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电磁制冷系统FloMASTER仿真模拟
时间:2017-06-19 14:43:10  作者:

1、背景描述

电磁制冷是一种新型的制冷技术,原理是将特殊磁材料放置在不断变化的磁场中,当磁场变化时磁材料的温度也会发生变化。相比传统制冷方式,电磁制冷有以下几个优点:1)无需使用氟利昂、氨等有机制冷剂,减少了制冷剂泄漏可能带来的环境问题;2)无需压缩机,装置结构紧凑,振动及噪声小,可靠性高;3)根据工作环境要求,选用不同的工质,制冷温度跨区大,从极低温制冷到常温制冷都可实现。由于以上特点,电磁制冷主要应用于一些特殊领域,如空间科学和核技术领域。而利用FloMASTER软件,工程师可以分析阀门调节策略对电磁制冷系统性能的影响。


2、技术难点

电磁制冷系统模型如下图所示,AMR为主动式磁蓄冷器,当AMR去磁化时会吸热冷却流体介质,AMR磁化时则会放热,由两个AMR组合工作可以保证总有一个AMR处于吸热状态,由此构成一个热力循环可以进行稳定的制冷,但要实现这一点需要使用阀门不断开关来改变AMR中流体的流动方向,阀门的开启和关闭就会在流路中产生水锤效应,分析水锤对系统性能的影响是设计电磁制冷系统的一个重要环节。

图 1 电磁制冷系统模型

3、案例介绍

使用FloMASTER可以轻松对电磁制冷系统进行水锤分析。本案例中,通过仿真分析发现:阀门开关的频率对系统水锤强度基本没有影响,而流量增大会增加水锤强度。但影响最大的是旋转阀的开度,当旋转阀开度小于8°时会产生比较强的水锤效应(总开度360°),而旋转阀开度大于15°时在AMR切换流动方向期间基本不能阻挡流体通过阀门,这种情况下虽然可以减少水锤但浪费掉一部分流量是系统效率降低。

图 2 系统水锤结果


基于以上结果,最合适的改进方案是在高压阀前和低压阀后增加一个比例回流阀,使得AMR切换流动方向期间流路的流量变化更加平缓,降低水锤效应。根据计算,改进系统后的COP制冷系数为1.34,第二热力学效率为9.55%。

图 3 改进后的电磁制冷系统模型

4、总结

通过使用FloMASTER对电磁制冷系统模型进行瞬态模拟,可以分析系统运行过程中的水锤效应,并根据模拟结果提出优化改进措施。