本文關(guān)鍵詞：純電動客車熱泵型空調(diào)系統(tǒng)性能優(yōu)化研究

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【摘要】：作為電動汽車的第二大耗能部件,客車空調(diào)的開啟會降低電動客車25%~30%的行駛里程[1]。電動客車空調(diào)通常為頂置式一體化布置,為減小行車阻力,要求空調(diào)系統(tǒng)的高度盡量小,在有限的高度內(nèi),對純電動客車熱泵空調(diào)進行優(yōu)化設(shè)計,使之緊湊化、輕量化、高效化是當前面臨的一大難題。本課題圍繞10米車型純電動客車變頻熱泵客車空調(diào)性能優(yōu)化進行研究,優(yōu)化目標為在換熱器設(shè)計高度減低的前提下,額定制冷量(制熱量)達到26k W(22k W),制冷(制熱)COP達到3.2(2.8)。主要采取的技術(shù)路線為:實驗獲取數(shù)據(jù),提出優(yōu)化方案,建立熱泵系統(tǒng)仿真模型,用實驗數(shù)據(jù)驗證仿真模型,最后仿真計算出優(yōu)化方案對系統(tǒng)能效的影響。穩(wěn)態(tài)仿真結(jié)果表明逐次應(yīng)用改進型分液組件、小管徑換熱器設(shè)計、頂置式車外側(cè)送風方式到新設(shè)計系統(tǒng),客車空調(diào)系統(tǒng)性能得到較大改善但沒有達到設(shè)計優(yōu)化要求。選用新型高效渦旋壓縮機應(yīng)用到新系統(tǒng)中,仿真結(jié)果表明在考慮風機耗功的基礎(chǔ)上,額定制冷(制熱)工況系統(tǒng)制冷量(制熱量)達到26.477k W(23.387k W),整機制冷(制熱)COP為3.175(2.781),基本達到優(yōu)化設(shè)計目標。研究主要結(jié)論如下:(1)壓縮機轉(zhuǎn)速和環(huán)境溫度會大大影響空調(diào)系統(tǒng)性能,制冷/制熱時最優(yōu)轉(zhuǎn)速為3300rpm/2400rpm,環(huán)境溫度越低制冷性能越好,而制熱性能受車外側(cè)換熱器結(jié)霜的影響。增大車內(nèi)外側(cè)風量能稍微提升制冷性能,對制熱性能影響不大。(2)利用Fluent對分液組件進行結(jié)構(gòu)優(yōu)化模擬研究,優(yōu)化后的分液頭和分配管,其分配不均勻程度分別降低至原分液頭和原分配管的31.369%和29.003%,可以分別提升車內(nèi)側(cè)換熱器和車外側(cè)換熱器換熱量2.347%和8.704%。(3)實驗對比原客車空調(diào)車外側(cè)風機吸風式和壓風式運行時系統(tǒng)性能,由于壓風式增大了流經(jīng)車外側(cè)換熱器空氣的風速和紊流程度,系統(tǒng)換熱性能變好�？蛙嚳照{(diào)系統(tǒng)制冷量由21.870k W增大至25.880k W,制冷COP由2.630增大至3.110,制冷COP增大18.251%。不同車外側(cè)風機布置方案模擬對比結(jié)果顯示:風機前置(D3)、頂置方案(D4)可大大提高空調(diào)系統(tǒng)性能,風機頂置方案表現(xiàn)出更優(yōu)的換熱性能。(4)利用VB平臺搭建了一套完整的客車空調(diào)穩(wěn)態(tài)仿真程序,并根據(jù)測試數(shù)據(jù)進行修正。使用修正后的穩(wěn)態(tài)仿真程序?qū)π略O(shè)計的小管徑換熱器客車空調(diào)系統(tǒng)進行性能仿真對比。不變風機布置方案下小管徑換熱器系統(tǒng)性能低于原系統(tǒng),主要是因為車內(nèi)側(cè)換熱器設(shè)計高度降低了23.077%。將車外側(cè)頂置式吸風應(yīng)用到新系統(tǒng)中,模擬結(jié)果顯示額定制冷(制熱)工況制冷量(制熱量)提升11.527%(18.551%),制冷(制熱)COP提升21.926%(8.716%)。(5)在車外側(cè)風機頂置式布置優(yōu)化基礎(chǔ)上,選用新型高效R410A渦旋壓縮機應(yīng)用到新系統(tǒng)進行模擬,額定制冷工況下制冷量增大至26.477k W,提升11.968%,制冷COP增大至3.831,提升12.170%;額定制熱工況下其制熱量增大至23.387k W,提升了9.015%,制熱COP增大至3.311,提升了2.097%�？紤]風機耗功,制冷(制熱)工況下整機COP為3.175(2.781),基本達到優(yōu)化設(shè)計目標。
【關(guān)鍵詞】：純電動客車 熱泵空調(diào) 小管徑換熱器 分配特性 穩(wěn)態(tài)仿真
【學位授予單位】：華南理工大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：U469.72;U463.851
【目錄】：

