Massenstrombestimmung eines thermostatischen Expansionsventils in Fahrzeug-Klimaanlagen

摘要

Die wachsenden Anforderungen an das Ger?uschverhalten der Klimaanlagen in Fahrzeugen stellen zunehmend h?here Anforderungen an deren akustische Optimierung. Dabei führen die gestiegenen Komfortanforderungen der Kunden hinsichtlich Klimatisierung und Innenraumger?usch einerseits zu immer komplexeren Anlagen, w?hrend andererseits das Ger?uschniveau der Fahrzeuge selbst stetig weiter gesenkt wird und dadurch die Ger?usche der Nebenaggregate immer st?rker in den Vordergrund treten. Diese Tendenzen werden durch die Hybridisierung der Fahrzeuge bis hin zur Einführung reiner Elektrofahrzeuge noch weiter verst?rkt. Eine wichtige Komponente im Zusammenhang mit der Ger?uschentwicklung von Klimaanlagen stellt das Expansionsventil dar, da es in unmittelbarer N?he zum Verdampfer und damit zum Fahrzeug-Innenraum verbaut wird. Um zukünftig in der Lage zu sein, das Ger?uschverhalten der thermostatischen Expansionsventile besser vorhersagen zu k?nnen, soll in einem ersten Schritt ein geeignetes CFD-Berechnungsmodell aufgebaut werden, mit dem der zu erwartende Massenstrom durch ein solches Ventil bei unterschiedlichen Betriebsbedingungen berechnet werden kann und so die zuverl?ssige Vorhersage des str?mungsmechanischen Verhaltens von thermostatischen Expansionsventilen in Fahrzeug-Klimaanlagen m?glich wird. Diese Berechnungen werden zun?chst jeweils für ein inkompressibles Fluid (Wasser) und für ein kompressibles Fluid (Luft) durchgeführt, wobei jeweils eine erste analytische 1D-Berechnung, eine 2D-CFD-Simulation und eine 3D-CFD-Simulation durchgeführt wird. Die erhaltenen Simulationsergebnisse werden dann für die Luftstr?mung mit geeigneten Prüf- standsversuchen verifiziert. Für die Durchstr?mung des Ventils mit Luft werden sehr gute Simulationsergebnisse für den berechneten Massenstrom erzielt. Die betragsm??igen Abweichungen des Luftmassenstroms zwischen den erhaltenen Prüf- standsergebnissen und den Simulationsrechnungen betragen sowohl bei der 2D- als auch bei der 3D-Berechnung maximal ca. 4 %. Dabei kann festgestellt werden, dass die gr??ten Abweichungen bei hohen Massenstr?men vorliegen. Auf dieser Basis werden auch erste Berechnungen des Massenstroms mit einem K?ltemittel durchgeführt, um den Phasenübergang im Ventil berücksichtigen zu k?nnen. Die im Vergleich zu den Messungen mit K?ltemittel vorhandenen Abweichungen werden dargestellt und es werden Ma?nahmen diskutiert, wie die Simulationsergebnisse noch weiter an die gemessenen Werte angen?hert werden k?nnen.