压缩机是汽车空调系统

1、压缩机是汽车空调系统的重要组成部分，其作用是将来自于蒸发器的低温低压的制冷剂气体压缩成高温高压气体，并将其送进冷凝器，从而确保制冷循环的正常进行。压缩机性能优劣在某种程度上直接会影响汽车空调系统的能耗、噪音污染以及工作的可靠性。现在汽车空调上应用的压缩机种类至少不低于3a种。因其运行方式不同分往复式与旋转式，根据其主要零件形状的不同，又有如下具体分类：空调压缩机的匹配计算步骤是：先根据设计工况和负荷Q0求出所需要的压缩机排气量VP，再根据VP选用压缩机，并根据选用的压缩机校核其实际制冷量。1.选型（1） 单位质量制冷量：q0=h1/-h3/=130KJ/kg（2） 制冷剂质量流量：qm=Q0/

2、q0=0.2799kg/s（3） 压缩机的理论输气量：Vp= qm·v1/=0.03143m3/s（4） 查压缩机产品目录，按压缩机选型原则选择适当的型号，使得压缩机总输气量大于或等于计算的Vp。=D2·S·Z·n式中：为压缩机总输气量（m3/s）；D为气缸直径（m）；S为活塞行程（m）；Z为汽缸数；n为压缩机转速（r/min）。选用6FW8开启式活塞压缩机：D=70mm，S=55mm，Z=6，n=1540 r/min。（5）校核：=D2·S·Z·n=×0.072×0.055×6×15

3、40=0.0321m3/s0.03143m3/s汽车空调系统中的换热器是指冷凝器和蒸发器。由于汽车运行条件的限制，汽车空调系统中的换热器都是采用空气作为冷却介质，即都是所谓的空冷式换热器。对冷凝器来说，压缩机排出的高温高压的制冷剂过热蒸汽进入冷凝器中，制冷剂在管内流动，利用与外界环境的温差，通过传热面把热量传给外界环境空气后，制冷剂蒸汽逐步凝结成高压中温的液体。对蒸发器来说，由节流机构出来的两相状态的低温低压的制冷剂进入蒸发器中，制冷剂在管内流动，利用与车内回风进入蒸发器的空气之间的温差，通过传热面吸收空气的热量，使车内空气降温、除湿，达到制冷的目的。在该过程中由热力计算结果可知： 制冷量约等

4、于1.1倍的热负荷量。Q0=36.387kw，蒸发温度； 制冷剂R134a的循环量为kg/s；已知：进蒸发器的回风温度，相对湿度%；为了便于布置和安装，蒸发器选用管片式蒸发器。分成两个并联的蒸发器。其中一个蒸发器冷负荷为，kW。二、有关结构参数及物性参数：传热管为紫铜管：外径=9.3mm,=0.35mm,机械胀管后尺寸为=10mm，=0.35mm，导热系数=395W/m·K。翅片为铝翅片：翅片厚为=0.15mm，翅片间距=2.2mm，导热系数=236W/m·K。蒸发盘管采用正三角形错排：管间距=25mm，排间距=25×=21.65mm。三、计算蒸发器的几何参数：翻

5、边后总外径： =+2=10+2×0.15=10.3mm1.单位管长的参数值：单位管长肋片表面积：=；单位管长肋片基管外表面积：=；单位管长总外表面积：=+；单位管长管内表面积：=（按胀管后计算）；肋化系数：=；净面比；=。依次代入相关数据得：=0.4163(m2/m),=0.0302(m2/m)四、确定空气在蒸发器内的状态变化过程：在汽车空调中，送回风温差一般为1215。本设计中选温差=13，即出风温度=14；选取相对湿度=85%。空气状态变化过程在h-d图上的表示由给定的回风、出风参数查湿空气的h-d图得出：=55.6kJ/kg干空气，=35.3 kJ/kg干空气，=11.2g/k

6、g干空气，=8.3g/kg干空气。在湿空气的焓湿图上连接空气的进出口状态点1和点2，并延长与饱和空气线（%）相交与点。点的参数是=29.2kJ/kg干空气，=10，=7.6 g/kg干空气。在蒸发器中空气的平均焓值： =+=29.2+=43.1（kJ/kg干空气）在h-d图上按过程线与=43.1kJ/kg干空气的线的交点读得 =19.0，=9.5 g/kg干空气，由此可求得如下的析湿系数： =1+2.46=1+2.46×=1.52五、循环空气量的计算： =3227(kJ/h) 在进口状态下的空气的比容：=0.877（m3/kg）故空气的体积流量为： =1939×0.877=

