車載小型溴化鋰制冷機(jī)的軟件開(kāi)發(fā)研究

劉雪香+程金強(qiáng)+趙健+張繼

摘 要：本文對(duì)小型化車載溴化鋰制冷機(jī)實(shí)驗(yàn)臺(tái)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過(guò)程進(jìn)行了標(biāo)準(zhǔn)化， 并利用軟件VB6.0進(jìn)行了程序化開(kāi)發(fā)，通過(guò)該設(shè)計(jì)軟件，可以對(duì)車載小型溴冷機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的熱力計(jì)算、傳熱傳質(zhì)計(jì)算進(jìn)行數(shù)值模擬，通過(guò)輸入一定的條件參數(shù)，軟件程序會(huì)輸出基于以往實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的線性回歸的計(jì)算結(jié)果，供實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)人員在熱力計(jì)算、結(jié)構(gòu)計(jì)算時(shí)參考使用。

關(guān)鍵詞：車載；小型溴化鋰制冷機(jī)；軟件開(kāi)發(fā)

中圖分類號(hào)：TB651 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1671-2064（2017）04-0039-04

吸收式制冷技術(shù)作為大型冷水機(jī)組的技術(shù)已經(jīng)相當(dāng)成熟，主要是利用工業(yè)排煙、排水的廢熱以及燃油、燃?xì)鈦?lái)作為驅(qū)動(dòng)熱源。其未來(lái)發(fā)展的重點(diǎn)在于太陽(yáng)能利用、風(fēng)冷工況、機(jī)組小型化等方面。本文作者就是從事車載溴化鋰小型制冷機(jī)開(kāi)發(fā)工作，調(diào)研發(fā)現(xiàn)目前溴冷機(jī)小型化發(fā)展方面實(shí)質(zhì)性進(jìn)展緩慢。

湖南遠(yuǎn)大在小型化溴冷機(jī)方面已做了10多年的研究，也取得了幾項(xiàng)發(fā)明專利（主要是新型風(fēng)冷吸收器），至今沒(méi)有相關(guān)產(chǎn)品問(wèn)世；在小型風(fēng)冷吸收式燃?xì)饪照{(diào)研究報(bào)道較多的是日本和韓國(guó)，日本較早著手于這一方面的研究工作，曾研制出一臺(tái)樣機(jī)，制冷量為26KW，據(jù)稱cop值測(cè)試達(dá)到0.92。韓國(guó)在改善風(fēng)冷吸收式燃?xì)饪照{(diào)器的性能和結(jié)晶問(wèn)題等進(jìn)行了較多的研究。

究其原因，溴冷機(jī)小型化的實(shí)施受限于高效緊湊換熱器的發(fā)展，而風(fēng)冷方式更有難以克服的硬傷：系統(tǒng)運(yùn)行會(huì)偏向高溫、高濃度和高壓力運(yùn)行，結(jié)晶極易發(fā)生，腐蝕加劇，cop值下降；吸收器內(nèi)部的傳熱和傳質(zhì)過(guò)程難以在結(jié)構(gòu)上做到很好的匹配，散熱面積與蒸汽與溴化鋰溶液的接觸面積難以耦合，要么蒸汽壓力損失大，要么吸收效果不好。如果采用水冷，最終導(dǎo)致機(jī)體的結(jié)構(gòu)型式僅僅是大機(jī)組的小型化而已，體積還是龐大，還引申出冷卻水的再生系統(tǒng)，額外的循環(huán)系統(tǒng)、散熱系統(tǒng)，且35℃下的風(fēng)冷散熱能將冷卻水再生到40℃左右，因此“冷卻水”再去冷卻吸收，那么吸收器內(nèi)部的溫度在45℃以上，比理想的工況高了近5℃，如果考慮水質(zhì)、水垢的影響，溫差不止如此，吸收器工況勢(shì)必受到影響。

