一种基于局部线性化理论的变频补气压缩机性能计算方法技术

本发明专利技术涉及压缩机的性能计算领域，公开了一种基于局部线性化理论的变频补气压缩机性能计算方法，具体步骤为：a、获取补气压缩机铭牌参数，包括吸气缸及补气缸的排气量、额定运转频率；b、获取测试实验数据，拟合模型系数；c、输入补气压缩机运行参数，包括运行频率、吸气及补气的制冷剂状态、排气压力；d、根据运行频率及所述制冷剂状态，计算压缩机吸气流量、压缩机补气流量和压缩机排气流量；e、根据压缩机吸气流量、压缩机补气流量和压缩机排气流量，计算补气压缩机的输入功率；f、根据流量和补气压缩机的输入功率，计算补气压缩机的排气温度。本发明专利技术节省了模型的计算时间与成本，精确度高，计算速度快。

【技术实现步骤摘要】
一种基于局部线性化理论的变频补气压缩机性能计算方法
本专利技术涉及压缩机的性能计算领域，尤其涉及一种基于局部线性化理论的变频补气压缩机性能计算方法。
技术介绍
变频压缩机由于其可持续控制、效率高等优点在住宅热泵和空调中被广泛应用。但当热泵系统在低温环境下运行时，系统的质量流量和压缩机的效率都因较低的吸气温度和较高的压缩比而下降，随之带来的就是系统COP(性能系数)的恶化。近些年来，为了避免热泵在低温环境下系统COP的下降，带补气的变频压缩机被广泛的应用。相较于传统的压缩机，带补气的变频压缩机有两个额外的参数：中间压力和补气温度，且这两个参数相互耦合影响着压缩机的性能。压缩机性能的分析和预测直接影响着系统的选型与设计。因此，建立带补气的变频压缩机的快速计算方法对于带补气压缩机的控制及选型设计具有十分重要的意义。在计算模型中，为了提高模型计算精度并扩宽适用范围，模型应基于理论机理；为了提升理论模型的计算速度，应当采用显示表达式来进行求解计算从而避免求解隐式表达式所需的迭代过程。因此，需要一种基于理论的显式计算模型来预测带补气的变频压缩机的性能。对于压缩机的显式计算模型，现有的研究主要集中在传统的不带补气的压缩机，而缺少对于带补气的压缩机的研究。在传统压缩机的研究结果中表明，质量流量是与运行频率和额定频率之比相关的二阶多项式函数；输入功率明显受到压缩机转速和冷凝压力的影响。然而，对于带补气的压缩机，它有额外的补气和二次压缩的过程，并且质量流速和输入功率受到中间压力和补气温度的影响，因此传统的压缩机模型不能正确反映其特性。目前，针对带补气的变频压缩机的计算模型，有基于数据拟合的显式模型(Tello-Oquendo,F.M.Navarro-Peris,E.,Gonzálvez-Maciá,J.Newcharacterizationmethodologyforvapor-injectionscrollcompressors.InternationalJournalofRefrigeration,2017,74:528-539.)和基于质能平衡理论的隐式模型(Cho,I.Y.,Ko,S.B.,Kim,Y.Optimizationofinjectionholesinsymmetricandasymmetricscrollcompressorswithvaporinjection.InternationalJournalofRefrigeration,2012,35(4):850–860；Dardenne,L.,Fraccari,E.,Maggioni,A.,Molinaroli,L.,Proserpio,L.,Winandy,E.Semi-empiricalmodellingofavariablespeedscrollcompressorwithvapourinjection.InternationalJournalofRefrigeration,2015,54:76-87.)两种，并没有基于局部线性化理论的显式模型。在现有的数据拟合显式模型中，质量流量和输入功率均为补气温度和中间压力的多项式函数。数据拟合模型在实验条件下具有表达简单、精度好，但由于缺乏物理意义，模型的准确性可能会在实验条件之外变得不可接受，扩展性差。在基于质能平衡理论的隐式模型中，质量流量和功率表示为一系列从能量守恒和质量守恒中推到出的非线性方程组，并通过迭代求解，但这样会使求解过程中的计算速度和稳定性受到限制。而现有的直接从质量能量平衡理论推导的模型为非线性隐式方程，没有解析解，所以结合已有的理论模型和显式表达式，不能直接获得具有物理意义的显式模型。因此，本领域的技术人员致力于开发一种基于局部线性化理论的变频补气压缩机性能计算方法。
技术实现思路
有鉴于现有技术的上述缺陷，本专利技术所要解决的技术问题是提高模型计算精度并扩宽适用范围和提升理论模型的计算速度和稳定性。为实现上述目的，本专利技术提供了一种基于局部线性化理论的变频补气压缩机性能计算方法，可以快速、准确得建立带补气的变频压缩机的性能计算预测模型，节省了模型的计算时间与成本，精确度高，计算速度快。在本专利技术的较佳实施方式中，具体步骤是：a、获取补气压缩机铭牌参数，包括吸气缸及补气缸的排气量、额定运转频率；b、获取测试实验数据，拟合模型系数；c、输入补气压缩机运行参数，包括运行频率、吸气及补气的制冷剂状态、排气压力；d、根据运行频率及所述制冷剂状态，计算压缩机吸气流量、压缩机补气流量和压缩机排气流量；e、根据压缩机吸气流量、压缩机补气流量和压缩机排气流量，计算补气压缩机的输入功率；f、根据压缩机吸气流量、所述压缩机补气流量、所述压缩机排气流量和补气压缩机的输入功率，计算补气压缩机的排气温度。进一步地，上述步骤b中，具体为采用最小二乘拟合的方法对压缩机实验数据进行回归分析，获得计算方程中需要的回归系数。进一步地，上述步骤c中，吸气及补气的制冷剂状态包括制冷剂的压力、温度或焓值，可由上下游部件的工作状态确定。进一步地，上述步骤d中，吸气流量方程表示为归一化容积效率的函数：η＝kv·ηv,ref(2)式中，是吸气流量；是每转吸气缸的位移；N是旋转速度(rps)；vsuc是吸气流量的比容；η是容积效率；kv是归一化容积效率；ηv,ref是在额定频率时的容积效率。上述步骤d中，所述的压缩机吸气流量的总体计算过程可表示为：式中，fr是旋转频率和额定频率的比值；Pinj是补气压力；Psuc是吸气压力；a1-a5是吸气流量方程中的拟合系数，可以通过上述步骤b中获得。上述步骤d中，补气流量方程中的多变过程计算采用了二阶泰勒展开式进行局部线性化处理，所述的方法能够通过线性方程回归多变系数：式中，Tcom是被压缩制冷剂的温度；Tsuc是吸气温度；σ是高阶无穷小量；nsuc是吸气缸内多变过程的多变系数，在线性化后可以通过上述步骤b中获得，b6-b8是补气质量流量拟合系数，可以通过上述步骤b中获得。上述步骤d中，所述的压缩机补气流量的总体计算过程可表示为：式中，是补气流量；是每转吸气缸的位移；vinj是补气流量的比容；Pdis是排气压力；Tsuc是吸气温度；b1-b8是拟合系数，可以通过上述步骤b中获得。上述步骤d中，所述的压缩机排气流量的总体计算过程可表示为：式中，是排气流量。进一步地，上述步骤e中，用二阶泰勒展开法将总输入功率方程线性化，其中多变系数可以通过上述步骤b中获得：上述步骤e中，所述的补气压缩机输入功率的总体计算过程可表示为：式中，是所述的补气压缩机总输入功率，c1-c3,d1-d5,e1-e4是无量纲拟合系数，可以通过上述步骤b中获得。进一步地，上述步骤e中，使用无量纲因子来反映模型中漏热焓对排出焓影响，它可以通过实验数据回归，可以通过上述步骤b中获得。进一步地，上述步骤f中，所述的补气压缩机排气温度的总体计算过程可表示为：Tdis＝Func(Pdis,hdis)(9)式中，Tdis是排气温度；hdis是排气焓；Func表示制冷剂热力学性质的显式函数。进一步地，排气焓hdis可表示为：本专利技术与现有技术相比，开发了一种基于局部线性化理论的变频补气压缩机性能快速计算方法，可用于快速预测补气压缩机的性能参数，包本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于局部线性化理论的变频补气压缩机性能计算方法，其特征在于，其具体步骤为：a、获取补气压缩机铭牌参数，包括吸气缸及补气缸的排气量、额定运转频率；b、获取测试实验数据，拟合模型系数；c、输入补气压缩机运行参数，包括运行频率、吸气及补气的制冷剂状态、排气压力；d、根据所述运行频率及所述制冷剂状态，计算压缩机吸气流量、压缩机补气流量和压缩机排气流量；e、根据所述压缩机吸气流量、所述压缩机补气流量和所述压缩机排气流量，计算补气压缩机的输入功率；f、根据所述压缩机吸气流量、所述压缩机补气流量、所述压缩机排气流量和所述补气压缩机的输入功率，计算补气压缩机的排气温度。

