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本文以多元VRF空调系统、多级压缩制冷系统等复杂管网制冷系统为研究对象,建立复杂管网制冷系统通用仿真模型,研究复杂管网制冷系统核心理论问题——系统耦合特性和系统作用域,为复杂制冷系统的优化设计、控制及其性能评价提供研究平台和理论基础。
在分析复杂管网制冷系统层次结构的基础上,建立了其构成元素的通用模块,提出“三干管”气液两相流体网络结构用于建立复杂制冷系统的通用物理模型,采用“节点-支路”关联矩阵和基于最小树的基本回路矩阵来建立气液两相流体网络的数学描述方法。建立制冷系统关键部件的分布参数模型和采用顺序模块法与联立求解法相结合的支路计算模型,针对复杂管网制冷系统气液两相流体网络流向不可预知、无定压点和变阻力特性等特点,提出其快速求解方法——“修正集总参数网络迭代法”,即充分利用集总参数网络迭代算法的快速性和分布参数模型的准确性,用分布参数部件与支路模型的计算结果修正网络迭代过程中的集总参数模型。建立了热回收型VRF系统实验台,开发多元热泵型调温除湿机并进行实验研究,验证了所提复杂管网制冷系统模型的可靠性,为深入研究复杂管网制冷系统提供了良好的仿真平台。
针对典型复杂管网制冷系统VRF系统中长管路对性能衰减及安全稳定运行的影响,首次提出制冷系统“作用域”的概念,并从安全性、经济性和调节性三方面进行定量分析,研究各个作用域的主要影响因素,给出保证VRF系统安全、稳定、经济运行的作用范围,并探讨了扩大系统作用域的思路和方法。为研究VRF系统因元素多、结构复杂、外界条件多样等特点而造成的多参数耦合问题,首次建立了定性和定量描述多元VRF系统的性能图,以直观分析各扰动与调节因素及系统设计对其它因素与整个系统性能的影响规律,在此基础上提出并仿真验证解耦控制和联合控制策略。对VRF系统作用域及耦合特性的分析,为同类和类似复杂管网制冷系统的优化设计、控制及其性能评价奠定了理论基础。