7、2830（m3/h）六、计算干工况下空气侧换热系数：1.选取迎面风速=2.5m/s。2.最窄截面处空气流动速度 =（m/s）3.取沿空气流动方向的管排数 n=44.沿气流方向的肋片长度为：=n=4×21.65×10-3=0.0866（m）5.计算当量管径： =3.598（mm）6.由可查得：运动粘度m2/s,W/m·K7.计算雷诺数： =式子：的适用范围是=500104；0.180.35；=-4040；=450；=25，上面所得的等均满足此条件。所以可以采用此式计算换热系数，即有： 或： 公式中各项系数分别计算为：=0.518-+-将 代入上式中，得出：=0.15

8、=0.167=0.455+=0.455+0.0066×24.07=0.596=-0.28+=-0.28+=-0.196将上述各项数值代入式中得到： （W/m2·K）考虑到错排应有所放大：取放大系数=1.1 则：（W/m2·K）8.当量换热系数：式中：、分别是三角形的长短边距，因管簇按正三角形排列，所以 =当量翅高： =10.73mm由此可求出凝露工况下的翅片效率：=式中：铝片的导热系数 故当量换热系数：=72.38（W/m2·K）七、R134a在管内蒸发时换热系数的计算：与R134a在管内冷凝时的换热系数方法相同，在计算R134a在管内蒸发时的换热系数，

9、也可以利用相同工况下R12换热系数的计算公式，求出结果后，再乘以修正系数（=1.33）得到R134a在管内蒸发时的换热系数。由热力计算已知：R134a的质量流量=0.1682kg/s=605.52kg/h，估计管内表面热流量=13100W/m2；初步取R134a的质量流速=250kg/m2·s，则R134a的总流通面积为：（m2）每根管子的有效流通截面为：（m2）故蒸发器的分路数为：取；则每一分路R134a的流量为：（kg/s）在，按制冷剂为R12时，查得于是按计算R12管内蒸发时换热系数的公式有： 对上述结果乘以修正系数，则得R134a在管内蒸发时的换热系数：八、传热系数及传热温差

10、的计算：由于R134a与润滑油相互溶解，可忽略管内污垢。设翅片侧污垢热阻、管壁导热热阻和翅片与管壁之间接触热阻之和为4×10-3m2·K/W，则总的传热系数为：如果不计R134a流动阻力对蒸发温度的影响，则传热温差为： （）九、单位热流量及蒸发器结构尺寸的确定：由以上计算结果可得： 或： 用试凑法解上式可得W/m2,与原假设值很接近，故不需要再重新计算。（W/m2）从而可求得所需要的换热面积：（m2） （m2）据此可以确定蒸发器的结构尺寸。所需传热管总长：（m） 迎风面积：（m2）取蒸发器长 =724mm，高 B=250mm，则： （m2）（实际迎风面积）已选管间距 mm，

11、故每排管子数为：深度方向计4排，共可布置40根传热管，其总长为： （m）它大于计算值，约有5%的裕度。十、计算管内换热系数和传热系数：由上面计算可知：W/(m2·K) 传热系数： W/(m2·K)十一、管内流动阻力及其对传热温差的影响的计算：R134a在管内蒸发时的质量流速为：kg/(m2·s)按设计值 (m2)(W/m2)由于沸腾准则数：雷诺准则数： （按查得）于是：摩擦阻力系数： 由图2-1可知，从3/点到4点是等焓节流过程，因而有(kJ/kg)。可查得0时，(KJ/kg)，(KJ/kg)。所以，制冷剂节流后进入蒸发器的干度为：出口干度，则平均干度由，由可得：

12、 弯头个数=10-1=9，局部阻力系数，由于弯头半径(mm)；所以摩擦阻力系数： 由于每根管子长(mm)由下列公式可求出流动阻力的损失 Pa 十二、空气侧的阻力计算：在蒸发器中空气的平均参数：比容： (m3/kg)密度：(kg/m3)空气流过单套翅片管簇，在干工况下的阻力可按下式计算得出：式中：考虑翅片表面粗糙度的系数，对粗糙的翅片表面=0.0113； 沿气流方向的翅片长； Pa根据析湿系数， 查得系数 于是：Pa3.4冷凝器设计计算1.根据热力计算结果确定冷凝器的热负荷Qk由前面的热力计算结果可知，客车空调系统冷凝器热负荷Qk总=50.4kW（制冷剂为R134a）。冷凝器由两个相同的冷凝器并