目前國(guó)內(nèi)外尚無(wú)同類產(chǎn)品。根據(jù)科技查新結(jié)果，目前擁有與產(chǎn)品相關(guān)的多項(xiàng)核心技術(shù)在國(guó)內(nèi)外屬首創(chuàng)，產(chǎn)品研發(fā)成功將在車用溴化鋰吸收式制冷產(chǎn)品方面具有國(guó)際領(lǐng)先水平。

1 軟件開(kāi)發(fā)

1.1 軟件開(kāi)發(fā)必要性

車載溴小型化化鋰吸收式制冷機(jī)開(kāi)發(fā)工作，屬于溴化鋰吸收式制冷領(lǐng)域，涉及熱力學(xué)、傳熱學(xué)、流體力學(xué)及機(jī)械設(shè)計(jì)相關(guān)學(xué)科。其產(chǎn)品研發(fā)過(guò)程中搭建的試驗(yàn)臺(tái)、樣機(jī)的設(shè)計(jì)計(jì)算會(huì)引用到大量熱力學(xué)公式及相關(guān)數(shù)據(jù)，運(yùn)算過(guò)程嵌套繁雜，而查詢相關(guān)數(shù)據(jù)更是浪費(fèi)時(shí)間及人力物力，還會(huì)引起人為誤差。如果有一套能與項(xiàng)目發(fā)展相匹配的軟件相輔助，會(huì)大大提高設(shè)計(jì)效率及準(zhǔn)確度，且經(jīng)過(guò)實(shí)踐檢驗(yàn)的軟件更能發(fā)揮其應(yīng)有的積極效應(yīng)。

1.2 軟件開(kāi)發(fā)進(jìn)展

在小型溴冷機(jī)研發(fā)項(xiàng)目啟動(dòng)時(shí)，便開(kāi)始了對(duì)應(yīng)的設(shè)計(jì)程序開(kāi)發(fā)，初期的版本只具有熱力計(jì)算、傳熱計(jì)算及簡(jiǎn)單的結(jié)構(gòu)計(jì)算和校核計(jì)算。隨著項(xiàng)目的進(jìn)展，目前已經(jīng)具備較全的數(shù)據(jù)查詢功能，制冷試驗(yàn)臺(tái)溫度測(cè)量系統(tǒng)的所有溫度能自動(dòng)讀取、顯示，并能保存成excel記錄表，還可以直觀的觀察到每一個(gè)溫度測(cè)量點(diǎn)的溫度變化實(shí)時(shí)曲線圖。

2 軟件程序及代碼

2.1 主界面

程序一打開(kāi)就是系統(tǒng)主界面圖1，通過(guò)菜單可以進(jìn)行功能選擇。

2.2 熱力計(jì)算

本菜單功能實(shí)現(xiàn)了目前的單效溴化鋰吸收式制冷機(jī)的熱力計(jì)算過(guò)程，包括狀態(tài)點(diǎn)參數(shù)的確定、各換熱設(shè)備熱負(fù)荷、各種工作介質(zhì)和泵的流量。但是經(jīng)典的單效循環(huán)熱力計(jì)算適宜于大型機(jī)組，其系統(tǒng)中有發(fā)生器溶液泵、吸收器溶液泵、冷劑泵等再循環(huán)過(guò)程，其相關(guān)計(jì)算公式也有差異，所以，針對(duì)我們項(xiàng)目的實(shí)際過(guò)程進(jìn)行了熱力循環(huán)過(guò)程重新梳理，確定了循環(huán)過(guò)程中所依循的公式，保證了計(jì)算所得數(shù)據(jù)能夠較真實(shí)的反映實(shí)際運(yùn)行參數(shù)。

2.2.1 狀態(tài)點(diǎn)參數(shù)的確定

該菜單能根據(jù)適合本項(xiàng)目試驗(yàn)臺(tái)熱力循環(huán)過(guò)程的熱力計(jì)算整套公式進(jìn)行系統(tǒng)循環(huán)中各狀態(tài)點(diǎn)參數(shù)的確定，相關(guān)程序界面展示如圖2、圖3。

