西门子基于AMESim的家用空调制冷系统仿真分析.pdf

坚果

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2021-06-03

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基于 Amesim 的家用空调制冷系统仿真分析

王晓春

（海尔家电产业集团,青岛,266101）

摘要：本文利用 Amesim 对家用空调制冷系统进行仿真定量分析。文中对额定制冷、中间制冷工况下

不同管路分流情况的制冷量、输入功率、吸排气温度等参数进行了仿真对比分析。分析表明，三进三出分

流方案可以避免管内制冷剂过热区域长度过长，能够有效利用两相区域进行换热，从而提高整机的换热能

力。

关键词：家用空调，制冷系统，Amesim

0 前言

传统的制冷系统及部件研究是通过实验方法进行的，可以直接获得制冷系统及部件的主

要特性，有参数多、耦合性强等特点，需要大量的实验资源进行研究，且系统内很多参数难

以准确测量。然而，在现代空调品质要求高，越来越最求系统精确化的背景下，纯粹依靠实

验成本高，周期长，即使精确实验也很难明显优化产品新更能。

随着计算机技术的发展，基于模型的制冷系统计算仿真模拟技术得到快速发展。通过建

立部件和系统模型进行仿真模拟计算，完成空调整机制冷、制热量定量模拟仿真工作，快速

地预测制冷系统的性能，并进行迭代优化以寻求最优设计方案，减少样机试制数量和实验费

用

[1] [2]

。另外，仿真模拟可以预测很多实验难以测量的参数，基于仿真模拟还可以进一步优

化制冷系统及部件。制冷系统越是复杂，仿真模拟相对实验研究的优势就越是显著。

本文以海尔某型号柜机空调为例，通过使用 Amesim 进行整机一维制冷系统仿真，计算

了该机型额定制冷工况及中间制冷工况下不同管路分流情况的主要性能指标，与实验进行对

比，探究了该软件用于家用空调研发体系的可行性。

1 各部件模型建立

本文以某型号柜机为基础，根据几何模型适当简化，搭建起整机系统模型及换热器基本

模型。

1.1 压缩机模型建立

压缩机未考虑实际的结构形式，将实验测试得到的不同转速下的吸、排气压力、功耗及

制冷量等相关数据经过一定转换，转换成软件识别的容积效率、等熵效率和机械效率，并辅

以排量完成压缩机的参数化

[3]

，该机型使用的压缩机排量为 130 ccm。

1.2 两器模型建立

目前，家电空调行业普遍使用的是管翅式换热器。通过 Simcenter Amesim 最新版本提

供的 APP 工具实现蒸发器和冷凝器的快速建模，根据具体的换热器结构进行抽管操作，对

生成的超元件草图进行修改，完成两器模型的建立。

图 1 冷凝器 APP 连接图（左）及调整后的超元件连接图（右）

搭建成两器模型后，通过 Amesim 换热器标定程序进行换热器标定。标定需要输入的参

数有：管外侧湿空气的流量或风速、温度及相对湿度，管内侧制冷剂的冷媒流量入口温度、

质量流量及入口压力等参数。通过调整对流换热关联式中的系数及 kdP、kHeat，实现两器的

标定。

图 2 换热器标定模型

1.3 电子膨胀阀模型

对于电子膨胀阀模型，测试流量特性曲线并通过 PID 信号控制阀开度，进而实现其调

节流量的作用。