EASY5仿真软件在制冷系统仿真中的应用

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1、维普资讯http://www.cqvip.com2003年第3期低温工程No．32003总第133期CRYOGENICSSumNo．133EASY5仿真软件在制冷系统仿真中的应用董素君封正纲(北京航空航天大学505教研室北京1oo083)摘要以多相流库为例，介绍美国Boeing公司开发的EASY5仿真软件的理论基础及主要建模方法，并给出了一种风冷制冷系统仿真模型及仿真结果，供国内制冷系统仿真软件的开发工作参考。主题词制冷系统仿真EASY5氟利昂制冷系统属于封闭式循环系统，不同设备运行性能相互影响严重，同时，系统运行工况的复杂变化增加了系统的动态特性的复杂程度。因而

2、，制冷系统动态仿真研究具有重要意义。近年来，国内制冷界高度关注了制冷系统动态仿真的研究，从单个制冷部件到整个制冷系统仿真模型的研究都已经取得了一定的成绩l1J。本文主要以多相流库为例，介绍美国Boeing公司开发的EASY5仿真软件的理论基础、主要建模方法及使用心得l4j，并给出了一种风冷制冷系统仿真模型及其仿真计算结果，供国内制冷系统仿真软件的开发工作参考。1EASY5仿真软件特点EASY5-EngineeringAnalysisSystem是由美国Boeing公司根据航空技术发展需要开发的多专业动态系统仿真分析软件包。该软件使用简单易用的图形化建模方式，模型参

3、数的输入及不同模型间数据传递都在简单的图形界面中完成，用户只需以微分方程、差分方程、传递函数、代数方程及方程组方式即可建立自己的动态模型。该软件的最大特点是提供强大的专业库支持，其中任何一个专业库都包含该专业领域所有常用物理元件的数学模型，同时，针对各专业领域动态模型特点，内嵌性能卓越的求解器和稳态一仿真分析工具。使用方便，求解准确，可为相关专业领域动态仿真研究提供强大的辅助功能。EASY5仿真软件中所有专业库内模型一方面全面考虑模型的正确性和适用性，以该类物理元件最基本的数学模型为基础。如环控系统专业模型库中的叉流换热器仿真模型，以换热器最基本的质量守恒、能量守

4、恒、动量守恒及传热方程等组成的数学模型为基础建立，不同尺寸或不同类型(如光管或管翅式)叉流形式空气换热器使用时，只需输入不同的管内、外换热系数和热容等参数即可。另一方面，EASY5仿真软件又根据模型具体使用场合的不同，修改稿于2003年3月18日收到。董素君，女，31岁，博士生。维普资讯http://www.cqvip.com第3期EASY5仿真软件在制冷系统仿真中的应用35建模时进行不同的简化，并给出不同的仿真模块。如多相流库中，根据空气侧是否有冷凝现象给出了简单和复杂两种空气换热器空气侧模型。但这两种模型都不计算空气侧的流动特性，因此若要同时研究空气侧性能时，

5、还需使用EASY5仿真软件环控库中的空气换热器空气侧模型。总之，EASY5软件各专业库仿真模型充分考虑了各种系统仿真的具体要求，非常适用于大型复杂系统的动态建模和仿真分析。2B!Y5多相流库EASY5仿真软件目前主要包括了液压系统、气动系统、环境控制系统、机械系统、热力系统、电力驱动系统、多相流系统、发动机及其控制器等专业库。其中多相流系统库主要针对包含有过冷、饱和、过热相变的工热系统，如氟利昂制冷系统等。该库模型具有广泛的适用性，主要包括热力膨胀阀、冷凝器、蒸发器、管路和压缩机等，并支持38种常用的制冷剂和17种“纯”物质如甲烷、氢等系统工质。2．1模型假设条件

6、EASY5仿真软件的多相流库仿真模型的基本假设为：(1)一维正向流。(2)以流体质量和能量守恒微分方程为动态模型，其中压力和焓值为连续状态变量。(3)以流体动量守恒方程为稳态模型，流量为代数变量。(4)任何时候流体都可以转变为过冷液体状态、饱和混合状态或过热蒸气状态。2．2独特数字求解方法多相流库以具有过冷、饱和、过热相变的工热系统为研究对象，其数学模型通常具有下列特点：(1)特征数大(通常大于10000Fad／see)。(2)方程通常表现为刚性(特征数相差比较大)。(3)数据具有不连续性，例如：·蒸发器及冷凝器中流体状态划分区域导致的不连续性；·状态改变导致的质

7、量流量变化速率的不连续；·阀门或执行器开关动作速度的限制。利用隐式变步长积分方法求解具有第一和第二种特点的系统方程，可以大大高于显式变步长或定步长积分方法的求解效率。但是，对于第三种类型的数据不连续性模型，传统变步长积分方法求解存在一定的困难，定步长积分方法通常需要采用非常小的步长，因而运行时间过长。EASY5仿真软件内嵌了支持状态切换方式的“BGSGEAR”数字积分方法。与定步长和传统的变步长积分方法相比，该方法可在保证该类系统模型求解准确度的前提下，大大减少仿真计算时间。2．3基本数学模型2．3．1压力和焓值微分方程多相流库中，流体的压力和焓值为连续状态变量。

8、由质量守恒