13、联组成，这样每个冷凝器的热负荷为： Qk=25.20（kW）2.空气流量的确定设冷凝器的进口温度t1=36,相对湿度 =75%；冷凝器出口温度t2=44,空气在冷凝器中的温升为8，则空气流量可由下式确定： V =（m3/s）式中：和应为湿空气（即干空气+水蒸汽）的数值，具体求法如下：根据t2=44, t1=36，可得=40，在此温度下，湿空气的饱和蒸汽压力=73.75×102Pa，故湿空气的含湿量： d=622=622×=36.4（g/kg干空气）故干空气的质量成分： =0.965所以，水蒸气的质量成分： = 1-=1-0.965=0.035已知：干空气的比热 =1.005

14、kJ/kg·；水蒸汽的比热 =1.885kJ/kg·；则：湿空气的比热为：= ·+·=1.005×0.965+1.885×0.035=1.036（ kJ/kg·）湿空气的气体常数为：=·+·=287×0.965+461×0.035=293（J/kg·K）由=0.9053（m3/kg）则湿空气的密度为：=1.1046（kg/m3）于是便可确定冷凝器冷却空气流量V。即：V =2.75(m3/s) 3.冷凝器型式及结构尺寸初步规划（1）冷凝器采用管片式结构。制冷剂在管内流动，管外套

15、有铝质肋片、空气掠过管外带走制冷剂放出的热量，达到制冷的目的，其主要参数为：传热管为紫铜管：外径=9.3mm,=0.35mm,机械胀管后尺寸为=10mm，=0.35mm，导热系数=395W/m·K。传热片为平铝片：翅片厚为=0.15mm，翅片间距=2.2mm，导热系数=204W/m·K。（2）采用正三角形错排：管间距=25mm，排间距=25×=21.65 mm，沿空气流动方向管簇设为3排。选择迎面风速为=6m/s。表3-2 主要结构尺寸参数表参数据翻边后总外径mm肋片面积m2/m基管面积m2/m总传热面积m2/m肋化系数内表面积m2/m=+2=+=10.30.41

16、630.03020.446515.280.0308（3）求空气侧换热系数及肋片效率净面比：=；最窄流通截面空气流速=；=；=。依次代入式中各参数值得：=0.5479，=10.95(m/s)，=3.598（mm）取=3排，=3=3×25×=64.95（mm）=18.05 =定性温度为空气进出口平均温度，定性尺寸为当量直径，上式中有关参数为： =0.518-+- 将=18.05代入上式，得=0.329=0.10=0.455+=0.455+0.0066×18.05=0.569=-0.28+=-0.28+=-0.094=对于叉排管束，修正系数为1.1 ，代入数值，得 (W

17、/m2·)（4）翅片效率：对于叉排管束：； ；= = 翅片效率 =0.77 表面效率 （5）求管内侧冷凝换热系数：由于对R12的管内冷凝放热已有较为成熟的公式可供使用，对于R134a的冷凝放热虽然目前国内外已经开展了广泛的研究，但真正实用的公式并不多见。比较简单可行的方法是以R12的计算公式为基础进行计算，然后乘以一个修正系数，即得R134a的计算结果。对管内沸腾放热系数的计算也可采用上述方法进行。a.采用R12时管内冷凝放热系数的计算R12在管内凝结放热根据下式计算： 氟利昂蒸汽在空冷冷凝器管内冷凝时一般处于液态层流层，此方程式可改为：式中：均为物性参数，为管道壁温。假设=50，定

18、性温度为：=55，由此查得：，=18.574. 忽略铜管热阻，由于管内外换热量应相等，故有： ··=···式中：空气进出口平均温度；其余符号意义同前。 2379×3.14×0.0093×=×××解之：=50.5，与假设相近，不再重新计算 =2739×=1524.8（W/m2·）b. R134a管内冷凝放热系数的计算由上面的讨论可知，当制冷剂为R134a时，管内冷凝换热系数为： =1.3×1524.8=1982.24（W/m2·）（6）求传热系数在

19、汽车空调中，冷凝器管外污垢接触热阻可取=0.0002m2·/W，忽略管内污垢热阻，即 （W/m2·K）（7）传热温差 =（8）传热面积为： （m2）所需总管长：（m）（9）冷凝器结构：取冷凝器垂直于气流方向上管子数为16根，沿气流方向上管排数为3排，因而每根管长为： （m）冷凝器宽为 m,深mm，考虑到气流的不均匀因素，设计时，留一定的裕量，取管长为0.72m。迎风面积为：0.72×0.4=0.288（m2）实际风速为：（m/s）与原来的假设值m/s很接近，故不需重新计算。（10）空气横掠整个套片错排管簇时，沿程阻力可由下式计算： ·式中：1.2为错排的

