刘雪香+程金强+赵健+张继

摘 要：本文对小型化车载溴化锂制冷机实验台结构设计过程进行了标准化， 并利用软件VB6.0进行了程序化开发，通过该设计软件，可以对车载小型溴冷机结构设计中的热力计算、传热传质计算进行数值模拟，通过输入一定的条件参数，软件程序会输出基于以往实验数据的线性回归的计算结果，供实验设计人员在热力计算、结构计算时参考使用。

关键词：车载；小型溴化锂制冷机；软件开发

中图分类号：TB651 文献标识码：A 文章编号：1671-2064（2017）04-0039-04

吸收式制冷技术作为大型冷水机组的技术已经相当成熟，主要是利用工业排烟、排水的废热以及燃油、燃气来作为驱动热源。其未来发展的重点在于太阳能利用、风冷工况、机组小型化等方面。本文作者就是从事车载溴化锂小型制冷机开发工作，调研发现目前溴冷机小型化发展方面实质性进展缓慢。

湖南远大在小型化溴冷机方面已做了10多年的研究，也取得了几项发明专利（主要是新型风冷吸收器），至今没有相关产品问世；在小型风冷吸收式燃气空调研究报道较多的是日本和韩国，日本较早着手于这一方面的研究工作，曾研制出一台样机，制冷量为26KW，据称cop值测试达到0.92。韩国在改善风冷吸收式燃气空调器的性能和结晶问题等进行了较多的研究。

究其原因，溴冷机小型化的实施受限于高效紧凑换热器的发展，而风冷方式更有难以克服的硬伤：系统运行会偏向高温、高浓度和高压力运行，结晶极易发生，腐蚀加剧，cop值下降；吸收器内部的传热和传质过程难以在结构上做到很好的匹配，散热面积与蒸汽与溴化锂溶液的接触面积难以耦合，要么蒸汽压力损失大，要么吸收效果不好。如果采用水冷，最终导致机体的结构型式仅仅是大机组的小型化而已，体积还是庞大，还引申出冷卻水的再生系统，额外的循环系统、散热系统，且35℃下的风冷散热能将冷却水再生到40℃左右，因此“冷却水”再去冷却吸收，那么吸收器内部的温度在45℃以上，比理想的工况高了近5℃，如果考虑水质、水垢的影响，温差不止如此，吸收器工况势必受到影响。

目前国内外尚无同类产品。根据科技查新结果，目前拥有与产品相关的多项核心技术在国内外属首创，产品研发成功将在车用溴化锂吸收式制冷产品方面具有国际领先水平。

1 软件开发

1.1 软件开发必要性

车载溴小型化化锂吸收式制冷机开发工作，属于溴化锂吸收式制冷领域，涉及热力学、传热学、流体力学及机械设计相关学科。其产品研发过程中搭建的试验台、样机的设计计算会引用到大量热力学公式及相关数据，运算过程嵌套繁杂，而查询相关数据更是浪费时间及人力物力，还会引起人为误差。如果有一套能与项目发展相匹配的软件相辅助，会大大提高设计效率及准确度，且经过实践检验的软件更能发挥其应有的积极效应。

1.2 软件开发进展

在小型溴冷机研发项目启动时，便开始了对应的设计程序开发，初期的版本只具有热力计算、传热计算及简单的结构计算和校核计算。随着项目的进展，目前已经具备较全的数据查询功能，制冷试验台温度测量系统的所有温度能自动读取、显示，并能保存成excel记录表，还可以直观的观察到每一个温度测量点的温度变化实时曲线图。

2 软件程序及代码

2.1 主界面

程序一打开就是系统主界面图1，通过菜单可以进行功能选择。

2.2 热力计算

本菜单功能实现了目前的单效溴化锂吸收式制冷机的热力计算过程，包括状态点参数的确定、各换热设备热负荷、各种工作介质和泵的流量。但是经典的单效循环热力计算适宜于大型机组，其系统中有发生器溶液泵、吸收器溶液泵、冷剂泵等再循环过程，其相关计算公式也有差异，所以，针对我们项目的实际过程进行了热力循环过程重新梳理，确定了循环过程中所依循的公式，保证了计算所得数据能够较真实的反映实际运行参数。

2.2.1 状态点参数的确定

该菜单能根据适合本项目试验台热力循环过程的热力计算整套公式进行系统循环中各状态点参数的确定，相关程序界面展示如图2、图3。

热力计算的原则如图2所示。

图3所示为热力计算所需已知条件的确定，相关待定条件如图所示，其中冷却方式为下拉菜单，分为风冷（目前）和水冷（早期）；热源为下拉菜单，分为电热、烟气、热水、蒸汽，目前采用电热，直接给出加热功率即可，其他为填充。

图4所示为热力计算所需设计参数的选定，中间的两个阻力分别是相关结构估算所得数值。循环倍率目前为0，但不排除在吸收处进行再循环的可能性，此处待扩充。

图5所示为最终状态点参数的计算，该界面中只需鼠标单击“计算”按钮，即可得到循环过程中的所有相关参数，难点在于前几个界面中的参数确定。

2.2.2 各换热设备热负荷

此处计算是连接前面“状态点参数”所得数据进行的，相关内容显示如图6。

点击图6中所示的热平衡判断按钮，会弹出热平衡判断界面如图7所示，再单击其中的判断按钮，会得到相应的结果。

2.2.3 各种工作介质和泵的流量

依据最终循环过程进行相关工作介质的流量计算、阻力计算、溶液的浓缩过程计算，具体内容见图8。

溶液浓缩计算功能，实现的是制冷循环起始阶段的溶液提浓过程，会根据具体的条件来计算需要提取出的冷剂水量，并能结合储液管型，计算出储液管的需要长度。

2.3 传热计算

传热计算包括传热系数计算、传热面积计算。由于实验台中所采用换热器形式、材质、结构均是按照前面的三维模型设计加工的，蒸发器采用肋片结构，风冷散热，相关计算程序如图9、图10所示。

2.4 数据查询

对小型溴冷机设计中常用的查表数据，按照线性回归法进行数值化，可直接进行查询图11、图12。

2.5 相关代码

由于程序代码量大，本文只截取其中几个功能对应的代码供读者参考。

2.5.1 “溶液浓缩过程”计算

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”计算

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 “溴化锂比热容”计算

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 “溴化锂导热系数”计算

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 结语

对小型溴冷机研发设计过程中涉及到的标准计算过程及由实验数据得到的经验值，进行软件程序化，会大大提高样机开发效率，避免热力计算过程中出现失误并由此导致的结构设计错误等问题，而且还可以在设计团队中进行共享使用，作为项目的重要输出成果，随着实验方案的不断改进同步进行优化。

参考文献

[1]戴永庆，陆震，等.溴化锂吸收式制冷空调技术实用手册[M].机械工业出版社，1999.

[2]刘瑞新，汪远征.Visual basic程序设计教程[M].机械工业出版社，2004.

[3]廉乐明，李力能.工程热力学[M].中国建筑工业出版社，2003.

[4]张熙民，任泽霈.传热学[M].中国建筑工业出版社，2004.

[5]彦启森.空气调节用制冷技术[M].中国建筑工业出版社，1981.