【技术特征摘要】
1.一种基于局部线性化理论的变频补气压缩机性能计算方法，其特征在于，其具体步骤为：a、获取补气压缩机铭牌参数，包括吸气缸及补气缸的排气量、额定运转频率；b、获取测试实验数据，拟合模型系数；c、输入补气压缩机运行参数，包括运行频率、吸气及补气的制冷剂状态、排气压力；d、根据所述运行频率及所述制冷剂状态，计算压缩机吸气流量、压缩机补气流量和压缩机排气流量；e、根据所述压缩机吸气流量、所述压缩机补气流量和所述压缩机排气流量，计算补气压缩机的输入功率；f、根据所述压缩机吸气流量、所述压缩机补气流量、所述压缩机排气流量和所述补气压缩机的输入功率，计算补气压缩机的排气温度。2.如权利要求1所述的基于局部线性化理论的变频补气压缩机性能计算方法，其特征在于，所述步骤a，所述补气压缩机铭牌参数通过第三方进行导入。3.如权利要求2所述的基于局部线性化理论的变频补气压缩机性能计算方法，其特征在于，所述第三方进行导入包括csv文件、dll文件导入方式。4.如权利要求1所述的基于局部线性化理论的变频补气压缩机性能计算方法，其特征在于，所述步骤b，所述拟合模型系数采用最小二乘拟合的方法对压缩机实验数据进行回归分析，获得计算方程的回归系数。5.如权利要求1所述的基于局部线性化理论的变频补气压缩机性能计算方法，其特征在于，所述步骤c，...

【专利技术属性】
技术研发人员：胡海涛，孙浩然，丁国良，吴静玮，李浩，
申请(专利权)人：上海交通大学，
类型：发明
国别省市：上海,31