熱力計(jì)算的原則如圖2所示。

圖3所示為熱力計(jì)算所需已知條件的確定，相關(guān)待定條件如圖所示，其中冷卻方式為下拉菜單，分為風(fēng)冷（目前）和水冷（早期）；熱源為下拉菜單，分為電熱、煙氣、熱水、蒸汽，目前采用電熱，直接給出加熱功率即可，其他為填充。

圖4所示為熱力計(jì)算所需設(shè)計(jì)參數(shù)的選定，中間的兩個(gè)阻力分別是相關(guān)結(jié)構(gòu)估算所得數(shù)值。循環(huán)倍率目前為0，但不排除在吸收處進(jìn)行再循環(huán)的可能性，此處待擴(kuò)充。

圖5所示為最終狀態(tài)點(diǎn)參數(shù)的計(jì)算，該界面中只需鼠標(biāo)單擊“計(jì)算”按鈕，即可得到循環(huán)過(guò)程中的所有相關(guān)參數(shù)，難點(diǎn)在于前幾個(gè)界面中的參數(shù)確定。

2.2.2 各換熱設(shè)備熱負(fù)荷

此處計(jì)算是連接前面“狀態(tài)點(diǎn)參數(shù)”所得數(shù)據(jù)進(jìn)行的，相關(guān)內(nèi)容顯示如圖6。

點(diǎn)擊圖6中所示的熱平衡判斷按鈕，會(huì)彈出熱平衡判斷界面如圖7所示，再單擊其中的判斷按鈕，會(huì)得到相應(yīng)的結(jié)果。

2.2.3 各種工作介質(zhì)和泵的流量

依據(jù)最終循環(huán)過(guò)程進(jìn)行相關(guān)工作介質(zhì)的流量計(jì)算、阻力計(jì)算、溶液的濃縮過(guò)程計(jì)算，具體內(nèi)容見(jiàn)圖8。

溶液濃縮計(jì)算功能，實(shí)現(xiàn)的是制冷循環(huán)起始階段的溶液提濃過(guò)程，會(huì)根據(jù)具體的條件來(lái)計(jì)算需要提取出的冷劑水量，并能結(jié)合儲(chǔ)液管型，計(jì)算出儲(chǔ)液管的需要長(zhǎng)度。

2.3 傳熱計(jì)算

傳熱計(jì)算包括傳熱系數(shù)計(jì)算、傳熱面積計(jì)算。由于實(shí)驗(yàn)臺(tái)中所采用換熱器形式、材質(zhì)、結(jié)構(gòu)均是按照前面的三維模型設(shè)計(jì)加工的，蒸發(fā)器采用肋片結(jié)構(gòu)，風(fēng)冷散熱，相關(guān)計(jì)算程序如圖9、圖10所示。

2.4 數(shù)據(jù)查詢

對(duì)小型溴冷機(jī)設(shè)計(jì)中常用的查表數(shù)據(jù)，按照線性回歸法進(jìn)行數(shù)值化，可直接進(jìn)行查詢圖11、圖12。

2.5 相關(guān)代碼

由于程序代碼量大，本文只截取其中幾個(gè)功能對(duì)應(yīng)的代碼供讀者參考。

2.5.1 “溶液濃縮過(guò)程”計(jì)算

Private Sub Command8_Click（）

Dim ρ1 As Single， ρ2 As Single

ρ1 = 1016.028 + 844.165 * （Val（Text10.Text） / 100） - 419.036 * （Val（Text10.Text） / 100） ^ 2 + 1696.176 * （Val（Text10.Text） / 100） ^ 3 - Val（Text9.Text） * 4.903 + Val（Text9.Text） * 27.309 * （Val（Text10.Text） / 100） - 55.465 * Val（Text9.Text） * （Val（Text10.Text） / 100） ^ 2 + 36.273 * Val（Text9.Text） * （Val（Text10.Text） / 100） ^ 3

