多温区冰箱中采用并联双蒸发器可以有效地提高各间室的温度控制精度和冰箱能效。但关于冰箱蒸发器研究主要是针对单蒸发器和串联双蒸发器，到目前为止，关于并联双蒸发器计算机动态性能仿真的研究非常匮乏。并联双蒸发器相较单蒸发器和串联双蒸发器运行模式更加复杂，同时在实际运行过程中，不同运行模式还需要相互切换，因此现有的用于单蒸发器和串联双蒸发器的动态计算方法不能直接用于计算并联双蒸发器复杂的动态性能。
在并联双蒸发器仿真过程中，制冷剂的动态变化主要发生在运行模式切换的过程中，因此描述所有运行模式下蒸发器中制冷剂的状态存在难点。动态性能仿真计算方法需要描述制冷剂不同分布状态下的数学模型，在 11 种模式切换方式中， 数学模型间的光滑连接是保证系统仿真稳定性的关键。在并联双蒸发器不同的运行过程中，两个蒸发器之间有质量和能量的传递，传递过程复杂，计算方法需要保证质量和能量的严格守恒，这就给双蒸发器算 法的开发带来困难。本文为解决以上难点，开发了冰箱并联双蒸发器动态性能计算方法，从而保证快速、精确地实现 并联双蒸发器冰箱系统的动态性能的仿真计算。并联双蒸发器冰箱系统包含冷藏循环制冷回路（如图 1 中 a-b-c-d-e-a）和冷冻循环制冷回路（如图1中 a-b-c-g-f-a），系统控制策略通过三通电磁阀 控制制冷剂的流向，实现了两制冷回路的交替运行。
压缩机开机，三通电磁阀的出口 1 关闭，制冷剂的流向为 a-b-c-g-f-a， 冰箱给冷冻室进行制冷；压缩机开机，三通电磁阀的出口 2 关闭，制冷剂的流向为 a-b-c-d-e-a， 冰箱给冷藏室进行制冷；压缩机保持开机，三通 电磁阀的两出口均关闭，制冷剂通过压缩机，从两个蒸发器进入冷凝器；压缩机关机。动态性能计算方法就是要快速、稳定地计算这四种运行模式循环切换下蒸发器的动态性能。为了能够快速、精确地计算两蒸发器中制冷剂 的状态参数，本文针对并联双蒸发器的运行特点提 出如下计算思路。1）明确并联双蒸发器在所有运行模式下制冷 剂的分布状态。总结并联双蒸发器所有的运行模式以及运行模式切换过程，并分析制冷剂在蒸发器所有运行模式转换前、后的分布状态。2）建立并联双蒸发器在所有分布状态下的计 算模型。开发并联双蒸发器中制冷剂不同分布状态下具体的计算公式，实现所有分布状态下制冷剂状 态参数计算。3）建立并联双蒸发器不同运行模式光滑转换 判断准则。根据制冷剂各分布状态的计算模型计算得到的制冷剂的状态参数应满足光滑转换判断准 则，从而保证并联双蒸发器仿真计算过程中各运行 模式光滑转换。4）开发实现不同运行模式下并联双蒸发器质 量和能量严格守恒的算法，稳定地计算制冷剂在并联双蒸发器不同运行模式切换过程的质量、能量及其他状态参数，保证仿真计算过程收敛。在并联双蒸发器不同运行模式下，蒸发器中制 冷剂分布状态有 4 种基本状态，包括 SH（全过热）、 SH+TP（过热和两相共存）、TP1（进出口均为两相） 和TP2（进口两相/出口饱和），如图 2 所示。
在冰箱实际运行过程中，通过控制 4 种运行模 式相互切换，即任意一种运行模式切换至其他3种运行模式，实现给两箱室制冷的目的。为了避免冷藏蒸发器开机过程中冷冻蒸发器内还残存制冷剂 的问题，冷冻循环结束之后要通过抽真空过程实现制冷剂的再分配而不能直接切换至冷藏循环，因此4种运行模式相互转换的共有11种可能情况。在不同运行模式切换过程中，两蒸发器中制冷剂的分布 状态会发生改变，下面将分别列出11种模式转换 方式下并联双蒸发器转换前后的运行模式，以及模式转换前后两蒸发器中制冷剂的分布状态，如表 1 所示。
1.3 建立制冷剂不同分布状态下质量、能量及其它 状态参数的计算公式 在并联双蒸发器实际运行过程中，2 个蒸发器 之间有质量和能量的传递，为保证计算算法质量和能量的严格守恒，将两蒸发器的总质量和总能量作 为状态参数，这样质量和能量守恒方程就作为基本 控制方程，如公式(1)和公式(2)所示。
1.3.2 制冷剂为两相和过热共存状态（SH+TP）
1.3.3 制冷剂为进出口均为两相（TP1）状态或制冷剂为进口两相/出口饱和（TP2）状态