• 摘要5-7
• ABSTRACT7-12
• 第一章 緒論12-31
• 1.1 課題研究背景及意義12-13
• 1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀13-27
• 1.2.1 客車空調(diào)的發(fā)展13-15
• 1.2.2 客車空調(diào)布置形式15-17
• 1.2.3 客車空調(diào)壓縮機研究現(xiàn)狀17-19
• 1.2.4 汽車空調(diào)換熱器研究現(xiàn)狀19-21
• 1.2.5 分液組件研究21-24
• 1.2.6 汽車空調(diào)系統(tǒng)研究現(xiàn)狀24-27
• 1.3 空調(diào)系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)仿真27-29
• 1.4 本文的主要工作29-31
• 第二章 純電動客車熱泵空調(diào)系統(tǒng)實驗研究31-46
• 2.1 電動客車熱泵空調(diào)系統(tǒng)介紹31-33
• 2.1.1 電動客車熱泵空調(diào)系統(tǒng)循環(huán)原理31-32
• 2.1.2 電動客車熱泵空調(diào)系統(tǒng)理論循環(huán)32-33
• 2.2 實驗系統(tǒng)介紹33-35
• 2.2.1 測試平臺33-34
• 2.2.2 實驗系統(tǒng)34-35
• 2.3 測試系統(tǒng)35-38
• 2.3.1 主系統(tǒng)壓力、溫度布點圖35-36
• 2.3.2 測試設(shè)備36-37
• 2.3.3 測試工況37-38
• 2.4 測試結(jié)果分析38-44
• 2.4.1 制冷工況穩(wěn)態(tài)性能測試38-41
• 2.4.1.1 額定制冷工況變轉(zhuǎn)速測試38-39
• 2.4.1.2 變室溫制冷測試39-40
• 2.4.1.3 變風量制冷測試40-41
• 2.4.2 制熱工況穩(wěn)態(tài)性能測試41-44
• 2.4.2.1 額定制熱工況變轉(zhuǎn)速測試41-43
• 2.4.2.2 變室溫制熱測試43
• 2.4.2.3 制熱變風量測試43-44
• 2.5 本章小結(jié)44-46
• 第三章 制冷劑分配均勻性研究46-67
• 3.1 電動客車空調(diào)溫度分布均勻性分析46-49
• 3.1.1 制冷工況溫度均勻性分析47-48
• 3.1.2 制熱工況溫度分布均勻性分析48-49
• 3.2 分流器數(shù)值模擬49-54
• 3.2.1 Fluent多相流模型介紹49-50
• 3.2.2 兩相流數(shù)值模擬介紹50-51
• 3.2.3 計算模型51-52
• 3.2.4 數(shù)學模型52-53
• 3.2.5 邊界條件53-54
• 3.3 分液頭數(shù)值模擬54-60
• 3.3.1 節(jié)流喉部直徑對分液效果的影響分析55-57
• 3.3.2 混合腔結(jié)構(gòu)對分液效果影響分析57-58
• 3.3.3 錐形開孔偏離距離對分液頭分液效果影響分析58-60
• 3.4 分配管數(shù)值模擬60-65
• 3.4.1 原分配管建模模擬60-61
• 3.4.2 不同分配管結(jié)構(gòu)模擬61-62
• 3.4.3 帶內(nèi)螺紋的分配管模擬優(yōu)化62-64
• 3.4.4 改進型分配管模擬64-65
• 3.5 本章小結(jié)65-67
• 第四章 小管徑換熱器客車空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計67-77
• 4.1 小管徑換熱器設(shè)計方法67-68
• 4.2 小管徑換熱器設(shè)計公式的確定68-71
• 4.2.1 冷凝工況制冷劑測傳熱和壓降68-69
• 4.2.2 蒸發(fā)工況制冷劑測傳熱和壓降69-70
• 4.2.3 風側(cè)傳熱和壓降70-71
• 4.3 小管徑換熱器設(shè)計71-76
• 4.3.1 制冷工況小管徑換熱器設(shè)計計算71-75
• 4.3.2 制熱工況車內(nèi)側(cè)換熱器（冷凝器）換熱量計算75-76
• 4.4 小結(jié)76-77
• 第五章 車外側(cè)風機布置方案優(yōu)化77-91
• 5.1 吸風式和抽風式風機布置方案實驗對比77-78
• 5.2 不同風機布置方案系統(tǒng)性能模擬方法78-81
• 5.2.1 多孔介質(zhì)模型78-79
• 5.2.2 車外側(cè)風道建模79-80
• 5.2.3 聯(lián)合仿真方法介紹80-81
• 5.3 不同車外側(cè)風機布置方案模擬81-89
• 5.3.1 吸風式和壓風式風機布置方案模擬驗證81-83
• 5.3.2 風機前置不同傾斜角度方案模擬對比83-84
• 5.3.3 風機頂置不同方案模擬對比84-86
• 5.3.4 行駛工況下不同風機布置方案模擬對比86-89
• 5.4 本章小結(jié)89-91
• 第六章 客車空調(diào)系統(tǒng)性能仿真91-103
• 6.1 空調(diào)系統(tǒng)部件仿真模型91-97
• 6.1.1 壓縮機仿真模型91-93
• 6.1.2 風冷翅片管式換熱器仿真模型93-94
• 6.1.3 連接管路模型94-95
• 6.1.4 壓力容器壓降模型95-96
• 6.1.5 換熱介質(zhì)物性計算模型96-97
• 6.2 客車空調(diào)系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)仿真平臺建立97-101
• 6.2.1 計算機仿真系統(tǒng)97
• 6.2.2 系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)仿真算法流程97-100
• 6.2.3 客車空調(diào)仿真系統(tǒng)修正及驗證100-101
• 6.3 本章小結(jié)101-103
• 第七章 客車空調(diào)系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計仿真結(jié)果分析103-111
• 7.1 改進型分液組件對換熱器的影響分析103-104
• 7.2 小管徑換熱器客車空調(diào)系統(tǒng)仿真結(jié)果分析104-106
• 7.3 頂置式小管徑系統(tǒng)能效提升分析106-107
• 7.4 壓縮機對小管徑系統(tǒng)性能影響分析107-109
• 7.5 本章小結(jié)109-111
• 結(jié)論與展望111-115
• 參考文獻115-123
• 攻讀碩士學位期間取得的研究成果123-124
• 致謝124-125
• 附表125

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