ρ2 = 1016.028 + 844.165 * （Val（Text12.Text） / 100） - 419.036 * （Val（Text12.Text） / 100） ^ 2 + 1696.176 * （Val（Text12.Text） / 100） ^ 3 - Val（Text11.Text） * 4.903 + Val（Text11.Text） * 27.309 * （Val（Text12.Text） / 100） - 55.465 * Val（Text11.Text） * （Val（Text12.Text） / 100） ^ 2 + 36.273 * Val（Text11.Text） * （Val（Text12.Text） / 100） ^ 3

l = Val（Text8.Text）

r1 = Val（Text10.Text）

r2 = Val（Text12.Text）

Text13.Text = l * ρ1 * （1 - r1 / r2） / 1000

End Sub

2.5.2 “溴化鋰密度”計(jì)算

Private Sub Command1_Click（）

Dim ρ As Single， t As Single， c As Single

c = Val（Text1.Text） / 100

t = Val（Text2.Text）

ρ = 1016.028 + 844.165 * c - 419.036 * c ^ 2 + 1696.176 * c ^ 3 - t * 4.903 + t * 27.309 * c - 55.465 * t * c ^ 2 + 36.273 * t * c ^ 3

Label2.Caption = ρ

End Sub

2.5.3 “溴化鋰比熱容”計(jì)算

Private Sub Command4_Click（）

Dim c As Single， t As Single， Cp As Single

c = Val（Text11.Text） / 100

t = Val（Text10.Text）

Cp = 4.07 - 5.123 * c + 2.297 * c ^ 2 + t * （0.000992 + 0.00629 * c - 0.00938 * c ^ 2） + t ^ 2 * （-0.000011988 + 0.0000043855 * c + 0.000012567 * c ^ 2）

Label26.Caption = Cp

End Sub

2.5.4 “溴化鋰導(dǎo)熱系數(shù)”計(jì)算

Private Sub Command6_Click（）

Dim c As Single， t As Single， λ As Single

c = Val（Text12.Text） / 100

t = Val（Text13.Text）

λ = 0.56391 + 0.0028 * t - 0.000022636 * t ^ 2 + 0.000000072317 * t ^ 3 - c * （0.31264 + 0.00175 * t - 0.000011977 * t ^ 2）

Label31.Caption = λ

End Sub

3 結(jié)語(yǔ)

對(duì)小型溴冷機(jī)研發(fā)設(shè)計(jì)過(guò)程中涉及到的標(biāo)準(zhǔn)計(jì)算過(guò)程及由實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)得到的經(jīng)驗(yàn)值，進(jìn)行軟件程序化，會(huì)大大提高樣機(jī)開(kāi)發(fā)效率，避免熱力計(jì)算過(guò)程中出現(xiàn)失誤并由此導(dǎo)致的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)錯(cuò)誤等問(wèn)題，而且還可以在設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)中進(jìn)行共享使用，作為項(xiàng)目的重要輸出成果，隨著實(shí)驗(yàn)方案的不斷改進(jìn)同步進(jìn)行優(yōu)化。

參考文獻(xiàn)

[1]戴永慶，陸震，等.溴化鋰吸收式制冷空調(diào)技術(shù)實(shí)用手冊(cè)[M].機(jī)械工業(yè)出版社，1999.

[2]劉瑞新，汪遠(yuǎn)征.Visual basic程序設(shè)計(jì)教程[M].機(jī)械工業(yè)出版社，2004.

[3]廉樂(lè)明，李力能.工程熱力學(xué)[M].中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2003.

[4]張熙民，任澤霈.傳熱學(xué)[M].中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2004.

[5]彥啟森.空氣調(diào)節(jié)用制冷技術(shù)[M].中國(guó)建筑工業(yè)出版社，1981.