Simulink環(huán)境下的風(fēng)機(jī)盤(pán)管仿真實(shí)驗(yàn)研究

1、Simulink環(huán)境下的風(fēng)機(jī)盤(pán)管仿真實(shí)驗(yàn)研究李曉琪 沈致和（合肥工業(yè)大學(xué)，安徽 合肥 230009；合肥工業(yè)大學(xué)，安徽 合肥 230009）作者簡(jiǎn)介：李曉琪（1985-），男，合肥工業(yè)大學(xué)碩士研究生，安徽合肥工業(yè)大學(xué)南區(qū)661信箱。郵編：230009 聯(lián)系電話Email：lixiaoqi1985摘要Matlab/Simulink動(dòng)態(tài)建模仿真環(huán)境是空調(diào)系統(tǒng)模擬一種重要輔助手段，本文應(yīng)用Simulink建立了某型號(hào)風(fēng)機(jī)盤(pán)管特性仿真模型，模擬仿真數(shù)據(jù)與實(shí)際樣本基本吻合，證明應(yīng)用Simulink進(jìn)行風(fēng)機(jī)盤(pán)管特性實(shí)驗(yàn)的可行性。Simulink仿真實(shí)驗(yàn)環(huán)境可以作為風(fēng)機(jī)盤(pán)管結(jié)構(gòu)參數(shù)

2、實(shí)驗(yàn)的一種可靠的計(jì)算機(jī)模擬途徑，可以為風(fēng)機(jī)盤(pán)管的設(shè)計(jì)與研究提供有效幫助，節(jié)省人力、物力與實(shí)驗(yàn)周期，且實(shí)驗(yàn)結(jié)果基本可靠。關(guān)鍵詞：Matlab/Simulink 風(fēng)機(jī)盤(pán)管 仿真AbstractMatlab / Simulink modeling and simulation environment is an important supplementary means of air-conditioning system simulation ，this paper established a fan-coil Simulink simulation model, simulation resul

3、ts of the basic agreement with the actual samples，to demonstrate the feasibility of Simulink application in experiment of fan-coil characteristics。Simulink simulation environment can be used as a reliable means of computer simulation in experiment of fan-coil structure ，and can provide effective hel

4、p in Fan-coil design and research，savings in manpower, material and experimental cycle, and reliable experimental results。Key words：Matlab/Simulink fan-coil unit simulation1.MATLAB/Simulink簡(jiǎn)介MATLAB是目前世界上應(yīng)用最廣泛的科學(xué)計(jì)算軟件, 它提供了強(qiáng)大的數(shù)值運(yùn)算和符號(hào)運(yùn)算功能, 并提供了面向用戶的可視化操作功能,而其最吸引用戶的功能是它的動(dòng)態(tài)仿真集成環(huán)境Simulink。 Simulink 在MATLA

5、B 強(qiáng)大的數(shù)值計(jì)算功能基礎(chǔ)上, 提供了一個(gè)建立模型方塊圖的圖形用戶接口（GUI），Simulink中包含許多不同功能的模塊庫(kù)，如Sources（輸入源模塊庫(kù)）、Sink（輸出模塊庫(kù)）、Math Operations（數(shù)學(xué)模塊庫(kù)）及各種組件模塊庫(kù)等，用戶也可以自定義和創(chuàng)建自己的模塊。Simulink具有適應(yīng)面廣、結(jié)構(gòu)和流程清晰及仿真精細(xì)、貼近實(shí)際、效率高、靈活等優(yōu)點(diǎn)，近些年來(lái)，已被院校和工程領(lǐng)域中的廣大師生與研究人員廣泛應(yīng)用于系統(tǒng)建模與動(dòng)態(tài)仿真。2. 風(fēng)機(jī)盤(pán)管模型2.1 風(fēng)機(jī)盤(pán)管傳熱原理傳熱過(guò)程是一個(gè)復(fù)雜過(guò)程，不同環(huán)境下有不同的傳熱原理。熱傳遞過(guò)程通常分為幾種基本方式，即熱傳導(dǎo)、熱對(duì)流及熱輻射，

6、現(xiàn)實(shí)情況下的熱傳遞過(guò)程往往是這幾種基本傳熱方式的組合疊加。風(fēng)機(jī)盤(pán)管表冷器的熱傳遞是一個(gè)復(fù)雜的換熱過(guò)程：冷熱流體分別在盤(pán)管內(nèi)、外流過(guò)，熱量通過(guò)對(duì)流換熱和熱輻射的形式從熱流體傳遞給管壁，經(jīng)過(guò)壁面導(dǎo)熱，再以對(duì)流換熱和熱輻射的形式傳遞給冷流體，從而實(shí)現(xiàn)盤(pán)管內(nèi)冷熱水與盤(pán)管外的空氣的熱量交換。2.2 風(fēng)機(jī)盤(pán)管數(shù)學(xué)模型本文中采用綜合風(fēng)機(jī)盤(pán)管水側(cè)和風(fēng)側(cè)最小換熱計(jì)量法的簡(jiǎn)化模型，3 (1)其中 Qw-a風(fēng)機(jī)盤(pán)管換熱量 簡(jiǎn)化的風(fēng)機(jī)盤(pán)管（叉流）換熱器效率；=1-exp(1/)(NTU)0.22exp-·(NTU)0.78-1 (2)其中 熱熔比，= Cmin /Cmax ；Cmin=min（Cw ，Ca）

