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车用热泵小管径换热器开发与性能研究

作　者: 韦伟
导　师: 陈江平
学　校: 上海交通大学
专　业: 制冷与低温工程
关键词: 新能源汽车热泵换热器小管径
分类号: U469.7
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
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内容摘要

为解决日益突显的传统资源紧张和城市环境污染问题，我国将发展新能源汽车作为重要战略，在国家各项政策的支持下，国内各汽车企业开展了一系列有关电动、混合动力及燃料电池等新能源汽车的研发和生产。而新能源汽车由于取消了发动机而没有足够的余热，现阶段的冬季取暖通常采用PTC电加热的方式，而电加热取暖的能耗占了新能源汽车总能耗的35%，严重降低新能源汽车的续驶里程。将热泵系统应用于新能源汽车中的方案，因其节能高效而备受国内外研究者和汽车厂商的关注。而传统燃油汽车中普遍采用的全铝平行流换热器，因难以解决凝水排除和结霜化霜问题，无法在热泵系统中使用。在此背景下，本文开展了小管径管片式换热器的开发与研究，具体内容如下：一、建立换热器单体和热泵系统仿真模型，以达到与平行流换热器相同性能为目标，先后设计和优化了四种不同结构和尺寸的小管径管片式换热器。实验结果表明，开发的小管径换热器样件#4在迎风面积相同，且重量仅增加0.23kg的条件下，各项性能与平行流换热器相当，达到设计目标。二、通过实验，研究了小管径管片式换热器和平行流换热器在反复结霜和化霜的情况下，换热器性能的变化情况。结果表明，全铝平行流换热器在反复结霜化霜过程中，不可逆地造成换热器风阻持续上升和换热能力持续下降；而本文开发的小管径管片式换热器，在每次化霜结束后，换热器的风阻和换热能力在每次化霜后能回复到初始状态，可保障热泵系统的正常运行。三、建立电动汽车热泵系统实验台架，对采用本文开发样件的车用热泵系统性能进行了实验研究。结果表明，在制冷工况下制冷量达到2500~3500W，制冷系统COP达到2.5~3.7，已达到传统车用空调的水平；在制热工况下，制热量达到1500~3000W，系统制热COP达到2.5~4.0，制热性能表现优于PTC电加热设备，节能效果明显。

全文目录

摘要  5-6
ABSTRACT  6-11
主要符号表  11-15
第一章绪论  15-24
  1.1 研究背景  15-16
  1.2 国内外研究现状分析  16-23
    1.2.1 车用热泵系统研究现状  16-19
    1.2.2 换热器相关研究  19-23
  1.3 本文主要研究内容  23-24
第二章换热器单体仿真与结构设计  24-38
  2.1 换热器仿真模型  24-30
    2.1.1 基础假设  24
    2.1.2 冷凝器工况制冷剂侧传热与压降模型  24-26
    2.1.3 蒸发器工况制冷剂侧传热与压降模型  26-28
    2.1.4 空气侧传热与压降模型  28-29
    2.1.5 换热器总换热量计算  29-30
  2.2 小管径管片式外部换热器设计  30-33
    2.2.1 平行流对比样件  30-31
    2.2.2 小管径换热器样件#1  31
    2.2.3 小管径换热器样件#2  31-32
    2.2.4 小管径换热器样件#3  32
    2.2.5 小管径换热器样件#4  32-33
  2.3 换热器单体仿真结果  33-36
    2.3.1 仿真工况  33
    2.3.2 仿真结果  33-34
    2.3.3 仿真结果对比  34-36
  2.4 本章小结  36-38
第三章车用热泵系统仿真  38-54
  3.1 新能源汽车热泵系统设计  38-39
    3.1.1 三换热器结构热泵系统  38-39
    3.1.2 四通阀结构热泵系统  39
  3.2 系统主要零部件仿真模型  39-42
    3.2.1 压缩机仿真模型  39-40
    3.2.2 膨胀机构模型  40-41
    3.2.3 气液分离器模型  41-42
    3.2.4 管路模型  42
  3.3 热泵系统仿真模型  42-43
  3.4 系统制冷模式仿真  43-47
    3.4.1 制冷仿真工况  43
    3.4.2 制冷仿真结果  43-45
    3.4.3 制冷结果对比  45-47
  3.5 系统制热模式仿真  47-53
    3.5.1 制热仿真工况  47
    3.5.2 三换热器结构系统制热仿真结果  47-49
    3.5.3 三换热器结构系统制热结果对比  49-51
    3.5.4 四通阀结构系统制热仿真结果  51-52
    3.5.5 四通阀结构系统制热结果对比  52-53
  3.6 本章小结  53-54
第四章样件试制与结霜化霜特性研究  54-61
  4.1 小管径管片式换热器试制  54-55
  4.2 实验测试设备  55-56
  4.3 实验工况  56-57
  4.4 结霜化霜图像分析及对比  57-58
  4.5 换热器结霜化霜性能对比  58-59
  4.6 本章小结  59-61
第五章车用热泵系统性能实验测试  61-78
  5.0 热泵系统零部件选型  61-64
    5.0.1 电动压缩机  61-62
    5.0.2 内部换热器  62
    5.0.3 内部冷凝器  62-63
    5.0.4 热力膨胀阀  63
    5.0.5 电磁阀  63-64
  5.1 实验热泵系统搭建  64-66
  5.2 实验测试设备介绍  66-67
  5.3 实验工况  67-68
  5.4 实验数据处理  68-69
  5.5 实验测试结果  69-76
    5.5.1 三换热器结构系统制冷实验结果  69-72
    5.5.2 三换热器结构系统制热实验结果  72-75
    5.5.3 四通阀结构系统制热实验结果  75-76
  5.6 本章小结  76-78
第六章总结与展望  78-80
  6.1 总结  78
  6.2 研究展望  78-80
参考文献  80-82
致谢  82-83
发表论文、申请专利及奖励情况  83

车用热泵小管径换热器开发与性能研究

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