汽车空调系统两器（蒸发器和冷凝器）建模与仿真

摘要

汽车空调器系统的节能效果直接取决于蒸发器、冷凝器、压缩机和膨胀阀之间动态特性的匹配状态，要达到制冷系统四大部件之间的最佳匹配，首先必须深入了解它们各自的性能特性。汽车空调安装在运动载体上，要求有较高的单位体积和单位重量制冷能力。本文以汽车空调系统中的核心部件冷凝器、蒸发器为对象，研究开发了具有移动边界的反映两器内两相流动及传热过程的动态数学模型，论文的研究工作为提高蒸发器和冷凝器的换热效率，优化其结构参数，合理布置流程，实现系统最佳匹配具有重要的理论指导意义和工程应用价值。 本文主要进行了以下研究工作： 建立了冷凝器、蒸发器的通用动态模型，在通用模型基础上，引入制冷剂(或称为“工质”)特性，建立了可应用于工程的蒸发器模型。为了准确描述两器内工质的运动规律及其通用性，并根据实际工作可能出现的工况，把热交换器分为三个区域——液态区、两相区、气态区，并分别对三个区域描述其守恒方程，所有这些常微分方程构成两器的动态通用动态模型； 为了使开发的模型适应汽车空调系统工况变化的要求，本文在开发的模型中考虑了两器运行中可能发生的所有状态，并采用一种状态控制机制有效地处理模型运行过程中状态的转换，对模型状态参数的跟踪机制实现了状态转换过程中过程参数的光滑过渡； 根据日本制冷空调工程师协会(JSRAE)1998年出版的《Thermodynamic Properties of Pure and Blended Hydrofluorocarbon(HFC)Refrigerants》中推荐的方法和数据，本文采用自由能方法(通过该方法建立的R134a方程已别被国际能源机构(IEA)做为计算R134a物性的标准方程)开发了R134a的热物性计算程序，作为两器模型的结构方程。 在上述研究工作的基础上，本文设计了不同的仿真试验方案，以蒸发器为例对该模型进行了校核及仿真分析。仿真试验结果表明：本文建立的模型可在宽广的范围内运行，保证仿真模型经历各种状态变化，即蒸发器可在液体区、蒸汽区相互移动。仿真结果曲线表明各参数变化光滑，模型状态的转换方式合理。 今后还需开发节流装置、压缩机和贮液器的仿真模型，最终将所有的部件模型连接起来，就可得到全空调系统的仿真模型，从而为系统优化设计、系统部件的最佳匹配及运行分析奠定基础。

目录

文摘

英文文摘

声明

1绪论

1.1概述

1.2汽车空调特点、现状及发展趋势

1.2.1汽车空调系统组成

1.2.2汽车空调特点

1.2.3汽车空调现状及发展趋势

1.3制冷空调仿真技术现状及发展趋势

1.4本文研究内容

2制冷装置动态特性研究综述

2.1目前存在的问题和研究现状

2.1.1存在的问题

2.1.2国外研究现状

2.1.3国内研究动向

2.2制冷装置动态特性若干问题分析

2.2.1制冷装置动态特性研究方法

2.2.2制冷装置各部件动态特性联结与参数选择

2.2.3制冷装置动态特性的计算机仿真

2.3本章小结

3蒸发器与冷凝器通用两相流移动动态边界数学模型

3.1概述

3.2建模理论

3.3本章小结

3.4 附录

4蒸发器的动态数学与仿真

4.1概述

4.2模型公式

4.2.1区段结构

4.2.2模型方程

4.3状态分析

4.3.1工质物性计算程序

4.3.2状态处理

4.4模型的仿真验证

4.4.1仿真试验一

4.4.2仿真试验二

4.5本章小结

4.6附录

5结论与展望

致 谢

参考文献