电磁制冷系统FloMASTER仿真模拟

       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。

                               
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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。

                               
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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%。

                               
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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。