变排量压缩机汽车空调制冷系统特性分析论文

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1、变排量压缩机汽车空调制冷系统特性分析论文摘要：为了解决变排量压缩机汽车空调系统振荡和蒸发器结霜问题，对该系统稳态特性进行分析。建立了变排量压缩机汽车空调制冷系统稳态模型，模拟结果与试验数据吻合较好。系统存在变排量压缩机定转速定行程、变转速定行程、定转速变行程和变转速变行程四种运行方式，本文对四种方式下汽车空调制冷系统的稳态特性进行了分析。研究首次发现，在变活塞行程情况下，与定行程方式下性能参数一一对应关系不同，蒸发压力、制冷量等系统参数表现为多值对应关系，系统存在“性能带”.freel3到156cm3范围内无

2、级变化。根据变排量压缩机的控制机理和结构特点，图1给出了压缩机模型关系图。首先建立控制阀数学模型从而确定摇板箱压力P,高0.228m，厚0.084m,外表面传热面积5.5m2。蒸发器稳态模型采用集总参数法，将蒸发器分为两相区和过热区两个区域。考虑到汽车空调部件组成特点和求解方便，将冷凝器和储液干燥器组合在一起，储液干燥器作为冷凝器过冷区的一部分。本文研究的冷凝器为平行流冷凝器，传热管为多孔矩形通道扁管，13/9/7/5通道分布,.freel，高0.56m,厚0.02m,外表面传热面积5.58m2。冷凝器稳态模

3、型采用集总参数法，将冷凝器分为过热区、两相区和过冷区三个区域。热力膨胀阀为交叉充注吸附式H型球型快开阀,公称容量为2冷吨。通过热力膨胀阀阀杆受力方程得出阀开度，采用热力膨胀阀流量计算公式计算流经热力膨胀阀的制冷剂流量。将变排量压缩机、蒸发器、冷凝器和储液干燥器和热力膨胀阀四个部件稳态模型按照部件进出口参数关系有机结合，就组成了变排量压缩机汽车空调制冷系统稳态模型。2.3系统稳态模型验证图2为处于行程减小和增大临界状态不同压缩机转速稳态点试验数据和模拟结果的比较，试验条件：在Teai＝25℃，Tcai=33℃，

4、蒸发器高档风速，冷凝器迎面风速2.8m/s。按照试验条件对蒸发压力Pe和制冷量Qe随Nc的变化进行了模拟计算。（a）Pe-Nc关系图（b）Qe-Nc关系图图2系统模型试验验证可以看出，行程减小时临界蒸发压力和临界空调负荷的计算值和试验点吻合较好，行程增大时临界蒸发压力的试验值稍小于计算值，临界空调负荷的试验值稍大于计算值。总体来说，模拟计算和试验数据吻合较好。3特性分析变排量压缩机可以实现定转速定行程、变转速定行程、定转速变行程和变转速变行程四种运行方式，那么变排量压缩机汽车空调制冷系统也就会呈现出四种相应的

5、系统特性。采用系统稳态模型对该四种压缩机运行方式下的系统特性进行分析。3.1定转速定行程时系统稳态特性此时压缩机相当于常用定速定行程压缩机。定转速定行程（最大行程）时系统蒸发压力Pe和制冷量Qe随蒸发器进口空气温度Teai的变化见图3。计算条件：Nc=1500r/min，Tcai=35℃，蒸发器进口空气相对湿度jeai=50％，蒸发器高档风速，冷凝器迎面风速为压缩机转速乘于0.0025。Pe-Teai和Qe-Teai关系均为一条曲线，Pe和Qe均随Teai的增加而增加。此时能够保持最大行程的最小Teai为24

6、.5℃，低于此值，压缩机的活塞行程将变小。3.2定转速定行程时系统稳态特性此时压缩机相当于变频压缩机。变转速定行程（最大行程）时系统不同压缩机转速蒸发压力Pe和制冷量Qe随蒸发器进口空气温度Teai的变化见图4。计算条件：Nc=1500、1750和2000r/min，Tcai=35℃，jeai=50％，蒸发器高档风速，冷凝器迎面风速为压缩机转速乘于0.0025。Pe-Teai和Qe-Teai关系均为一族曲线，Pe和Qe均随Teai和Nc的增加而增加。Nc为1500r/min时保持最大排量时的最小Teai为24

7、.5℃，Nc为1750r/min时保持最大排量时的最小Teai为27.3℃，Nc为2000r/min时保持最大排量时的最小Teai为30.2℃。（a）Pe-Teai关系图（b）Qe-Teai关系图图3定转速定行程系统稳态特性（a）Pe-Teai关系图（b）Qe-Teai关系图图4变转速定行程系统稳态特性3.3定转速变行程时系统稳态特性在定转速变行程方式下，压缩机出现了一个“调节滞区”，吸气压力Ps在此调节滞区变化时活塞行程Sp不会发生变化。变行程情况下压缩机调节滞区映射到系统中会形成定转速变行程方式独特的系统

8、特性。定转速变行程时系统蒸发压力Pe和制冷量Qe随蒸发器进口空气温度Teai的变化见图5。计算条件：Nc=1500r/min，Tcai=35℃，jeai=50％，蒸发器高档风速，冷凝器迎面风速为压缩机转速乘于0.0025。当Teai小于27℃后，系统开始存在变行程状态。在某一行程下，行程增大临界蒸发压力Pe,cu大于行程减小临界蒸发压力Pe,cd，而当Pe,cd≤Pe≤Pe,cu，Sp不会发生变化；