7、，Cmax=max（Cw ，Ca），W/K ； (3)Cw ，Ca流經(jīng)風(fēng)機(jī)盤(pán)管的冷凍水和空氣熱容，W/K,Cw=Mwcpw；Ca=Macpe ；NTU傳熱單元數(shù)，NTU=KAe /Cmin ； (4)KAe風(fēng)機(jī)盤(pán)管有效熱導(dǎo)， ； (5)其中 空氣比熱, J/(kg·K) ； KA總熱導(dǎo)，為了簡(jiǎn)化模型，本文中將風(fēng)機(jī)盤(pán)管傳熱系數(shù)與傳熱面積的乘積定為總熱導(dǎo)；風(fēng)機(jī)盤(pán)管的散熱面積 ，m2 (6)迎風(fēng)面積,m2 (7) n管排數(shù)，有效寬度（m），L有效長(zhǎng)度（m），m表面管根數(shù)；風(fēng)機(jī)盤(pán)管換熱器的傳熱系數(shù): 4 (8)其中 va，vw流經(jīng)換熱器的空氣流速和冷凍水流速m/s；M, N, m，p，n均是

8、可以通過(guò)實(shí)驗(yàn)測(cè)得的系數(shù)；空氣有效比熱, J/(kg·K)， (9)其中hin回風(fēng)空氣的焓值,J/kg； hout送風(fēng)空氣的焓值,J/kg； Tain回風(fēng)溫度,K； Taout送風(fēng)溫度,K；對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下，空氣溫度在3-30之間時(shí)，空氣焓值h=9362.5+1786.1t+11.35t2+0.98855t3 ，J/kg； (10)對(duì)于根據(jù)能量守恒原理有：； (11) (12)3. SIMULINK仿真模型驗(yàn)證3.1根據(jù)上述數(shù)學(xué)模型建立SIMULINK仿真模型如下：圖3.1仿真模型3.2仿真模擬實(shí)例分析依據(jù)某空調(diào)設(shè)備廠家的風(fēng)機(jī)盤(pán)管，其設(shè)定條件為，進(jìn)風(fēng)溫度為：干球溫度27/濕球溫度19.

9、5（相對(duì)濕度55%）。設(shè)定高、中、低三種風(fēng)速，對(duì)風(fēng)機(jī)盤(pán)管制冷量進(jìn)行模擬，其模擬結(jié)果見(jiàn)下表： 表一 風(fēng)機(jī)盤(pán)管技術(shù)性能模擬比較 三排管水量L/h 302轉(zhuǎn)速高中低模擬冷量（W）182616051285樣本冷量（W）188816611321偏差%3.284 3.3712.725圖3.2變風(fēng)速冷量比較對(duì)于進(jìn)風(fēng)溫度為：干球溫度27/濕球溫度19.5（相對(duì)濕度55%）FC-200/FC-34風(fēng)機(jī)盤(pán)管冷量技術(shù)性能見(jiàn)下表：表二 固定冷凍水量下，不同供水溫度下的制冷量（水量350L/h）供水溫度56789模擬冷量（W）20391947185417611669樣本冷量（W）22992160197918431707

10、偏差%11.30939.86116.31634.44932.2261圖3.3變供水溫度冷量比較變冷凍水量模擬分析：冷凍水量l/h150250350450模擬冷量（W）1617178418541924樣本冷量（W）1412175519792160偏差%14.5181.6526.31610.92圖3.4變水量冷量比較通過(guò)對(duì)該風(fēng)機(jī)盤(pán)管樣本的仿真模擬結(jié)果進(jìn)行比較分析，可見(jiàn)仿真結(jié)果與實(shí)際樣本參數(shù)誤差在15%以?xún)?nèi)，造成誤差的原因可能是由于模型中的一些參數(shù)采用了簡(jiǎn)化模型，設(shè)定不夠精確，在一定程度上影響了仿真精度，但仿真過(guò)程與結(jié)果基本達(dá)到預(yù)期效果，實(shí)際應(yīng)用中可以使用更精確的結(jié)構(gòu)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)使得模型中的一些參數(shù)更加

