電動汽車空調(diào)渦旋壓縮機(jī)低壓補(bǔ)氣特性模擬研究

第42卷

CocndVlo．電動汽車空調(diào)渦旋壓縮機(jī)低壓補(bǔ)氣特性模擬研究李1，2周光輝212(1西安建筑科技大學(xué)環(huán)境與市政西安710055;2中原工學(xué)院能源與環(huán)境學(xué)院鄭州:為解決超低溫工況下純電動汽車普通熱泵空調(diào)系統(tǒng)運(yùn)行時壓縮機(jī)排氣溫度過高和制熱性能衰減嚴(yán)重，甚至無法正常運(yùn)行等問題設(shè)計(jì)了一種低壓混氣型電動汽車熱泵空調(diào)用渦旋式壓縮機(jī)在課題組前期研究的基礎(chǔ)上建立低壓混氣型渦旋壓縮機(jī)的數(shù)學(xué)模型并用實(shí)驗(yàn)結(jié)果對模擬計(jì)算值進(jìn)行驗(yàn)證。結(jié)果表明模擬值與實(shí)驗(yàn)值最大誤差小于5%該模型能夠較好地預(yù)測系統(tǒng)性能。SimulationstudyonthecharacteristicsofscrollcompressorwiththecomplementgasoflowpressureforelectricvehiclesairconditioningHaijun122u(1SchoolofEnvonmena＆MunciaEgineeringX’anUetofAchecuandTechnology，Xan710055，，2SchoolofEnergy＆EviromentZoguannivesitofTechologyZhengzho450007，:Whentheordinaryheatpumpairconditioningssteofapureelectricvehiclerunsundertheconditionofultralomeauethdischargemarbycompeowillbetoohighandtheheatingcapacityoftheysemwilldecayseriously，willleadtotheheatingsysedoesnotwkInordertosolvethisproblemascrollcompeowitcopemengasoflopressureforpureelectricvehicleheatpumpairconditioningsstewasdesigned，andbasedonpreiminarstudiesofresearchgrouptoestablishthemdeofscrollcompeowitthecmpemngasoflopressure，andtovalidateresultsbewthemuaovaluesandtheexemenasTheresultsshowthattheerrorofmuaovaluesandexpemenvaluesumislessthan5%，theodcanbetterpredictpeomancofthesysem:PureelectricvehceHeapmpCmlemegas，Scrollmrm純電動汽車在節(jié)能和環(huán)保方面相對于傳統(tǒng)汽車而言具有無法比擬的優(yōu)勢］電動機(jī)替代傳統(tǒng)的燃油發(fā)動機(jī)使其動力源改變開發(fā)出一款適用的純電動汽車空調(diào)系統(tǒng)尤為重要。目前傳統(tǒng)的燃油汽車空調(diào)是靠發(fā)動機(jī)驅(qū)動壓縮機(jī)進(jìn)行壓縮實(shí)現(xiàn)制冷依靠發(fā)動機(jī)的冷卻水熱量進(jìn)行制熱和除霜。而純電動汽車的動力源是電動機(jī)冬季的供暖沒有冷卻水進(jìn)行制熱只能依靠PTC或熱泵循環(huán)系統(tǒng)等多種方法實(shí)現(xiàn)供暖?？紤]到純電動汽車電池的容量和汽車的續(xù)駛里程等問題高效節(jié)能就成

