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原文传递针对电动空气循环制冷系统的优化设计方法

专利名称：	针对电动空气循环制冷系统的优化设计方法
摘要：	本发明公开了一种针对电动空气循环制冷系统的优化设计方法。通过忽略次要变量，选择核心优化变量，在设计和制造工艺条件下限定其变化范围，可以大幅降低优化设计计算量。通过设计系统参数匹配计算算法，将压气机‑涡轮组件进行单独求解。同时，将空气饱和状态进行单独迭代计算，避免了在计算时可能产生的不收敛现象，加快了计算速度。采用燃油代偿损失作为优化设计的目标函数，可以合理反映制冷系统对飞机能效的影响程度。本发明解决了电动空气循环制冷系统在优化设计过程中由于变量众多导致计算量过大、计算效率降低的问题，可以有效提高设计质量，缩短设计周期。
专利类型：	发明专利
国家地区组织代码：	北京;11
申请人：	北京航空航天大学
发明人：	董素君;江泓升;何跃
专利状态：	有效
申请日期：	2019-06-23T00:00:00+0800
发布日期：	2019-09-17T00:00:00+0800
申请号：	CN201910548415.5
公开号：	CN110239721A
代理机构：	北京金恒联合知识产权代理事务所
代理人：	李强
分类号：	B64D13/08(2006.01);B;B64;B64D;B64D13
申请人地址：	100191 北京市海淀区学院路37号
主权项：	1.一种针对电动空气循环制冷系统的快速优化设计方法，其特征在于包括： A)根据电动空气循环制冷系统的组成，结合各部件的特征方程，建立系统计算模型，用于系统参数匹配计算； B)选择核心优化变量，以燃油代偿损失为目标函数，以系统参数匹配作为约束条件，确定电动空气循环系统带约束最优化问题的模型； C)求解上述最优化问题，以获得电动空气循环制冷系统的最佳燃油代偿损失值及其优化方案，其中：所述步骤A)中，电动空气循环制冷系统的部件包括电动压气机、初级换热器、次级换热器、压气机、回热器、涡轮、冷凝器、水分离器喷水器，对于所述部件中的至少一个部件的特征方程，计算该部件的温度T、压力p、含湿量d及比焓h，忽略其它次要参数，所述步骤B)中，把电动空气循环系统最优化问题的模型表述为： subject to gi(x)≤0,i＝1,…,Ng hj(x)＝0,j＝1,…,Nh 其中，x为优化设计变量；f:为目标函数；gi(x)≤0为不等式约束条件，Ng为不等式约束条件的数量；hj(x)＝0为等式约束条件，Nh为等式约束条件的数量，所述优化设计变量x为系统水当量比ζ、初级换热器效率ηHX1、冷凝器效率ηcds及电动压气机增压比πec，即 x＝[ζ,ηHX1,ηcds,πec]，所述不等式约束条件包括：各变量的取值范围，根据设计及制造工艺选取，所述等式约束条件为系统计算模型，由各部件特征方程联立构成，所述步骤C)包括：反复计算目标函数即燃油代偿损失的值，根据系统及各关键部件的参数，需要通过系统参数匹配计算，确定燃油代偿损失，其中，系统参数匹配计算包括：对于系统计算模型即所述等式约束条件，针对电动空气循环制冷系统，选取压气机作为中间迭代变量，将压气机-涡轮组件进行迭代求解。 2.根据权利要求1所述的针对电动空气循环制冷系统的快速优化设计方法，其特征在于：所述将压气机-涡轮组件进行迭代求解的操作包括： S21)设定系统入口参数，将压力、温度、含湿量、比焓设为冲压空气参数， S22)计算电动压气机出口处多个点处的压力、温度、含湿量、比焓， S23)按设计指标设定系统出口压力、温度、含湿量、比焓， S24)计算冲压空气侧入口处多个点处的参数，其中温度为经过喷水冷却后的温度， S25)计算压气机-涡轮组件参数，包括： S25.0)假设压气机增压比πc， S25.1)根据各部件压降分配，计算多个点处的压力， S25.2)计算涡轮膨胀比， S25.3)计算水分离器前后多个点处的参数，其中，需要对空气饱和状态不明确的物性参数进行迭代计算， S25.4)计算冷凝器冷热两边入口处多个点处的参数，其中，需要对空气饱和状态不明确的物性参数进行迭代计算， S25.5)计算涡轮入口处多个点处的参数，其中，需要对空气饱和状态不明确的物性参数进行迭代计算， S25.6)计算回热器入口处多个点处的参数， S25.7)计算初级换热器、次级换热器多个点处的参数， S25.8)重新计算压气机增压比π′c， S25.9)若πc＝π′c，则结束组件参数计算；否则返回S25.0)， S26)计算风扇出口处多个点处的参数， S27)计算燃油代偿损失， S28)输出参数匹配结果。 3.根据权利要求2所述的针对电动空气循环制冷系统的快速优化设计方法，其特征在于：在S25.3)、S25.4)、S25.5)步骤中，空气涉及相变过程，在空气的比焓h已知的情况下，对空气的温度T、饱和水蒸气分压力ps和饱和含湿量ds迭代计算，所述迭代计算包括： S31)假设温度T， S32)根据温度计算饱和含湿量ds、饱和水蒸气分压力ps， S33)对于水分离器前的状态点，以冲压空气含湿量dram为参考含湿量dref，即dref＝dram，对于水分离器后的状态点，以座舱含湿量dcab为参考含湿量，即dref＝dcab， S34)若饱和含湿量ds>dref，则该点空气未饱和，其含湿量d为参考含湿量，即d＝dref；否则，该点空气处于饱和状态，其含湿量为饱和含湿量，即d＝ds，该点含湿量与参考含湿量间的差值Δd析出为游离水或凝结为冰粒，S35)根据比焓与温度的关系以及S34)中的饱和情况，反算温度T′， S36)若T＝T′则结束迭代计算，否则返回S31)。
所属类别：	发明专利