多溫區冰箱中采用并聯雙蒸發器可以有效地提高各間室的溫度控制精度和冰箱能效。但關于冰箱蒸發器研究主要是針對單蒸發器和串聯雙蒸發器，到目前為止，關于并聯雙蒸發器計算機動態性能仿真的研究非常匱乏。并聯雙蒸發器相較單蒸發器和串聯雙蒸發器運行模式更加復雜，同時在實際運行過程中，不同運行模式還需要相互切換，因此現有的用于單蒸發器和串聯雙蒸發器的動態計算方法不能直接用于計算并聯雙蒸發器復雜的動態性能。并聯雙蒸發器動態仿真方法主要有以下難點。1) 制冷劑狀態的確定：在并聯雙蒸發器仿真過程中，制冷劑的動態變化主要發生在運行模式切換的過程中，因此描述所有運行模式下蒸發器中制冷劑的狀態存在難點。2) 保證運行模式切換中蒸發器數學模型光滑轉換：動態性能仿真計算方法需要描述制冷劑不同分布狀態下的數學模型，在 11 種模式切換方式中， 數學模型間的光滑連接是保證系統仿真穩定性的關鍵。3) 保證蒸發器動態仿真結果穩定的算法：在并聯雙蒸發器不同的運行過程中，兩個蒸發器之間有質量和能量的傳遞，傳遞過程復雜，計算方法需要保證質量和能量的嚴格守恒，這就給雙蒸發器算 法的開發帶來困難。本文為解決以上難點，開發了冰箱并聯雙蒸發器動態性能計算方法，從而保證快速、精確地實現 并聯雙蒸發器冰箱系統的動態性能的仿真計算。1、開發動態性能計算方法并聯雙蒸發器冰箱系統包含冷藏循環制冷回路(如圖 1 中 a-b-c-d-e-a)和冷凍循環制冷回路(如圖1中 a-b-c-g-f-a)，系統控制策略通過三通電磁閥 控制制冷劑的流向，實現了兩制冷回路的交替運行。

并聯雙蒸發器的運行模式包括：1) 冷凍開機冷藏停機：壓縮機開機，三通電磁閥的出口 1 關閉，制冷劑的流向為 a-b-c-g-f-a， 冰箱給冷凍室進行制冷；2) 冷藏開機冷凍停機：壓縮機開機，三通電磁閥的出口 2 關閉，制冷劑的流向為 a-b-c-d-e-a， 冰箱給冷藏室進行制冷；3) 兩蒸發器抽真空：壓縮機保持開機，三通 電磁閥的兩出口均關閉，制冷劑通過壓縮機，從兩個蒸發器進入冷凝器；4) 兩蒸發器停機：壓縮機關機。動態性能計算方法就是要快速、穩定地計算這四種運行模式循環切換下蒸發器的動態性能。1.1 計算思路? ?為了能夠快速、精確地計算兩蒸發器中制冷劑 的狀態參數，本文針對并聯雙蒸發器的運行特點提 出如下計算思路。1)明確并聯雙蒸發器在所有運行模式下制冷 劑的分布狀態。總結并聯雙蒸發器所有的運行模式以及運行模式切換過程，并分析制冷劑在蒸發器所有運行模式轉換前、后的分布狀態。2)建立并聯雙蒸發器在所有分布狀態下的計 算模型。開發并聯雙蒸發器中制冷劑不同分布狀態下具體的計算公式，實現所有分布狀態下制冷劑狀 態參數計算。3)建立并聯雙蒸發器不同運行模式光滑轉換 判斷準則。根據制冷劑各分布狀態的計算模型計算得到的制冷劑的狀態參數應滿足光滑轉換判斷準 則，從而保證并聯雙蒸發器仿真計算過程中各運行 模式光滑轉換。4)開發實現不同運行模式下并聯雙蒸發器質 量和能量嚴格守恒的算法，穩定地計算制冷劑在并聯雙蒸發器不同運行模式切換過程的質量、能量及其他狀態參數，保證仿真計算過程收斂。1.2 明確制冷劑分布狀態? ??在并聯雙蒸發器不同運行模式下，蒸發器中制 冷劑分布狀態有 4 種基本狀態，包括 SH(全過熱)、 SH+TP(過熱和兩相共存)、TP1(進出口均為兩相) 和TP2(進口兩相/出口飽和)，如圖 2 所示。

在冰箱實際運行過程中，通過控制 4 種運行模 式相互切換，即任意一種運行模式切換至其他3種運行模式，實現給兩箱室制冷的目的。為了避免冷藏蒸發器開機過程中冷凍蒸發器內還殘存制冷劑 的問題，冷凍循環結束之后要通過抽真空過程實現制冷劑的再分配而不能直接切換至冷藏循環，因此4種運行模式相互轉換的共有11種可能情況。在不同運行模式切換過程中，兩蒸發器中制冷劑的分布 狀態會發生改變，下面將分別列出11種模式轉換 方式下并聯雙蒸發器轉換前后的運行模式，以及模式轉換前后兩蒸發器中制冷劑的分布狀態，如表 1 所示。

1.3 建立制冷劑不同分布狀態下質量、能量及其它 狀態參數的計算公式? ?在并聯雙蒸發器實際運行過程中，2 個蒸發器 之間有質量和能量的傳遞，為保證計算算法質量和能量的嚴格守恒，將兩蒸發器的總質量和總能量作 為狀態參數，這樣質量和能量守恒方程就作為基本 控制方程，如公式(1)和公式(2)所示。

1.3.1 制冷劑為過熱狀態(SH)

1.3.2 制冷劑為兩相和過熱共存狀態(SH+TP)

