Modelli semplificati delle proprietà di fluidi refrigeranti per la simulazione rapida di cicli frigoriferi a compressione di vapore

The goal of this thesis is the realization and implementation of a library of component models of the typical vapor-compression refrigeration cycle, which also includes functions required to evaluate the properties of refrigerant computationally efficient. It was initially studied the general operation of the real system, by analyzing the behavior of the refrigerant, the functionality of individual components, and the interaction of the latter with the environment. The next step was to describe by means of equations some physical properties of the coolant in the thermal conditions of saturation, and extend these properties in the areas of steam, mixture of liquid and vapor and liquid of the refrigerant fluid. The choice has been to take as a reference fluid R134a, as commonly used in the context of refrigeration systems and in the domestic refrigeration in general. Once defined the plans of the property, it was possible to write, thanks to the theoretical study done previously, the equations that describe the dynamic behavior of the components necessary to achieve a thermodynamic cycle. The components described are the evaporator, the compressor, the throttling valve and the condenser. The next section is devoted to the testing of models of the components obtained before, by analyzing the behavior of the single component and then, the final circuit has been tested both in open loop and closed loop so as to recreate the cycle itself. The part implementative and simulation was performed using the software Dymola - Dynamic Modeling Laboratory, version 6.1.

Obiettivo di questo progetto di tesi è la realizzazione e l’implementazione di una libreria di modelli dei componenti del tipico ciclo frigorifero a compressione di vapore, comprendente anche funzioni necessarie a valutare in modo computazionalmente efficiente le proprietà del fluido frigorigeno. Si è inizialmente studiato il funzionamento generale del sistema reale, analizzando il comportamento del fluido frigorigeno, la funzionalità dei singoli componenti, e l’interazione di quest’ultimi con l’ambiente. Il passo successivo è stato descrivere mediante equazioni alcune proprietà termo fisiche del fluido refrigerante nelle condizioni di saturazione, ed estendere tali proprietà nelle zone di vapore, miscela liquido vapore e liquido del fluido frigorigeno. La scelta è stata quella di prendere come riferimento il fluido R134a, in quanto impiegato comunemente nell’ambito di impianti frigoriferi e nella refrigerazione domestica in generale. Una volta definite i piani delle proprietà, si è potuto procedere nel redigere, grazie allo studio teorico fatto in precedenza, le equazioni atte a descrivere il comportamento dinamico dei componenti necessari a realizzare un ciclo termodinamico. I componenti descritti sono l’evaporatore, il compressore, la valvola di laminazione e il condensatore. La sezione successiva è stata dedicata al testing dei modelli dei componenti ricavati in precedenza, analizzando il comportamento del singolo e successivamente componendo il circuito finale, prima in anello aperto e poi chiudendolo in modo da ricreare il ciclo vero e proprio. La parte implementativa e di simulazione è stata effettuata utilizzando il software Dymola – Dynamic Modeling Laboratory, versione 6.1.