大客车空调换热器结构分析与性能优化研究

论文摘要

大客车空调基本上安装在客车顶部,客车行驶时冷凝器进风受到了切面风速阻力,其换热效果比静止时降低了10%以上。为了保持客车行驶在35℃的高温环境中,车箱内外温差能达到10℃,冷凝器的散热效果最关键,其换热面积通常达到蒸发器的1.4?1.6倍。因此提高冷凝器的换热效率,减少换热面积,降低整套产品重量,是客车空调产品改进和研究的重点课题。目前客车空调中冷凝器主要采用的是φ9.52铜管,为提高传热性能,有用φ7mm铜管替代φ9.52铜管的趋势。本文研究采用φ7mm替代φ9.52mm铜管换热器的传热与流阻特性。基于传热与流体力学理论,对采用R134a工质的大客车空调制冷量为30KW的蒸发器、冷凝器进行了结构改进后的传热与流阻分析。得出了Ф7铜管冷凝器的传热系数比Ф9.52铜管冷凝器的传热系数大41.3%,管内侧αi则大了138.6%。在改进型的Ф7铜管冷凝器中,增加了过冷循环,使冷凝后流进贮液器的高温高压饱和液体再进入冷凝器铜管中被刚流进冷凝器的空气冷却,可以使系统制冷量增大约5%。针对使用过程中出现由于风阻过大而造成风速低,风量小,蒸发器的换热效率低,通过改变蒸发器的管排布置形式及制冷剂流程的分布,达到提高换热效率,改进后的蒸发器采用铜管斜排的布管方式,使迎风面积减少了14.4%,迎面风速增加了20%。同时铜管减少了一排,使空气流经蒸发器时与翅片的换热性能提高了19.9%,并且总传热系数K0增大了8.3%,从而使传热面积得以减少,蒸发器重量减少3.25Kg。依据相应的标准CJ/T 134—2001《城市公交空调客车空调系统技术条件》与QC/T 658—2000《汽车空调整车降温性能试验方法》对空调蒸发器和冷凝器进行试验测试。在名义转速下,改进型客车空调机实测制冷量为28.22KW,压缩机消耗功率为12.54KW,压缩机的能效比为2.22,改进型空调机的制冷量提高了3.2%,能效比提高了5.3%。在1800r/min,2100r/min,2500r/min三种转速下,改进型的平均制冷量提高了3.4%,压缩机平均能效比提高了6.4%。在相同试验条件下,改进型空调系统的制冷剂充注量为7.8Kg,只有通用型的62%,节省了4.7KgR134a制冷剂。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 大客车空调简介
• 1.2.1 大客车空调的发展
• 1.2.2 大客车空调的基本结构及特点
• 1.3 影响大客车空调性能的关键因素
• 1.3.1 发动机工况特点对空调性能的影响
• 1.3.2 振动对可靠性的影响
• 1.3.3 车辆行驶时风阻对冷凝器换热性能的影响
• 1.4 选题背景
• 1.4.1 课题来源
• 1.4.2 研究的意义
• 1.4.3 研究的目的
• 1.4.4 国内外研究现状
• 1.5 本论文开展的工作
• 第二章 铜管铝片（管片）式换热器概述
• 2.1 管片式换热器特点及换热性能研究
• 2.1.1 管片式换热器特点
• 2.1.2 铜管
• 2.1.2.1 光管与内螺纹管
• 2.1.2.2 φ9.52 与φ7 管
• 2.1.3 铝箔材料的选择及结构型式
• 2.2 管片式换热器生产工艺要求
• 2.2.1 选用模具
• 2.2.2 弯管与套片
• 2.2.3 胀管与清洗
• 2.3 换热器表面处理
• 2.4 管片式换热器在大客车空调中的应用
• 2.5 本章小节
• 第三章 冷凝器结构设计优化研究
• 3.1 冷凝器在大客车空调中的布置方式
• 3.1.1 迎风式
• 3.1.2 两侧式
• 3.2 冷凝器优化方案
• 3.2.1 改型前产品结构
• 3.2.2 改型后产品结构
• 3.3 冷凝器结构改进研究
• 3.3.1 改进后冷凝器的理论计算
• 3.3.2 改进前冷凝器的理论计算
• 3.3.3 改进前后参数对比及结果分析
• 3.4 本章小结
• 第四章 蒸发器结构设计优化研究
• 4.1 蒸发器结构形式改进
• 4.1.1 客车空调中通用的蒸发器结构及流程分布
• 4.1.2 改进后的蒸发器结构及流程分布
• 4.2 改进前后的蒸发器计算
• 4.2.1 通用型结构换热设计计算
• 4.2.2 改进后蒸发器的热力计算
• 4.2.3 改进前后蒸发器的参数对比分析
• 4.3 本章小结
• 第五章 两器性能试验及结果分析
• 5.1 试验装置
• 5.2 试验方法
• 5.2.1 试验条件
• 5.2.2 试验程序
• 5.3 试验数据处理及试验结果
• 5.3.1 试验数据处理
• 5.3.2 试验结果
• 5.3.2.1 改进后产品试验结果
• 5.3.2.2 改进前产品试验结果
• 5.3.3 试验结果分析
• 5.3.3.1 三种工况下制冷量与能效比对比
• 5.4 本章小结
• 第六章 冷凝器动态气流优化对制冷系统的影响研究
• 6.1 引言
• 6.2 动态与静态的参数测试
• 6.3 冷却气流动态优化
• 6.3.1 优化分析
• 6.3.2 优化措施
• 6.3.2.1 改进冷凝器盖板设计
• 6.3.2.2 改进冷凝风机排风保护罩
• 6.4 优化设计后的动态测试
• 6.5 本章小结
• 结论与展望
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的论文
• 致谢