為研究純電動汽車空調(diào)系統(tǒng)所的兩大主要題?？諝庠礋岜眯涂照{(diào)系統(tǒng)使用方便制熱系數(shù)高，已經(jīng)普遍應(yīng)用于日常生活中［2］。而將熱泵型空調(diào)區(qū)隨著車外溫度的逐漸降低壓縮機(jī)排氣溫度過高，用于電動汽車的發(fā)展。針對這一問題本文作者設(shè)計(jì)了一種低壓補(bǔ)氣型熱泵空調(diào)系統(tǒng)，有效地解決了低溫工況下系統(tǒng)的制熱系數(shù)較低和壓縮機(jī)排氣溫度過高等問題。為此建立了低壓補(bǔ)氣型渦旋式壓縮機(jī)的數(shù)學(xué)模型并將模擬結(jié)果與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行對比分析。投稿日期201403基金項(xiàng)目:省重點(diǎn)科技攻關(guān)項(xiàng)目(102102310398，112102210515，122102210056);省高等學(xué)校供熱空調(diào)重點(diǎn)學(xué)科開放研究基金課題(033資助。作者簡介:李( )，男高級工程師/博士生主要研究方向?yàn)殡妱悠嚳照{(diào)新技術(shù)制冷技 低壓補(bǔ)氣型熱泵空調(diào)系統(tǒng)如圖1所示補(bǔ)氣型渦旋式壓縮機(jī)結(jié)構(gòu)如圖2所示其原理是渦旋壓縮機(jī)在工作時動定渦盤實(shí)現(xiàn)嚙合與脫離形成多個壓縮腔］。這時由中間換熱器補(bǔ)路出來的制冷劑氣體與從主路經(jīng)過車外換熱器出來的過熱氣體在壓縮機(jī)的吸氣腔低壓側(cè)進(jìn)行混合從而實(shí)現(xiàn)低壓補(bǔ)氣的過程。本系統(tǒng)相對通的熱泵循環(huán)系統(tǒng)其優(yōu)點(diǎn)在于:增加了冷凝器的過冷度從而使系統(tǒng)的制熱量有所提高有效地降低壓縮機(jī)的排氣溫度使系統(tǒng)在低溫工況下能夠安全地運(yùn)行］。圖1Fg1Theflowdagaonmlmegasoflopressuresm1吸氣口2排氣口3動渦盤4定渦盤

程由于補(bǔ)氣混合的過程是瞬時完成的因此分析時可把其看作是絕熱等壓的焓值增加過程其熱力循環(huán)原理如圖3所示。由于補(bǔ)氣的作用使壓縮機(jī)的工作腔內(nèi)制冷劑質(zhì)量持續(xù)增加因此補(bǔ)氣－混合的過程實(shí)際是一個質(zhì)量不斷變化的非穩(wěn)定流］。圖3Fg3Theflowdagraofheatpumpcirculationwithmdleheatexchanger如上所述對于低壓補(bǔ)氣系統(tǒng)而言其補(bǔ)氣過［6］如圖3所示來自中間換熱器的狀態(tài)8制冷劑流入壓縮機(jī)工作腔與腔內(nèi)的過熱氣體狀態(tài)9進(jìn)行混合混合過程看作是等壓增焓的過程這時工作腔內(nèi)的氣態(tài)狀態(tài)由補(bǔ)氣前的狀態(tài)9變?yōu)檠a(bǔ)氣后的9'質(zhì)量也由原來的m1增加到m3。m1主路壓縮機(jī)進(jìn)口制冷劑流量kgsm2:補(bǔ)氣管路壓縮機(jī)進(jìn)口制冷劑流量kgsm3混合后制冷劑流量(kgs)?；旌虾髿怏w焓值h9'5外殼6端蓋72

=m1×h8+m2×Fg2Theagrmofcopleengasportstructurefor系統(tǒng)相比

T9'=f(h9' 制冷技 能參數(shù)如表1所示性作腔與排氣腔連通從熱泵循環(huán)原理圖上可以看出狀態(tài)9'被壓縮到狀態(tài)2'并假設(shè)其過程為等熵過程。由于渦旋壓縮機(jī)屬于固定容積比的壓縮機(jī)能參數(shù)如表1所示性ε=P2'=(

