空调用变频制冷系统非平衡态热动力学研究

空调用变频制冷系统是一个多干扰、参数强耦合、工况多变化的非平衡非线性复杂热力系统，通过系统动态特性研究，为其优化设计、优化控制和部件间的最佳匹配提供基础。稳定而不发生振荡是制冷系统配置和控制的必要条件。因此，本项目首先应用非平衡态热动力学的方法从整体和宏观上研究制冷循环运行稳定性问题的普适性机理和规律。随后深入循环内部，在分析制冷剂的流动和传热特性基础上，建立动态仿真数学模型研究系统非平衡非线性现象。将电子膨胀阀流量调节、变频压缩机变频调节和热交换器能量调节结合起来，分析多输入多输出的交叉耦合特性对系统稳定性的作用机理，使被控系统稳定工作在最佳工作状态。最后，进行实验研究以验证动态模型和稳定机理分析的正确性。通过本项目理论与实验研究，掌握导致不稳定工况发生的主要因素，确定不稳定性发生的界限值，了解不稳定条件下的振荡特性和提出防止不稳定性的有效措施，实现系统的稳定节能控制及提高系统的能效比。

空调系统在为人们创造舒适的工作和生活环境的同时，也引发了巨大的能量消耗，而其中大部分能量消耗在冷热源中。能量转换系统的性能优化，参数设计和动态性能是高效利用能源的关键科学问题。空调用变频冷热源系统是一个多干扰、参数强耦合、工况多变化的非平衡非线性复杂热力系统，其中的热力过程都是以其不可逆性作为共同特征的，在实际运行中，总是受到外部和内部各种各样的扰动影响，例如负荷的波动、环境条件的改变、系统参数的变化等。如果系统不稳定，当它受到扰动时，系统中各物理量就会偏离其稳定工作点，并随时间推移而发散，即使扰动消失了，也不能恢复原来的稳定工作状态。空调用变频冷热源系统在受到扰动后，通过系统内部的自动调节，系统各状态参数不发生周期性或随机性振荡，能够过渡到新的或恢复到原来稳定运行状态的能力称为系统具有稳定性。在空调用变频冷热源系统设计时，应该综合考虑系统稳态的热力学优化性能与动态稳定性，从而选择适当的参数值。基于李雅普夫稳定性理论，研究了不可逆正反向热力循环不同运行工况的优化参数及其动态稳定性，推导了表征系统稳定性的弛豫时间的一般表达式，利用相图分析了各种内外不可逆性如热阻、热漏、内部耗散等对弛豫时间的影响，得出了对于实际不可逆热力系统的设计必须同时考虑稳态的优化性能和动态稳定性能的结论。通过本项目的理论研究，掌握导致空调用变频冷热源系统不稳定工况发生的主要因素，确定不稳定性发生的界限值，了解不稳定条件下的振荡特性和提出防止不稳定性的有效措施，实现系统的稳定节能控制及提高系统的能效比，可以增强系统运行的稳定性、可靠性和高效性，推动空调用变频冷热源系统这项节能新技术进一步巩固和发展。