微通道分液冷凝汽车空调系统性能研究

摘要

本文研发出一款微通道空冷分液冷凝器(LSMC)，并对微通道分液冷凝器进行了理论分析和实验研究及应用。先使用Visual Basic编程语言，选择合适的微通道换热器换热模型和压降模型，对微通道分液冷凝器进行管程结构的设计，得到微通道分液冷凝器的热力性能计算程序。通过实验方法验证程序的有效性及正确性，将实验数据与理论计算值进行比较后，证明了通过选取模型编程来计算微通道分液冷凝器的热力性能的方法是可行的。在本文研究实验条件下，采用Shigeru Koyama换热模型的计算值与实验值的偏差均落在±20％范围以内。Zhang M压降模型的计算值与实验值的偏差基本都在±20％范围以内。管程数(NP)以及每管程管数(TNPP)对分液式微通道冷凝器管内冷凝换热系数和压力降均有明显影响，即合理管程的布置对冷凝器的热力性能有明显的改善，而管程数的选择在换热器优化中占更重要的位置。
　　本文将优化设计得到的冷凝器进行加工，通过搭建汽车空调系统试验台进行系统实验，分析微通道分液冷凝器在汽车空调系统中的性能，同时也加工了结构参数相同的微通道平行流冷凝器(PFMC)，对比研究了两种冷凝器在汽车空调系统中的性能差异。
　　实验结果表明，在标准工况下（室外侧干球温度为35℃，室内干、湿球温度为27℃，19℃，压缩机转速为1800r/min，冷凝器进风风速为4.5m/s）工质为R134a的汽车空调系统中，LSMC系统和PFMC系统分别在制冷剂充注量为1000g和1050g时得到最大COP，此充注量定为系统的最佳匹配充注量。
　　在实验工况下，LSMC系统的COP随着冷凝器进风风速的增大而增大，随着冷凝器进风温度的增大而减小，同时在低转速时的COP比高转速时的COP大。
　　在标准工况下，LSMC系统的制冷剂充注量比PFMC系统的少，LSMC的冷凝温度更加趋近于恒温冷凝，温度变化更小，平均冷凝温度较高，冷凝传热温差较大，更有利于提高冷凝换热量。LSMC能降低制冷剂侧的压降，其比PFMC低的原因主要在于气液分离的作用。与PFMC相比较，在质量流量大3.1％～10.8％的前提下，LSMC的压降还低了7.1％～40.9％。在实验工况下，LSMC系统比PFMC系统的制冷量提高了1.5％～6.7％，两个系统的耗功相当，系统COP总体上提高了2.5％～8.9％。
　　LSMC系统怠速工况和城市工况下的制冷量分别比PFMC系统高出4.5％和4.2％，LSMC系统怠速工况和城市工况下的压缩机耗功分别比PFMC低2.4％和2.2％，LSMC系统怠速工况和城市工况下的COP分别比PFMC高出7.1％和6.6％。在实验工况下，LSMC系统比PFMC系统的火用效率提高了3.5％～10.8％

目录

摘要

物理量名称及符号表

第一章 绪论

1．1 研究背景及意义

1．2 微通道冷凝热力性能的研究现状

1．2．1 微通道管内冷凝传热性能研究

1．2．2 微通道管内冷凝流动阻力研究

1．2．3 微通道冷凝器研究

1．3 管内侧强化冷凝传热的研究

1．4 分液冷凝器介绍

1．4．1 分液冷凝器原理及结构

1．4．2 分液冷凝器的研究现状

1．5 本课题来源及研究内容

第二章 微通道分液冷凝器热力性能计算方法

2．1 前言

2．2 微通道冷凝器热力性能理论计算

2．2．1 冷凝器换热模型计算假设条件

2．2．2 冷凝器冷凝段换热系数计算流程图

2．3 实验验证

2．3．1 微通道平行流冷凝器介绍

2．3．2 实验系统组成

2．3．3 实验操作步骤

2．3．4 实验工况条件

2．3．5 实验数据处理方法

2．3．6 误差分析

2．4 理论计算结果与实验数据比较

2．4．1 管内冷凝换热系数对比

2．4．2 压降对比

2．4．3 理论计算值和实验值比较

2．4．4 平均绝对偏差计算

2．5 微通道分液冷凝器结构优化案例

2．5．1 微通道冷凝器结构

2．5．2 管程优化的案例分析

2．5．3 实验验证

2．6 本章小结

第三章 微通道分液冷凝汽车空调系统性能研究

3．1 前言

3．2 汽车空调系统试验台介绍

3．2．1 实验台及测试装置

3．2．2 实验方法

3．2．3 实验工况

3．2．4 试验台测量不确定度

3．3 冷凝器描述

3．4 实验准备及操作

3．4．1 实验系统检漏及抽真空

3．4．2 充注制冷剂步骤

3．4．3 实验操作步骤

3．5 实验数据处理

3．6 实验结果与分析

3．6．1 系统最佳充注量匹配

3．6．2 冷凝器制冷剂侧压降对比

3．6．3 制冷剂流量对比

3．6．4 系统制冷量对比

3．6．5 压缩机功耗对比

3．6．6 系统能效比(COP)的对比

3．7 本章小结

第四章 平行流冷凝器与分液冷凝器汽车空调系统性能对比研究

4．1 前言

4．2 实验装置及实验件描述

4．2．1 实验装置及方法

4．2．2 实验件描述

4．2．3 冷凝器温度点布置

4．2．4 实验工况

4．3 实验数据处理

4．4 实验结果与分析

4．4．1 冷凝器管壁温度的对比

4．4．2 制冷剂流量对比

4．4．3 冷凝器制冷剂侧压降对比

4．4．4 系统制冷量对比

4．4．5 压缩机功耗对比

4．4．6 系统能效比(COP)的对比

4．4．7 怠速工况和城市工况tI生能对比

4．4．8 系统(火用)效率的对比

4．5 本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文

声明

致谢