高效离心机物理模型原理 (Physics & Math)

本模型采用 “混合驱动 (Hybrid)” 架构：

  • 物理层 (Physics Layer)：基于热力学卡诺循环，保证能量守恒和趋势正确。
  • 数据层 (Data Layer)：基于 LSBLX350 实测数据，修正压缩机特定工况下的效率。

1. 换热器性能模型 (Heat Exchanger Model)

首先计算 “有效换热温差 (Approach Temperature)”。
不同于固定温差，本模型考虑了 负载率 (Load) 和 流量 (Flow) 对换热效果的动态影响。

\Delta T_{approach} = \Delta T_{design} \times \left(\frac{Q_{load}}{Q_{nom}}\right) \times \left(\frac{Flow_{nom}}{Flow}\right)^{0.8}
  • \Delta T_{design}：设计趋近温差（用户滑块设定，如 0.6°C）。
  • Q_{load}：当前负荷。负荷越低，换热面积越富余，温差越小。
  • Flow：当前流量。流量越大，换热系数越高，温差越小（0.8 次方律）。

计算饱和温度 (Saturation Temps)：

T_{evap\_sat} = T_{chw\_out} - \Delta T_{approach\_evap}
T_{cond\_sat} = T_{cw\_out} + \Delta T_{approach\_cond}

2. 卡诺循环效率 (Carnot Cycle Efficiency)

计算逆卡诺循环的 理论最大 COP（热力学天花板）。
需要将温度转换为开尔文 (K = ^\circ C + 273.15)。

COP_{Carnot} = \frac{T_{evap\_K}}{T_{cond\_K} - T_{evap\_K}}
  • 物理含义：温差 (T_{cond} - T_{evap}) 越小，理论效率越高。

3. 压缩机效率模型 (Compressor Efficiency)

真实压缩机无法达到卡诺效率，主要损失包括：

  1. 等熵效率 (Isentropic Eff)：气动损失、摩擦。
  2. 电机效率 (Motor Eff)：铜损、铁损。

我们定义一个总效率因子 \eta_{total}：

\eta_{total} = f(Load\%) \times \text{ScaleFactor}

LSBLX350 数据拟合曲线 f(Load\%)：
基于您提供的 10 点数据 (100% -> 40%)，我们拟合了以下规律：

  • 40%~60% 负荷：效率最高 (\eta \approx 0.88)
  • 100% 负荷：效率稍降 (\eta \approx 0.82)
  • 极低/极高负荷：效率衰减

最终真实 COP：

COP_{Real} = COP_{Carnot} \times \eta_{total}

4. 能量平衡 (Energy Balance)

根据热力学第一定律，计算机组的电功率和散热量。

输入功率 (Input Power)：

P_{input} = \frac{Q_{load}}{COP_{Real}}

总散热量 (Heat Rejection)：

Q_{reject} = Q_{load} + P_{input}

5. 总结 (Summary)

为什么这个模型比“黑盒模型”更准？

  1. 它是活的：当冷却水温降低时，T_{cond\_K} 降低，COP_{Carnot} 升高，模型会自动预测出“省电”。
  2. 它懂个性：通过 f(Load\%) 记住了 LSBLX350 在低负荷下的神级表现。
  3. 它守规矩：绝对遵循能量守恒，不会算出“甚至都不足以带走输入功”的离谱散热量。