利用汽车冷却废热驱动的喷射式空调器及其制冷工质的研究

论文摘要

汽车空调系统在汽车中的重要性日益突出,国际汽车市场竞争日趋激烈,为获得市场,生产出价廉、安全、舒适和低排放的汽车是各大汽车生产商的努力目标。汽车空调系统作为影响汽车舒适性的主要因素之一,已成为汽车市场竞争的主要手段之一。汽车空调运行引起的温室气体排放量约占汽车排气管排放量的2 %～10 % ,随着高性能发动机的使用,这一比例逐渐变大,汽车节能问题也成为各国所关注的焦点。由于汽车燃烧效率比较低,从而大量的能量被排放到大气中,不仅浪费资源,而且还会造成环境污染,因此利用低品位的汽车废热驱动的喷射式制冷系统是解决这些问题的有效途径。为此,本文对利用冷却废热驱动的喷射式制冷系统的主要研究工作和结论有:(1)由于喷射式制冷系统的性能在很大程度上取决于制冷工质的选择,因此建立了喷射式制冷系统分析和工质热物性计算的简单模型,比较了六种新的无污染工质对喷射式制冷系统的影响,通过计算比较本文选用R600a为喷射式制冷系统制冷剂。(2)在一维气体喷射器的热力分析和结构设计模型基础上,研究了气体喷射器的喷射系数计算的理想模型及结构设计与工作参数之间的关系。为制冷量为11.63 kW,载客量为20~30人的中巴汽车设计了利用汽车冷却废热驱动的喷射式制冷系统中的气体喷射器的结构尺寸。(3)对气体喷射器进行流动动力学分析,建立数值模拟所需要用的控制方程,对湍流方程进行了推导,并采用控制体积法对二维问题的控制方程进行离散推导,给出本文气体喷射器的数值计算方法。(4)建立气体喷射器的理想模型,采用大型计算流体动力学软件Fluent对超音速气体喷射器内流体混合过程进行数值模拟,得出了工作参数与气体喷射器性能的关系及各种特征几何参数对气体喷射器性能的影响。同时对气体喷射器的结构尺寸进行优化,得出其最优值。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 汽车余热空调的研究现状
• 1.1.1 汽车余热空调研究的必要性
• 1.1.2 汽车余热空调的可行性分析
• 1.1.3 汽车余热空调系统简介
• 1.2 喷射式制冷系统研究概述
• 1.2.1 压缩一喷射式制冷系统
• 1.2.2 吸收一喷射式制冷系统
• 1.2.3 吸附一喷射式混合制冷系统
• 1.2.4 双喷射式制冷系统
• 1.3 喷射式汽车空调系统研究现状
• 1.4 提高喷射式制冷系统性能系数的关键
• 1.5 本课题的研究任务
• 第二章 喷射式制冷系统工质研究
• 2.1 喷射式制冷系统工质发展现状
• 2.1.1 喷射式制冷工质的发展历史
• 2.1.2 喷射式制冷工质的研究现状
• 2.1.3 制冷系统对制冷剂的要求
• 2.2 喷射式制冷系统工质选择计算
• 2.2.1 喷射式制冷系统 COP 计算方法
• 2.2.2 制冷剂的选择计算
• 2.3 绿色制冷剂R600a的应用状况
• 第三章 气体喷射器的基本设计理论
• 3.1 喷射器的理论研究进展
• 3.1.1 一维设计理论研究进展
• 3.1.2 二维设计理论研究进展
• 3.1.3 一维理论与二维理论的比较
• 3.2 气体喷射器热力学模型建立
• 3.2.1 气体喷射器工作过程分析
• 3.2.2 气体喷射器的热力学简化模型
• 3.3 气体喷射器的几何尺寸
• 3.3.1 喷嘴的几何尺寸
• 3.3.2 混合室及扩压室的几何尺寸
• 3.4 气体喷射器的计算
• 3.4.1 喷射式制冷循环的热力分析
• 3.4.2 喷射器的设计数据
• 3.4.3 喷嘴的选择
• 3.4.4 气体喷射器的结构设计
• 3.5 本章小结
• 第四章 气体喷射器的二维流动模型建立及分析
• 4.1 控制方程的建立
• 4.2 近壁面处的湍流处理
• 4.2.1 处理方法概述
• 4.2.2 k- ε模型壁面函数法
• 4.3 控制方程的离散
• 4.3.1 常用的离散化方法
• 4.3.2 控制方程的离散
• 4.4 气体喷射器的数值计算方法
• 4.4.1 喷射器几何模型的建立
• 4.4.2 计算区域离散化
• 4.4.3 流体物性及边界条件
• 4.4.4 给定求解控制参数
• 4.4.5 求解离散方程
• 4.5 本章小结
• 第五章 气体喷射器的二维流动模型分析
• 5.1 Fluent 软件介绍
• 5.2 气体喷射器的模拟过程
• 5.2.1 气体喷射器的网格划分
• 5.2.2 Fluent 的求解步骤
• 5.3 喷射器内流场模拟结果分析
• 5.4 结构参数对喷射器性能的影响
• 5.4.1 喷嘴出口到混合室的距离对喷射器性能的影响
• 5.4.2 喷嘴结构对喷射器性能的影响
• 5.5 流体工作参数对喷射器性能的影响
• 5.5.1 混合流体压力对喷射器内流场的影响
• 5.5.2 工作流体压力对喷射器内部流场的影响
• 5.5.3 被引射流体压力对喷射器内流场的影响
• 5.6 优化后所得的结果
• 5.7 本章小结
• 第六章 结论和展望
• 参考文献
• 攻读学位期间所发表的学术论文
• 致谢