ν×ε== 中ε—壓縮機(jī)容積比k—壓縮過程多變指數(shù)ην—壓縮機(jī)容積效率P2—壓縮機(jī)排氣壓力P9'—吸氣壓力;T2'—壓縮機(jī)排氣溫度T9—壓縮機(jī)工作腔吸氣溫度壓縮功為制熱量Q=m3(h2'－h(huán)5COP=w9'－對于渦旋式壓縮機(jī)吸氣腔制冷劑的混合時間極短混合過程看成是等壓增焓的過程由混合的焓值反算出制冷劑的溫度即壓縮機(jī)吸氣的溫度。補(bǔ)路制冷劑與主路制冷劑混合后有三種狀態(tài):兩相飽和過熱三種狀態(tài)具體處于哪一種狀態(tài)由混合后制冷劑的焓值和主路出口制冷劑壓力對應(yīng)的飽和溫度焓值相比較判別即可得出壓縮機(jī)的吸氣溫度后進(jìn)行壓縮機(jī)內(nèi)壓縮計(jì)算。具體流4所示。本文以某廠生產(chǎn)的渦旋式壓縮機(jī)為例對混氣

圖4Fg4Themptflowdagaofscrollcompeowithcopleengasofwpressure表1ab1Theparaeerofsomeelectric轉(zhuǎn)速范圍/(r/ 2000～吸氣容積/ 最大排氣壓力/ 2最高排氣溫度/ 模擬分析工況為:冬季制熱冷凝溫度為45℃;蒸發(fā)溫度為－10℃－5℃0℃5℃;冷凝器出口過冷度為5℃。模擬計(jì)算值與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)對比如圖5－8所示系統(tǒng)性能參數(shù)隨蒸發(fā)溫度變化時模擬計(jì)算值和實(shí)驗(yàn)值變化趨勢基本一致兩者誤差在5%以內(nèi)其誤差在可接受的范圍內(nèi)所建立的低壓補(bǔ)氣型渦旋式壓縮機(jī)模型基本適用。誤差產(chǎn)生的主要原因是將混氣過程看成理想的絕熱混合而忽略了管路的耗散損失。混合后的模型計(jì)算是將壓縮過程按理想的等熵壓縮而忽略了余隙容積等多方面的不可逆損失實(shí)驗(yàn)過程中壓縮機(jī)的機(jī)械摩擦損失以及電動機(jī)的功耗損失等對實(shí)驗(yàn)數(shù)值產(chǎn)生的影響所以多方面原因會使得模擬計(jì)算值與實(shí)驗(yàn)值產(chǎn)生誤差。制冷技 圖5Fg5Thechangeondischargemuofthecompesoralongwithevaporationmu圖7g7Thechangeontheheatcapacityofmalongwithevaporationempeau從圖5中可以看出隨著蒸發(fā)溫度的降低壓縮機(jī)的排氣溫度逐漸降低。這種情況是因?yàn)榈蛪貉a(bǔ)氣型熱泵空調(diào)系統(tǒng)的補(bǔ)路循環(huán)經(jīng)過中間換熱器后縮機(jī)的吸氣腔時絕熱節(jié)流與主路的制冷劑在吸氣腔絕熱混合使壓縮機(jī)吸入工質(zhì)的過熱度降低所以經(jīng)壓縮機(jī)等熵壓縮后排氣溫度降低。由圖6和圖7可以看出隨著蒸發(fā)溫度的降低壓縮機(jī)的功耗和系統(tǒng)的制熱量都逐漸降低，這是因?yàn)檎舭l(fā)溫度的降低使得壓縮機(jī)的吸氣壓力變低則制冷劑的比容增大使壓縮機(jī)的輸氣量和系造成壓縮機(jī)的功耗和系統(tǒng)的且系統(tǒng)制熱量的降低幅度大于壓(如圖8所示)隨著系統(tǒng)的Ｒ。

圖6Fg6Thechangeonpowerofthecompeoalongwithevaporationempeaur圖8系統(tǒng)EEFg8ThechangeonEEＲofsstealongwithevaporation的動態(tài)特性并用實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行驗(yàn)證其最大誤差小于5則該模型能夠較好地預(yù)測系統(tǒng)性能。［1］田春霞純電動汽車的優(yōu)缺點(diǎn)及發(fā)展制約J．大眾科技，2011121389［2］李園園田金穎