本發(fā)明涉及蒸發(fā)器管內制冷劑流量控制，更具體地說，涉及基于蒸發(fā)器管內干度預測模型的制冷供液閥門控制方法。

背景技術：

1、氨作為一種優(yōu)質制冷劑，具有熱力學性能優(yōu)良、以及odp和gwp值為零等優(yōu)勢，在國內大中型冷庫中應用廣泛，但氨具有毒性且在一定條件下可燃可爆，對食品和人員存在安全隱患，在使用上有一定的限制；氨系統(tǒng)的潛在危險性與其充注量有直接關系，在《冷庫設計規(guī)范》中規(guī)定，使用氨制冷劑冷庫制冷系統(tǒng)，其氨制冷劑的總充注量不能超過40噸，在《危險化學品重大危險源辨識》中規(guī)定，氨充注量超過10噸的制冷系統(tǒng)氨為重大危險源，因此準確控制氨制冷系統(tǒng)的氨充注量，保證氨系統(tǒng)安全運行。

2、參考公開號為cn116123769a的專利申請公開了一種制冷設備的流量控制裝置及制冷系統(tǒng)，制冷設備的流量控制裝置包括至少一個回路，回路包括供液支路、回液支路和控制模塊，供液支路連接于制冷設備的輸出端口和待供冷裝置之間，回液支路連接于待供冷裝置和制冷設備的輸入端口之間，供液支路包括控制閥門、回液支路包括流量檢測模塊；控制模塊分別與控制閥門和流量檢測模塊電連接，流量檢測模塊用于檢測回液支路中的實際流量值；本實施例中控制模塊用于根據(jù)設定流量值與實際流量值控制控制閥門的開度，進而實現(xiàn)對每一回路的流量控制；制冷設備的流量控制裝置獨立于制冷設備之外，在不改變制冷設備的內部結構時，滿足制冷設備對外輸出的回路數(shù)的不同的需求，提高制冷設備的通用性；

3、但是，現(xiàn)有技術的氨制冷系統(tǒng)一般采用較高循環(huán)倍率，無法有效減少氨制冷劑的充注量，難以保證氨制冷系統(tǒng)安全運行，不能提高蒸發(fā)器的制冷效果；同時不能在不同負荷條件下實現(xiàn)對末端換熱器中氨液質量流量的準確控制。

4、為此，我們針對上述問題提出基于蒸發(fā)器管內干度預測模型的制冷供液閥門控制方法。

技術實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的在于提供基于蒸發(fā)器管內干度預測模型的制冷供液閥門控制方法，解決了現(xiàn)有技術的氨制冷系統(tǒng)一般采用較高循環(huán)倍率，無法有效減少氨制冷劑的充注量，難以保證氨制冷系統(tǒng)安全運行，不能提高蒸發(fā)器的制冷效果；同時不能在不同負荷條件下實現(xiàn)對末端換熱器中氨液質量流量的準確控制的問題。

2、本發(fā)明的目的通過以下技術方案實現(xiàn)：

3、基于蒸發(fā)器管內干度預測模型的制冷供液閥門控制方法，包括以下步驟：

4、步驟一：應用微元法將管道分為若干個微元段，并輸入管道結構參數(shù)、空氣溫度tair、管道表面空氣的自然對流換熱系數(shù)hair、制冷劑在管道入口的溫度te和干度xe，以及制冷劑質量流速g；

5、步驟二：預設壁面溫度tw0，利用空氣側物性參數(shù)計算熱流密度q，進而求得換熱系數(shù)htp和總傳熱系數(shù)k，據(jù)此計算出換熱量q，通過熱量平衡原理反推實際壁面溫度tw，并與預設值迭代調整，直至獲得準確壁面溫度tw；

6、步驟三：基于準確壁面溫度tw，再次計算熱流密度q、換熱系數(shù)htp和總傳熱系數(shù)k，進而求得換熱量q、制冷劑出口焓值h0和出口干度x0；

7、步驟四：將當前微元段的出口參數(shù)作為下一個微元段的入口參數(shù)，遍歷整個管道，得到制冷劑沿程干度分布及蒸發(fā)器換熱量，篩選出出口干度在0.98-1范圍內的制冷劑質量流量；

8、步驟五：根據(jù)干度預測模型匹配特性，以出口干度接近0.98對應的質量流量為目標，初始設定控制閥開度為50％，通過步進法調節(jié)控制閥，直至質量流量接近最佳值，從而確定不同負荷下的最佳控制閥開度。

9、作為本發(fā)明的一種優(yōu)選實施方式，將上一微元管段的出口焓值和出口干度作為下一微元管段的入口參數(shù)進行計算，干度預測模型輸入?yún)?shù)為管外空氣溫度、管外空氣自然對流換熱系數(shù)、管道入口制冷劑溫度、管內制冷劑質量流速，干度預測模型輸出參數(shù)為每個微元管段的出口干度、制冷量、管道出口壁面溫度。