11、準(zhǔn)確，進(jìn)一步提高仿真結(jié)果的精確性。4基于風(fēng)機(jī)盤(pán)管的結(jié)構(gòu)參數(shù)的仿真實(shí)驗(yàn)環(huán)境建立4.1 風(fēng)機(jī)盤(pán)管結(jié)構(gòu)參數(shù)及其仿真實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ惋L(fēng)機(jī)盤(pán)管基本結(jié)構(gòu)參數(shù)有固定參數(shù)和自由參數(shù)兩部分，其中固定參數(shù)在盤(pán)管型號(hào)確定后就已確定，而自由參數(shù)可根據(jù)用戶需要進(jìn)行選擇。固定參數(shù)固定參數(shù)包括盤(pán)管內(nèi)徑、盤(pán)管外徑、翅片厚度、翅片片距、盤(pán)管排間距、盤(pán)管管間距。自由參數(shù)有表面管根數(shù)、管排數(shù)、有效長(zhǎng)度、進(jìn)出水管直徑、進(jìn)出水管中心距、法蘭高度。散熱面積，單位m2，迎風(fēng)面積，單位m，式中:21.88表示每排管，單位面積上的散熱面積是21.88 m2；n管排數(shù)；L風(fēng)機(jī)盤(pán)管的有效長(zhǎng)度，單位m；B= 40×m，單位m,B表示風(fēng)機(jī)盤(pán)管換熱器

12、的有效寬度，40是片高基數(shù)，m是表面管根數(shù)；單管內(nèi)截面積，單位m2，通水面積，單位m2，dm風(fēng)機(jī)盤(pán)管換熱器水管內(nèi)徑，單位m；某廠三排管綜合傳熱系數(shù)4（此處只考慮干工況）va，vw流經(jīng)換熱器的空氣流速和冷凍水流速，單位m/s；4.2 建立simulink仿真實(shí)驗(yàn)環(huán)境：圖4.1風(fēng)機(jī)盤(pán)管仿真實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ?.2 管內(nèi)冷劑側(cè)換熱系數(shù)實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ?，；管?nèi)側(cè)冷劑換熱系數(shù)，；流體導(dǎo)熱系數(shù)（）；流體物性參數(shù)，（）；管內(nèi)徑（m）；流體流速（m/s）；熱擴(kuò)散率；建立simulink仿真模型如下（圖4.2）：圖4.2冷劑側(cè)換熱系數(shù)實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ?.3 管外側(cè)空氣側(cè)換熱系數(shù)實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ停?；式中：L沿氣流方向翅片長(zhǎng)度，單位m；Re雷諾數(shù)

13、；deq風(fēng)機(jī)盤(pán)管定型尺寸，單位m；，垂直于氣流方向的管中心距(m)，翅片節(jié)距(m)，翅片厚度(m)，管道外徑（m）；系數(shù)，；其中，建立模型如下（圖4.3）：圖4.3空氣側(cè)換熱系數(shù)實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ?. 結(jié)論（1）在Simulink仿真環(huán)境中進(jìn)行了某型號(hào)風(fēng)機(jī)盤(pán)管的仿真模擬，得到的仿真結(jié)果與預(yù)期效果基本一致，從而驗(yàn)證了在simulink環(huán)境下進(jìn)行風(fēng)機(jī)盤(pán)管仿真實(shí)驗(yàn)的可行性。（2）通過(guò)建立Simulink仿真實(shí)驗(yàn)環(huán)境，可以對(duì)不同結(jié)構(gòu)參數(shù)的風(fēng)機(jī)盤(pán)管進(jìn)行性能模擬，分析各結(jié)構(gòu)參數(shù)對(duì)其特性的影響情況。不過(guò)風(fēng)機(jī)盤(pán)管動(dòng)態(tài)仿真需要建立在明確的結(jié)構(gòu)參數(shù)及其相互關(guān)系的基礎(chǔ)上，只有獲得準(zhǔn)確的相關(guān)參數(shù)，仿真的精度才能得到保證，因此要通過(guò)實(shí)驗(yàn)盡可能的獲得準(zhǔn)確的結(jié)構(gòu)參數(shù)。（3）風(fēng)機(jī)盤(pán)管設(shè)計(jì)研究需要通過(guò)大量實(shí)驗(yàn)檢測(cè)來(lái)獲得風(fēng)機(jī)盤(pán)管的實(shí)際性能特性，在Simulink環(huán)境下建立風(fēng)機(jī)盤(pán)管的計(jì)算機(jī)仿真實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ涂梢杂行У墓?jié)省設(shè)計(jì)過(guò)程中消耗的人力，物力，并能縮短實(shí)驗(yàn)所需要的時(shí)間，是值得研究人員采用的一種方便、可靠的輔助實(shí)驗(yàn)手段。參考文獻(xiàn)：1 姚曄，連