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1、汽车空调系统匹配计算摘要 汽车空调的普及，是提高汽车竞争能力的重要手段之一。随着汽车工业的发展 和人们物质生活水平的提高，人们对舒适性，可靠性，安全性的要求愈来愈高。国内近年来，汽车生产厂家越来越多，产量越来越大，大量中高档车需要安装 空调。因此，对汽车空调的研究开发特别重要。本论文针对吉利LG 1空调系统匹配设计，对普通轿车空调系统的设计开发原理 和特点进行了比较系统的阐述第一章概论1.1汽车空调的作用及其发展汽车工业是我国的支柱产业之一，其发展必然会带动汽车空调产业的发展。汽 车空调作为空调技术在汽车上的应用，它能创造车室内热微环境的舒适性，保 持车室内空气温度、湿度、流速、洁净度、噪声和
2、余压等在热舒适的标准范围 内，不仅有利于保护司乘人员的身心健康，提高其工作效率和生活质量，而且 还对增加汽车行始安全性具有积极作用。就世界上汽车空调技术发展的历史来看，其发展的速度也是惊人的。1927年就诞生了较为简单的汽车空调装置，它只承担冬季向乘员供暖和为挡风玻璃除霜 的任务。直到1940年，由美国Packard公司生产出第一台装有制冷机的轿车。1954年才真正将第一台冷暖一体化整体式设备安装在美国Nash牌小汽车上。1964年，在Cadillac轿车中出现了第一台自动控温的汽车空调。1979年，美国和日本共同推出了用微机控制的空调系统，实现了数字显示和最佳控制，标志 着汽车空调已进入生产
3、第四代产品的阶段。汽车空调技术发展至今，其功能已 日趋完善，能对车室进行制冷，采暖，通风换气，除霜（雾），空气净化等。我国空调产业发长速度虽然较快，但是目前国内车用空调系统生产基本上仍是 处于引进技术与开发、研究并举的阶段。1.2汽车空调的特点汽车空调使用的特殊性，决定了它在结构、材料、安装、布置、设计、技术要 求等方面与普通空调，如建筑物空调，有着较大的差别：1）在动力源处理上，车用空调压缩机只能采用开启式的结构型式，这就带来空 调系统轴封要求高，制冷剂容易泄漏的问题。2）作为空调的对象，汽车车室容积狭小，人员密集，其热、湿负荷大，气流分 布难以均匀，要求所选配的车用空调机组制冷量要大，能降
4、温迅速。3）当车用空调装置消耗汽车主发动机的动力时，必须考虑其对汽车动力也操纵 性能的影响，也必须考虑车速变化幅度大或变化频繁，给空调系统制冷剂流量 控制、制冷量控制、系统设计带来的影响。4）汽车本身结构非常紧凑，可供安装空调设备觉得空间极为有限，不仅对车用 空调装置的外形、体积和质量要求较高，而且对其性能和选型也会带来影响。5）汽车是运动中的物体，对汽车空调系统各组成部件的振动、噪声、安全、可 靠等方面的技术要求严格。6） 车用空调装置的结构、外形和布置，必须考虑其对汽车底盘、车身结构件及 汽车行驶稳定性、安全性的影响。第二章 课题的目的及现实意义2.1课题主要目的本空调系统的国产化开发是按
5、照浙江吉利轿车的要求进行系统仿制，本着通用 性和互换性的原则而进行的。本系统参照于日本威驰轿车空调系统，适用于小 型轿车空调系统的研发。压缩机总成的装配位置与原装系统相同，重新设计压缩机支架及涨紧机构，仍 采用V型皮带轮。风机、干燥器、电磁阀及各部件，位置和型号与威驰轿车原装系统选配相同。 管路走向及固定方式与原装基本相同，对接口尺寸按我公司标准做相应的修改。 第三章吉利LG 1空调系统设计计算3.1汽车空调的工作原理汽车空调系统采用的是蒸汽压缩式制冷循环，图3.1为其工作原理图。图3.1汽车空调系统工作原理1 压缩机2排气管3 冷凝器4风扇5、7咼压液管6 干燥储液器8膨胀阀9低压液管10蒸
