt为冷却塔传质系数;a为填料比表面积;Fz为冷却塔填料横截面积;Xs,w为水温对应的饱和空气含湿量;X为冷却塔内空气水蒸气质量组分;Tw,t为水温;Le为刘易斯数;cp,v为水蒸气定压比热;r0为水的汽化潜热;Ta,t为冷却塔内空气温度;ma,t为冷却塔空气质量流量;Xs,a为饱和空气含湿量;(βtaFZ)j为换热过程中的等效值,Me为模型参数,mwi,t表示入口水流量,Ht表示填料高度;

所述水泵模型为:

Hp0=a0+a1V0+a2V02 (50)

Pin,p0=b0+b1V0+b2V02 (51)

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式中,V0、Hp0、Pin,p0分别为泵在转速n0下的流量、扬程与功率,V1、Hp1、Pin,p1分别为泵在转速n1下的流量、扬程与功率;a0、a1、a2、b0、b1、b2为模型参数;

所述流体输配管路阻力模型为:

式中,Hf为设备或管路阻力,χi为第i段管路沿程阻力系数,li为第i段管路长度,d为管路水力直径,ζj为第j个管道局部阻力件阻力系数,V为管道体积流量;为模型参数。

3.根据权利要求1所述的一种基于特征识别的空调系统仿真模拟方法,其特征在于,所述步骤(1)中,既有空调系统的实测运行数据具体为:求解所述冷水机组性能预测模型的模型参数,即求解冷凝器的模型参数、蒸发器的模型参数和压缩机的模型参数时,需要的实测数据有压缩机吸气温度teo、压缩机吸气压力pe、压缩机排气温度tci、压缩机排气压力pc、冷水机组负荷率ψ、压缩机功率Pin、冷却水流量mw,c、冷凝器进口水温twi,c、冷凝器出口水温two,c、冷冻水流量mw,e、蒸发器进口水温twi,e、蒸发器出口水温two,e

求解所述表冷器性能预测模型的模型参数时,需要的实测数据为:冷冻水流量mw,e、表冷器进口水温twi,b、表冷器出口水温two,b、表冷器进口干球温度tgi,b、表冷器进口湿球温度tsi,b、表冷器出口干球温度tgo,b、表冷器出口湿球温度tso,b

求解所述冷却塔性能预测模型的模型参数时,需要的实测数据为:冷却水流量mw,c、冷却塔进口水温twi,t、冷却塔出口水温two,t、冷却塔进口干球温度tgi,t、冷却塔进口湿球温度tsi,t、冷却塔出口干球温度tgo,t、冷却塔出口湿球温度tso,t

求解所述水泵模型的模型参数时,需要的实测数据为:水泵在转速n0下的流量、扬程和功率;

求解所述流体输配管路阻力模型的模型参数,需要实测的数据为:冷冻水流量mw,e、冷却水流量mw,c、水泵扬程H1

4.根据权利要求1所述的一种基于特征识别的空调系统仿真模拟方法,其特征在于,所述步骤(1)中,采用最小二乘法分别求解空调系统中冷水机组性能预测模型、表冷器性能预测模型、冷却塔性能预测模型、水泵模型和流体输配管路阻力模型的特征参数时,使用克莱姆法则保证线性方程组解的存在性和唯一性,最终求得特征参数的唯一解。

5.根据权利要求1、2、3或4所述的一种基于特征识别的空调系统仿真模拟方法,其特征在于,所述步骤(2)中模拟连接的具体方法为:按照工作介质流动方向,将各模型入口端的工作介质状态,作为与该入口端连接的模型出口端的工作介质状态,所述工作介质包括制冷剂、冷冻水和冷却水;将冷冻水管路阻力和设备阻力之和作为冷冻水泵扬程,将冷却水管路阻力和设备阻力之和作为冷却水泵扬程。

6.根据权利要求1、2、3或4所述的一种基于特征识别的空调系统仿真模拟方法,其特征在于,所述步骤(3)中,模拟工况参数具体为:冷水机组模型输入参数包括冷水机组负荷率、冷冻水流量、冷却水流量;表冷器性能预测模型输入参数包括:冷冻水流量、表冷器进口风量、表冷器进口干球温度和湿球温度;冷却塔性能预测模型输入参数包括:冷却水流量、冷却塔进口风量、冷却塔进口干球温度和湿球温度。