10、作為本發(fā)明的一種優(yōu)選實施方式，熱流密度q通過以下公式計算：

11、q＝hair(tw0-tair)；

12、蒸發(fā)管內表面兩相流換熱系數(shù)作為測定微元管出口干度和出口焓值的重要指標，表示為：

13、htp＝ψhf；

14、其中，hf為管內強制對流換熱，ψ為htp與hf的比值。

15、作為本發(fā)明的一種優(yōu)選實施方式，針對管內強制對流換熱，采用最廣泛的關聯(lián)式迪圖斯-貝爾特：

16、

17、其中，g為質量流速，x為干度，d為蒸發(fā)管內徑，μf為動力粘度，pr為普朗特數(shù)，kf為液體導熱系數(shù)；

18、針對管內為兩相流時，其換熱采用shah?chart推薦關系式進行計算，先計算三個無量綱數(shù)：

19、對流換熱參數(shù)：

20、其中，x為干度,ρg為氣相密度，ρf為液相密度；

21、沸騰換熱參數(shù)：

22、其中，q〞為熱流密度，g為質量流速，hfg為汽化潛熱；

23、弗勞德數(shù)：

24、其中，g為質量流速，ρf為液相密度，g為重力加速度，d為蒸發(fā)管內徑。

25、作為本發(fā)明的一種優(yōu)選實施方式，基于以上計算結果，計算參數(shù)ψ的具體過程如下：

26、

27、當n>1.0：

28、

29、此時，ψ＝max{ψnb,ψcb}；

30、當0.1<n≤1.0:ψbε＝fb00.5exp(2.74n-0.15)；

31、當n≤0.1：ψbε＝fb00.5exp(2.74n-0.1)；

32、此時，ψ＝max{ψbε,ψcb}；

33、上述式中f的計算式為：

34、作為本發(fā)明的一種優(yōu)選實施方式，蒸發(fā)微元管段的總傳熱系數(shù)，表示為：

35、

36、其中，d0為蒸發(fā)管外徑，de為蒸發(fā)管內徑，λ為蒸發(fā)管的導熱系數(shù)。

37、作為本發(fā)明的一種優(yōu)選實施方式，微元管段的換熱量，表示為：

38、φ＝ka0(tf0-tfe)；

39、其中，a0為管段外側面積，tf0為蒸發(fā)管外空氣溫度，tfe為蒸發(fā)管內制冷劑溫度。

40、作為本發(fā)明的一種優(yōu)選實施方式，微元管段的出口焓值，表示為：

41、

42、其中，g為質量流速，a為管段橫截面積，he為管段入口焓值；

43、微元管段的出口干度，表示為：

44、

45、其中，h＇為入口條件下飽和液相的焓值，h〞為入口條件下飽和氣相的焓值。

46、作為本發(fā)明的一種優(yōu)選實施方式，應用微元法建立氨制冷劑在蒸發(fā)管內流動的傳熱模型，以管線微元長度作為計算循環(huán)步長，上一微元的出口熱物性作為下一微元的入口熱物性，每個微元管均遵循能量守恒原理，根據(jù)換熱條件建立以下模型：

47、q＝ka0δt＝ka0(tw-tair)＝m(h0-he)；

48、其中，q為換熱量，a0為管段外側面積，δt為蒸發(fā)管內外流體溫差，m為制冷劑質量流量，h0為管段出口焓值，he為管段入口焓值；

49、在確認的換熱量q的基礎上，通過熱量平衡公式來反推實際壁面溫度：

50、

51、作為本發(fā)明的一種優(yōu)選實施方式，應用于基于蒸發(fā)器管內干度預測模型的制冷供液閥門控制系統(tǒng)，包括云管理平臺、數(shù)據(jù)采集模塊、管道微元化與參數(shù)輸入模塊、壁面溫度迭代求解模塊、制冷劑狀態(tài)與換熱量計算模塊、沿程參數(shù)遍歷模塊和控制閥開度優(yōu)化模塊；

52、所述數(shù)據(jù)采集模塊，對環(huán)境溫度數(shù)據(jù)、控制閥進出口壓差數(shù)據(jù)、蒸發(fā)器管道溫度數(shù)據(jù)和制冷劑溫度數(shù)據(jù)進行采集；

53、所述管道微元化與參數(shù)輸入模塊，通過微元法將管道分為多個微元段，輸入管道結構、空氣溫、換熱系數(shù)、制冷劑入口狀態(tài)和質量流速；

54、所述壁面溫度迭代求解模塊，通過迭代法求解出準確的壁面溫度；

55、所述制冷劑狀態(tài)與換熱量計算模塊，基于準確的壁面溫度，計算換熱量及制冷劑出口焓值和出口干度；

56、所述沿程參數(shù)遍歷模塊，通過遍歷管道獲取制冷劑沿程干度分布與蒸發(fā)器換熱量，篩選出口干度合適的質量流量；

57、所述控制閥開度優(yōu)化模塊，根據(jù)干度-質量流量特性，設定目標流量，初始控制閥開度50％，步進調節(jié)至最優(yōu)，確定不同負荷下的控制閥最佳開度。

58、相比于現(xiàn)有技術，本發(fā)明的優(yōu)點在于：

59、(1)本發(fā)明中，通過建立干度預測模型，獲取機組中干度預測模型的相關參數(shù)，將干度預測模型轉化為不同制冷劑質量流量下蒸發(fā)管內的干度變化，并選取最佳的制冷劑質量流量，使得氨制冷系統(tǒng)的氨液循環(huán)倍率低于1.2，保證氨系統(tǒng)安全運行同時節(jié)約成本；

60、(2)本發(fā)明中，通過干度預測模型獲取氨制冷冷庫不同負荷、不同蒸發(fā)溫度、不同換熱溫差、不同供液方式條件下蒸發(fā)器管道的干度變化，以氨制冷系統(tǒng)的氨液循環(huán)倍率低于1.2為目標，獲取在不同負荷條件下的最佳制冷劑質量流量，對控制閥進行調節(jié)直至質量流量接近最佳制冷劑質量流量，從而獲得不同負荷下的最佳開度，將數(shù)據(jù)存儲進云管理平臺中，當冷庫負荷發(fā)生變化時，冷庫系統(tǒng)根據(jù)負荷變化從云管理平臺中獲取此時控制閥的最佳開度，調整控制閥，準確控制制冷劑質量流量。