20、修正系数，对于粗糙翅片，=1.2×9.81×0.0113×18.05×(1.099×10.95)1.7=164.8(Pa)（11）冷凝器管内侧压降冷凝时热流密度为：·=51.95×19.73=1024.97（W/m2·）冷凝器共3排，分四路向冷凝器供气。每路12根，由前知，系统的质量流量为kg/s，故有： =(kg/m2·s) 摩擦阻力系数: 冷凝器入口干度出口干度，取平均干度为：，查R134a饱和态下的参数：60时，R134a饱和气体比容为 （m3/kg）,饱和液体比容为 （m3/kg） （m3/kg）

21、弯头总数为 12-1=11个（每路），局部阻力系数，摩擦阻力系数每路肋管直线段长度为 m。据公式：· =18171Pa由于冷凝器内压降的存在，将导致冷凝器出口处对应的的饱和压力下降，从而影响到冷凝器出口的过冷度。但在设计冷凝器时，在冷凝器传热面积上留有一定的裕量，所以冷凝器出口制冷剂的过冷温度可能会低于53。因此，即使制冷剂在冷凝器内存在一定的压力损失，仍能保持所要求的过冷度。3.5.节流机构的匹配设计大多数汽车空调系统的节流机构都是采用热力膨胀阀。设计和选择热力膨胀阀的主要任务是选择热力膨胀阀的型式和容量。在设计和选择热力膨胀阀时需要知道的条件包括：制冷剂的种类、蒸发温度、冷凝温度

22、、蒸发器的热负荷Q0（空调系统制冷量）、蒸发器管路的分路数及液体制冷剂管路的布置等。设计与选择的步骤为：（1）确定膨胀阀两端的压力差： 节流过程的总压差是冷凝压力与蒸发压力之差。即： =-=16.813×105-2.928×105=13.885×105Pa（2）通过热力膨胀阀的制冷剂流量可用下式计算： 式中：通过热力膨胀阀的制冷剂质量流量（kg/h）；通道截面积（m2）；节流阀前液体的密度（kg/m3）；节流阀前后的压差（Pa）；流量系数，无因次。按美国Detroit公司D.D.Wile推荐的公式： =0.02005+ 式中：阀出口制冷剂的比容（m3/kg）查表得

23、：=0.00089(m3/kg)，（kg/m3）（3）确定热力膨胀阀的容量：当通道截面调到最大时，通过节流阀的制冷剂流量达到最大，此时： 即：如果所选择的节流阀其内径（m）满足： 即所选型号满足要求。式中：节流阀所能接受的最大制冷剂流量（kg/s） 每千克工质在蒸发温度条件下的制冷量（kJ/kg） 节流阀所对应的蒸发温度回路的总制冷量但是如果所选的太大，却会给调节带来困难。因此，选择时，一般考虑使在1.52.0范围内，综上所述，具体计算结果如下：=0.02005+ =0.66 查FPF型热力膨胀阀技术数据，试选用Dg3FPF型热力膨胀阀，=3mm，则： =28464.81×0.003

24、2=0.256（kg/s）故：=0.256×130=33.3（kW）=21.868（kW）；满足要求。且： 在1.52.0的范围内，满足要求。 故：热力膨胀阀选用Dg3FPF型热力膨胀阀，其接管规格为： 进口：（mm）；出口：（mm）。3.6蓄电池种类选择作为储能元件之一的蓄电池被应用于电量的存储，当对外放电之后允许继续充电，且是反复多次的。在众多的蓄电池种类中，相对来说比较突出的有铅酸蓄电池、键氢蓄电池与锂离子蓄电池。不同储能技术在比功率、比能量、充电技术、使用寿命、安全性及成本等方面存在各自的优势及不足13。法国物理学家在1859年发明了工业用铅酸蓄电池。目前在汽车领域中应用最为

25、广泛的也是铅酸蓄电池，它作为汽车内部各种电器设备的电源在汽车领域中应用也已有多年的历史。传统的铅酸蓄电池容量大，价格便宜，性价比很高，放电性能相对来说较好，承受冲击负荷的能力强，良好的高温性能能够在-40-60的温度范围内正常工作，没有记忆效应，识别荷电状态相对容易，易于浮充，允许多次循环使用以及原材料多等等优点。但同时蓄电池也有很多缺点，比如低的比能量与能量密度、相对偏大的体积、操作步骤与维护过程复杂以及寿命短等。相比传统铅酸蓄电池，阀控密封铅酸蓄电池在技术方面得到了很大提高，是现在的最新产品。其重量、体积和自放电率均变小，使用和维护都变得更为简单、使用寿命变长、腐烛减少，污染降低等。综上考虑，首选铅酸蓄电池为电动空调系统供能，但同时应结合实际情况，例如应考虑配备蓄电池体积是否符合车内空间，否则就应选比能量相对高一点的锂电池。§2.6 汽车空调系统管路设计考虑到车身