各模式的判断准则保证了各模式之间的光滑 转换。根据焓值线性分布假设，具体的各模式的判 断准则如表 2 所示。确定两蒸发器在不同运行模式下状态参数的 计算方法如下：1) 首先输入边界条件制冷剂进口质量流量min、 出口质量流量 mout、进口焓 hin、出口焓 hout以及制冷剂侧换热量Q；2) 根据式(1)~式(2)积分计算第i时刻制冷剂的 总质量Mi和总能量Ei ；4) 并联双蒸发器运行模式切换共分为11 种， 不同切换过程，两蒸发器中制冷剂的状态参数确定 流程不同，如果切换模式为模式 1~3 中的 1 种，转到步骤 5）；如果切换模式为模式 4~8 中的 1 种，比 较冷藏、冷冻蒸发器内压力，当冷藏蒸发压力大于冷冻蒸发压力转到步骤 6）；否则转到步骤 5）；如 果切换模式为模式 9~10 中的1种，比较冷藏、冷 冻蒸发器内压力，当冷冻蒸发压力大于冷藏蒸发压力转到步骤 6）；否则转到步骤8）；如果切换模式 为模式 11，转到步骤 8）；5) 假定压力，分别计算冷藏蒸发器和冷冻蒸 发器中制冷剂的状态参数，如果计算的两蒸发器内制冷剂的总质量（总能量）和实际总质量（总能量） 相等时，计算收敛，转到步骤 10）；否则调整压力假定值，重新计算；6) 假设蒸发器内压力，计算冷冻蒸发器中制 冷剂状态参数，如果计算的总能量与实际总能量相等时，计算收敛，转到步骤 7），否则调整压力假定值，重新计算；7) 假设蒸发器内压力，计算冷藏蒸发器中制 冷剂状态参数，如果计算的总质量与实际总质量相等时，计算收敛，转到步骤 10）；否则调整压力假 定值，重新计算；8) 假设压力，计算冷冻蒸发器中制冷剂的状 态参数，如果计算的冷冻蒸发器内制冷剂的总能量与其实际总能量相等时，计算收敛，转到步骤 9）；否则调整压力假定值，重新计算；9) 假设蒸发器内压力，计算冷藏蒸发器中制 冷剂状态参数，如果计算的总能量与实际总能量相等时，计算收敛，转到步骤 10），否则调整压力假 定值，重新计算；10) 输出蒸发器中制冷剂的状态参数，计算 i+1 时刻制冷剂的状态参数。具体算法如图 3 所示。
为了证明计算方法的有效性，本文将提出的计 算方法嵌入到成熟的冰箱系统仿真软件[文献：杨丛彦, 赵丹, 丁国良, 等. 多类型冰箱部件及系统仿真软件开发[C]// 中国家用电器技术大会论文集. 北京:《电器》杂志社, 2015: 37-46.]中，仿真软件在个人电脑（Intel Pentium D CPU 2.66 GHz；1024 MB RAM）模拟测试冰箱实际运行 24 小时的 动态性能，仿真所花费的时间在 300 秒以内，并将仿真结果中蒸发器中制冷剂的状态参数与实验测试结果[文献：赵丹. 面向制冷空调装置快速稳定仿真的部件模型拓展及系统仿真平台开发[D].上海: 上海交通大学,2014.]进行比较，其中温度测量精度为±0.3ºC， 制冷剂压力测量精度为±0.2%。用于测试的蒸发器 参数如表 3 所示。
采用本文提出的并联双蒸发器计算方法仿真 冰箱蒸发器正常工作时的性能，仿真结果和实验结果吻合很好，结果显示仿真值相对于实验值的相对偏差在均在10%以内，如图 5 所示。
1）通过将制冷剂的分布状态划分为 SH（全过热）、SH+TP（两相和过热共存）、TP1（进出口均 为两相）以及 TP2（进口两相/出口饱和）4 种分布状态，给出制冷剂四种分布状态下质量、能量及其 他状态参数的计算公式，可以实现并联双蒸发器所 有运行模式下动态性能计算；2）依据焓值线性分布假设，将制冷剂的密度Pcal和空泡系数Ycal作为判定参数，可以实现制冷剂各分布状态计算模型光滑转换，从而保证了并联双 蒸发器动态性能仿真计算方法稳定性。发器动态性能算法，计算蒸发器正常工作时的动态 性能与实验结果吻合良好，结果显示仿真值和实验 值的相对偏差在均在 10%以内。在个人电脑仿真 24 h 性能所花费的时间仿真小于 300 s，满足设计要求。
版权声明：本文作者杨丛彦，赵丹，胡海涛等；由制冷空调换热器联盟编辑整理，版权归属原作者，转载请注明来源。