6、发器11 鼓风机12感温包13吸气管 汽车空调制冷循环主要由下列四个过程组成：1) .压缩过程，低温抵压的制冷剂气体被压缩机吸入，并压缩成高温高压的制 冷剂气体。该过程的主要作用是压缩增压，以便气体液化。这一过程是以消耗 机械功作为补偿的。在压缩过程中，制冷剂状态不发生变化，而温度、压力不 断上升，形成过热气体。2) .冷凝过程.制冷剂气体有压缩机排除后进入冷凝器。此过程的特点是制冷剂 的状态发生变化，即压力和温度不变的情况下，由气态逐渐向液态转变。冷凝 后的制冷剂液体呈高温高压状态。3) .节流膨胀过程，高温高压的制冷剂液体经膨胀阀节流降温降压后进入蒸发器。 该过程的作用是制冷剂降温降压、调
7、节流量、控制制冷能力。其特点是，制冷 剂经膨胀阀时，压力、温度急剧下降，由高温高压液体变成低温低压液体。4) .蒸发过程,制冷剂液体经膨胀阀降温降压后进入蒸发器，吸热制冷后从蒸发 器出口被压缩机吸入。此过程的特点是制冷剂状态有液态变化成气态，此时压 力不变。节流后，低温低压液态制冷剂在蒸发器中不断吸收气化潜热，既吸收 车内的热量又变成低温低压的气体，该气体又被压缩机吸入在进行压缩。压缩机直接由发动机驱动，制冷剂经压缩机做功后变成高温、高压的蒸汽输出 到冷凝器，冷凝器风扇使流经冷凝器的蒸汽温度降低，高温高压蒸汽冷凝成为 较高温度的饱和过冷液体，通过高压液管流入干燥储液器，经干燥和过滤后， 流过膨
8、胀阀。通过膨胀阀的节流作用，制冷剂变成湿蒸汽而进入蒸发器，在定 压下吸收空气中的热量而气化(从而使流经蒸发器的空气的温度降低成为冷气， 并通过鼓风机送入车内，降低车内的空气温度)。气化后的制冷剂变成低温低 压的过热蒸气，其又进入压缩机进行压缩。此即完成了汽车空调的一个制冷循 环。通过制冷剂这样周而复始地循环，即实现了车厢内制冷的目的。3.2对微弛空调系统进行数据采集本系统为仿制系统，外形尺寸于原装系统基本相当。散热板及翅片示意图，由于为仿制所以测量尺寸不够精准，所以其各部分数据 均 需要验算。1、蒸发器设计散热板：宽 Wt=58mm，高 Ht=2.5mm，铝板厚 S t=0.5mm 可得：内部
9、流道尺寸 hH=Ht 2 S t=1mmWh=Wt 2 S t=57mm翅片： 宽度 Wf=58mm，高度Hf=8mm，厚S t=0.1mm 翅片角度 a l=36o间距 Lf=2mm。2、冷凝器设计冷凝器选用平行流式，散热层多孔扁管和翅片结构尺寸：翅片宽度16mm,高度8mm，厚度0.135mm,翅片间距1.5mm，百叶窗角度27C, 扁管外壁面高度2mm，宽度16mm,分4个流层，扁管数目依次是14-9-7-5。取迎面风速4.5m/s。3其他部分由于本身没采用进口件，而且对于本公司来说主要是选配。所以 没有仿制微弛。空调系统设计计算3.3空调系统热负荷计算为了消除车室内多余热量以维持温度恒
10、定，所需要向车室内供应的冷量称为冷 负荷。为了消除车室内多余湿量以维持车室内相对湿度恒定，所需除去的湿量 称为湿负荷。汽车空调热湿负荷的计算，是确定送风量和正确选者空调装置的 依据。1 空调系统冷负荷计算 本系统设计主要是估算冷负荷，以便压缩机的选配和两器的设计，本设计中主 要是针对压缩机的选配，我们采用较容易确定的太阳辐射热QS和玻璃渗入热QG,他们的总合占系统的70%。即可得总负荷，为了安全再取 k=1.05的修正 系数。轿车一般的工况条件：冷凝温度tc=63 蒸发温度te=0 膨胀阀前制冷剂过冷温度 tsc =5，蒸发器 出口制冷剂气体过热度厶tsh=5，压缩机吸气温度ts=10室外温度
