項(xiàng)目背景
TLK熱電公司的Roland Kossel和布倫瑞克工業(yè)熱電的Nils Christian Strupp等人采用TISC仿真環(huán)境，實(shí)現(xiàn)了基于Dymola和TIL庫(kù)搭建的汽車(chē)空調(diào)系統(tǒng)各子模型的聯(lián)合仿真，并分析了耦合仿真的影響。
如上圖所示，汽車(chē)的空調(diào)系統(tǒng)(HVAC單元)包含5個(gè)部分：1個(gè)壓縮機(jī)，1個(gè)冷凝器，1個(gè)接收器，1個(gè)膨脹裝置，1個(gè)蒸發(fā)器和1個(gè)內(nèi)部換熱器。
空調(diào)系統(tǒng)的工作原理：循環(huán)制冷劑進(jìn)入壓縮機(jī)后被壓縮成高壓，同時(shí)溫度升高。之后制冷劑進(jìn)入冷凝器，向環(huán)境中釋放熱量。在換熱器內(nèi)制冷劑通過(guò)向低壓側(cè)釋放熱量而進(jìn)一步冷卻。然后經(jīng)過(guò)膨脹閥機(jī)構(gòu)(如膨脹閥)膨脹后進(jìn)入低壓。制冷劑通過(guò)蒸發(fā)器后蒸發(fā)。蒸發(fā)過(guò)程中制冷劑從車(chē)廂內(nèi)吸收熱量從而降低了車(chē)廂內(nèi)的溫度。后在換熱器的低壓端，制冷劑過(guò)熱后重新進(jìn)入壓縮機(jī)內(nèi)。
項(xiàng)目方案
使用TIL庫(kù)和Dymola搭建的汽車(chē)制冷循環(huán)閉環(huán)系統(tǒng)，并運(yùn)行仿真。將原有閉環(huán)系統(tǒng)拆分成子模塊，基于TISC做子模塊之間的耦合仿真，并對(duì)比分析兩種仿真方式的特點(diǎn)。
建立R134a蒸發(fā)循環(huán)系統(tǒng)，首先進(jìn)行各元件建模。冷凝器是一個(gè)帶有制冷劑流道的扁平管換熱器。4條流道均被分成5個(gè)控制體積，由于接收器被集成到冷凝器之中，該元件也叫做冷凝接收器，如下圖所示。蒸發(fā)器模型搭建類(lèi)似，分為兩層，每層有3個(gè)通道。每個(gè)通道分隔為5個(gè)腔室。
冷凝器結(jié)構(gòu)示意圖
換熱器模型是一段管路，在管路換熱器中每段管路由5個(gè)腔室，如下圖所示。
壓縮機(jī)模型時(shí)一個(gè)擬定常模型，由3個(gè)效率方程用來(lái)描述壓縮機(jī)的效率：公稱(chēng)容積效率、有效熵效率和等熵壓縮機(jī)效率。
等熵膨脹閥采用伯努利方程公式建模，該方程適用于用于可壓縮和不可壓縮的流體。
下圖展示了閉環(huán)制冷循環(huán)結(jié)構(gòu)，4種顏色表示了4個(gè)耦合模型：壓縮機(jī)，冷凝接收器及換熱器的高壓側(cè)，膨脹閥，蒸發(fā)器及換熱器的低壓側(cè)。
閉環(huán)制冷循環(huán)結(jié)構(gòu)
換熱器拆分后的接口如下圖所示：電阻的設(shè)置是為了延長(zhǎng)系統(tǒng)的時(shí)間常數(shù)，電容是為了認(rèn)為制造溫度狀態(tài)。
換熱器接口結(jié)構(gòu)
實(shí)施效果
單獨(dú)的Dymola模型仿真和基于TISC的拆分后的Dymola子模型聯(lián)合仿真結(jié)果對(duì)比。
●計(jì)算時(shí)間對(duì)比
◆ 在模型完成初始化之后，如果選用了合適的求解算法，聯(lián)合仿真的計(jì)算速度有明顯優(yōu)勢(shì)，會(huì)超過(guò)閉環(huán)仿真的速度。
◆ 實(shí)驗(yàn)過(guò)程中還發(fā)現(xiàn)交互步長(zhǎng)的設(shè)置對(duì)仿真時(shí)間影響很大。
◆ 聯(lián)合仿真對(duì)于不同初始值的設(shè)置有更可靠的計(jì)算，這也可以從一定程度上節(jié)省模型開(kāi)發(fā)的時(shí)間。
●計(jì)算結(jié)果對(duì)比
閉環(huán)仿真和耦合仿真的結(jié)果是一致的，與實(shí)驗(yàn)測(cè)量數(shù)據(jù)存在一定誤差。這說(shuō)明同一模型拆分后進(jìn)行仿真，并不影響計(jì)算精度。
項(xiàng)目?jī)r(jià)值
●將基于Modelica的閉環(huán)系統(tǒng)模型拆分后，利用TISC進(jìn)行聯(lián)合仿真的方法是可行的
●復(fù)雜系統(tǒng)模型拆分后進(jìn)行分布式耦合仿真可以提高仿真效率，縮短仿真時(shí)間。另一方面并不影響仿真精度