1.3.3 制冷劑為進出口均為兩相(TP1)狀態或制冷劑為進口兩相/出口飽和(TP2)狀態

各模式的判斷準則保證了各模式之間的光滑 轉換。根據焓值線性分布假設，具體的各模式的判 斷準則如表 2 所示。1.4 算法實現? ?確定兩蒸發器在不同運行模式下狀態參數的 計算方法如下：1) 首先輸入邊界條件制冷劑進口質量流量min、 出口質量流量 m_out、進口焓 h_in、出口焓 h_out以及制冷劑側換熱量Q；2) 根據式(1)~式(2)積分計算第i時刻制冷劑的 總質量Mⁱ和總能量Eⁱ ；3) 輸入制冷劑的總質量Mⁱ、總能量Eⁱ ；4) 并聯雙蒸發器運行模式切換共分為11 種， 不同切換過程，兩蒸發器中制冷劑的狀態參數確定 流程不同，如果切換模式為模式 1~3 中的 1 種，轉到步驟 5)；如果切換模式為模式 4~8 中的 1 種，比 較冷藏、冷凍蒸發器內壓力，當冷藏蒸發壓力大于冷凍蒸發壓力轉到步驟 6)；否則轉到步驟 5)；如 果切換模式為模式 9~10 中的1種，比較冷藏、冷 凍蒸發器內壓力，當冷凍蒸發壓力大于冷藏蒸發壓力轉到步驟 6)；否則轉到步驟8)；如果切換模式 為模式 11，轉到步驟 8)；5) 假定壓力，分別計算冷藏蒸發器和冷凍蒸 發器中制冷劑的狀態參數，如果計算的兩蒸發器內制冷劑的總質量(總能量)和實際總質量(總能量) 相等時，計算收斂，轉到步驟 10)；否則調整壓力假定值，重新計算；6) 假設蒸發器內壓力，計算冷凍蒸發器中制 冷劑狀態參數，如果計算的總能量與實際總能量相等時，計算收斂，轉到步驟 7)，否則調整壓力假定值，重新計算；7) 假設蒸發器內壓力，計算冷藏蒸發器中制 冷劑狀態參數，如果計算的總質量與實際總質量相等時，計算收斂，轉到步驟 10)；否則調整壓力假 定值，重新計算；8) 假設壓力，計算冷凍蒸發器中制冷劑的狀 態參數，如果計算的冷凍蒸發器內制冷劑的總能量與其實際總能量相等時，計算收斂，轉到步驟 9)；否則調整壓力假定值，重新計算；9) 假設蒸發器內壓力，計算冷藏蒸發器中制 冷劑狀態參數，如果計算的總能量與實際總能量相等時，計算收斂，轉到步驟 10)，否則調整壓力假 定值，重新計算；10) 輸出蒸發器中制冷劑的狀態參數，計算 i+1 時刻制冷劑的狀態參數。具體算法如圖 3 所示。

2、算法驗證為了證明計算方法的有效性，本文將提出的計 算方法嵌入到成熟的冰箱系統仿真軟件[文獻：楊叢彥, 趙丹, 丁國良, 等. 多類型冰箱部件及系統仿 真軟件開發[C]// 中國家用電器技術大會論文集. 北京: 《電器》雜志社, 2015: 37-46.]中，仿真軟件在個人電腦(Intel Pentium D CPU 2.66 GHz；1024 MB RAM)模擬測試冰箱實際運行 24 小時的 動態性能，仿真所花費的時間在 300 秒以內，并將仿真結果中蒸發器中制冷劑的狀態參數與實驗測試結果[文獻：趙丹. 面向制冷空調裝置快速穩定仿真的部件模型拓 展及系統仿真平臺開發[D].上海: 上海交通大學, 2014.]進行比較，其中溫度測量精度為±0.3oC， 制冷劑壓力測量精度為±0.2%。用于測試的蒸發器 參數如表 3 所示。

采用本文提出的并聯雙蒸發器計算方法仿真 冰箱蒸發器正常工作時的性能，仿真結果和實驗結果吻合很好，結果顯示仿真值相對于實驗值的相對偏差在均在10%以內，如圖 5 所示。

3、結論1)通過將制冷劑的分布狀態劃分為 SH(全過熱)、SH+TP(兩相和過熱共存)、TP1(進出口均 為兩相)以及 TP2(進口兩相/出口飽和)4 種分布狀態，給出制冷劑四種分布狀態下質量、能量及其 他狀態參數的計算公式，可以實現并聯雙蒸發器所 有運行模式下動態性能計算；2)依據焓值線性分布假設，將制冷劑的密度P_cal和空泡系數Y_cal作為判定參數，可以實現制冷劑各分布狀態計算模型光滑轉換，從而保證了并聯雙 蒸發器動態性能仿真計算方法穩定性。3)提出了基于質量和能量守恒的并聯雙蒸發器動態性能算法，計算蒸發器正常工作時的動態 性能與實驗結果吻合良好，結果顯示仿真值和實驗 值的相對偏差在均在 10%以內。在個人電腦仿真 24 h 性能所花費的時間仿真小于 300 s，滿足設計要求。版權聲明：本文作者楊叢彥，趙丹，胡海濤等；由制冷空調換熱器聯盟編輯整理，版權歸屬原作者，轉載請注明來源。點贊鼓勵進步 |?轉發傳遞友誼本微信公眾號是制冷空調換熱器技術聯盟的官方微信，致力于成為業界專業信息傳播平臺。歡迎參加分享，投稿/留言信箱：reporter@craheta.org，請附上媒體+姓名，實名或匿名發表。 《新程序員》：云原生和全面數字化實踐50位技術專家共同創作，文字、視頻、音頻交互閱讀

總結

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