7.根据权利要求6所述的一种基于特征识别的空调系统仿真模拟方法,其特征在于,所述步骤(3)的具体流程为:

1)设定表冷器进口冷冻水温,将其与冷冻水流量、表冷器进口风量、表冷器进口干湿球温度一同输入表冷器性能预测模型,对表冷器出口冷冻水温进行模拟计算,所述表冷器出口冷冻水温即为蒸发器进口冷冻水温;

设定冷却塔进口冷却水温,将其与冷却水流量、冷却塔进口风量、冷却塔进口干湿球温度一同输入冷却塔性能预测模型,对冷却塔出口冷却水温进行模拟计算,所述冷却塔出口冷却水温即为冷凝器进口冷却水温;

2)设定冷水机组蒸发温度和冷凝温度,将其与冷水机组负荷率一同输入压缩机模型,根据常规压缩多变过程计算得到制冷剂流量、排气温度和压缩机电功率;

3)将设定的冷水机组蒸发温度和冷凝温度,与冷冻水流量、所述步骤2)中压缩机模型计算得到的制冷剂流量、所述步骤1)中得到的蒸发器进口冷冻水温,一同输入蒸发器模型,得到蒸发器进口制冷剂焓值和出口制冷剂焓值,结合制冷剂流量计算得到蒸发器内制冷剂侧换热量,根据热量守恒方程,利用蒸发器内制冷剂侧换热量等于冷冻水侧换热量计算得到蒸发器出口冷冻水温;根据传热基本方程,利用蒸发器总传热量和换热系数计算得到蒸发器中制冷剂和冷冻水的传热温差,所述蒸发器总传热量等于蒸发器内制冷剂侧换热量;

将设定的冷水机组冷凝温度,与冷却水流量、所述步骤2)中压缩机模型计算得到的排气温度、制冷剂流量、所述步骤1)中得到的冷凝器进口冷却水温,一同输入冷凝器模型,得到冷凝器进口制冷剂焓值和出口制冷剂焓值,结合制冷剂流量计算得到冷凝器内制冷剂侧换热量,根据热量守恒方程,利用冷凝器内制冷剂侧换热量等于冷却水侧换热量计算得到冷凝器出口冷却水温,根据传热基本方程,利用冷凝器总传热量和换热系数计算得到冷凝器中制冷剂和冷却水的传热温差,所述冷凝器总传热量等于冷凝器内制冷剂侧换热量;

4)根据所述步骤1)中得到的蒸发器进口冷冻水温、步骤3)中计算得到的蒸发器出口冷冻水温、蒸发器中制冷剂和冷冻水的传热温差,计算得到冷水机组蒸发器的蒸发温度;

根据所述步骤1)中得到的冷凝器进口冷却水温、步骤3)中计算得到的冷凝器出口冷却水温、冷凝器中制冷剂和冷却水的传热温差,计算得到冷水机组冷凝器的冷凝温度;

5)当以下四组条件均成立时,则将蒸发温度、冷凝温度、表冷器进口冷冻水温、表冷器出口冷冻水温、冷凝器进口冷却水温、冷凝器出口冷却水温、压缩机电功率、蒸发器总传热量和冷凝器总传热量作为系统模拟运行参数输出,否则用每组条件中的计算值更新与之比较的设定值,返回步骤1):

所述步骤1)中设定的表冷器进口冷冻水温与所述步骤3)中计算得到的蒸发器出口冷冻水温相等,所述步骤1)中设定的冷却塔进口冷却水温与步骤3)中计算得到的冷凝器出口冷却水温相等,所述步骤3)中设定的冷水机组蒸发温度与步骤4)中计算得到的蒸发温度相等,所述步骤3)设定的冷水机组冷凝温度与步骤4)中计算得到的冷凝温度相等。

8.根据权利要求1、2、3或4所述的一种基于特征识别的空调系统仿真模拟方法,其特征在于,所述冷水机组性能预测模型、表冷器性能预测模型、冷却塔性能预测模型、水泵模型和流体输配管路阻力模型均是基于集总参数法,将既有空调系统中各部件的未知结构参数进行集总建立得到。

9.根据权利要求1、2、3或4所述的一种基于特征识别的空调系统仿真模拟方法,其特征在于,所述空调系统为单台冷水机组中央空调系统或由多台冷水机组、多台水泵和多套表冷器末端/混合末端所构成的空调系统。

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