11、ti=35 :室内温 度t0=27 ,轿车正常行驶速度ve=40km/h ,压缩机正常转速n=1800r/min.太阳辐射热的确定由于太阳照射，汽车车身温度升高，在温差的作用下，热量以导热方式传如车 室内，太阳辐射是由直射或散射辐射构成，车体外表面由于太阳辐射而提高了 温度，同时向外反射辐射热，因此，车体外表面所受的辐射强度按下式计算：Q1= (IG+IS-IV ) F= (IG+IS ) F其中一一表面吸收系数，深色车体取 =0。9,浅色车体取=0。4;IG 太阳直射辐射强度，取IG=1000W/m2IS 太阳散射辐射强度，取IS=40W/m2IV 车体表面反射辐射强度，单位为 W/m2F车
12、体外表面积，单位为 m2,实测F=1.2m2 可将太阳辐射强度化成相当的温度形式，与室外空气温度叠加在一起，构成太 阳辐射表面的综合温度tm。对车身维护结构由太阳辐射和照射热对流换热两不部分热量组成：Qt=a (tm-tO ) + (tm-ti) *F式中：Qt 太阳辐射及太阳照射得热量，单位为 W;a室外空气与日照表面对流放热系数，单位为W/m2Ktm 日照表面的综和温度，单位为C。K车体围护结构对室内的传热系数，单位为W/m2K ；to车室外设计温度，取为35。ti车室内设计温度，取为27 C。应采用对流换热推测式求解，但是由于车速变化范围大，车身外表面复杂， 难以精确计算，一般采用近似计
13、算公式：=1.163( 4 +12)Wc是汽车行驶速度，可以米用 40km/h计算：代入上式得：a=51.15W/(m2k)取 K=4.8 W / (tf ?K) , & =0.9I= IG+IS=1040 W,因为=所以：=+由于室内外温差不大，上式后项近似 t 0,得：=+ = +35=51.730所以可得：=1145.58W。玻璃窗渗入的热量Qb太阳辐射通过玻璃窗时，一部分被玻璃吸收，提高了玻璃本身的温度，然后通 过温差传热将热量导入车室内，另有大部分热量将通过玻璃直接射入车内，玻 璃的渗入热量是由温差传热和辐射热两部分组成。=? ( - ) + ?上式中，A 玻璃窗面积，A=2.63m
14、2;K 玻璃窗的传热系数，K=6.4W/(m2K);tB玻璃外表面温度，取车室外温度，350；ti 车室外温度，270C玻璃窗遮阳系数，C=0.6非单层玻璃的校正系数，=1通过单层玻璃的太阳辐射强度qb = + 单位为(W/ tf);通过玻璃窗的太阳直射透射率，取 =0.84通过玻璃窗的太阳散射透射率，取 =0.08将以上各参数代入式可得：Qb=1465.22W制冷量的确定Qg = (Qt + Qb ) /70%= (1145.58+1465.22) /0.7=3729.7W实际冷负荷Qs= kQg=1.05*3729.7=3916.19故而，机组制冷量取 Q0=4000W。 即可压缩机的选配
15、大部分汽车空调压缩机由发动机驱动，压缩机的转速与发动机呈一定的比例， 在很大的范围内同步变化，再加上其固定是通过支架与发动机刚性的连接，工 作条件非常的差，因此对汽车空调压缩机有比家用空调压缩机更高的要求。 汽车空调制冷系统对压缩机的要求：1. 在设计选用压缩机时，应能保证在极端情况下任能具令人满意的降温性能。2. 有良好的低温性能，在怠速和底速运转时，具有较大的制冷能力和效率。3 降温速率要快，即成员进入车室后，在最短的时间内满足成员的舒适性要求。4. 压缩机内部运动机构应便于实现变排量控制。5. 压缩机要具有高温高压的保护性能。6. 压缩机在发动机室内的安装位置应便于拆卸和维修。7. 由于汽车经常在颠簸的道路上高速行驶，而且压缩机又通过支架与发动机或 底盘刚性的连接，因此要求压缩机有良好的抗振性。冷凝温度tc=63 蒸发温度te=O :膨胀阀前制冷剂过冷温度 tsc =5，。蒸发器出 口制冷剂气体过热度 tsh=5,压缩机吸气温度ts=10 :室外温度ti=35 :室内温度 t0=27 ,轿车正常行驶速度 ve=40km/h ,压缩机正常转速n=1800r/min.
