汽車空調(diào)制冷系統(tǒng)設(shè)計(jì)帶開(kāi)題報(bào)告.zip
汽車空調(diào)制冷系統(tǒng)設(shè)計(jì)帶開(kāi)題報(bào)告.zip,汽車空調(diào),制冷系統(tǒng),設(shè)計(jì),開(kāi)題,報(bào)告
任務(wù)書(shū)
論文(設(shè)計(jì))題目：汽車空調(diào)制冷系統(tǒng)設(shè)計(jì)
工作日期：2016年12月12日 ~ 2017年05月19日
1.選題依據(jù):
按照空調(diào)壓縮機(jī)的驅(qū)動(dòng)方式，汽車空調(diào)可分為非獨(dú)立式（主機(jī)驅(qū)動(dòng)）和獨(dú)立式（輔助發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)）。現(xiàn)代汽車的空調(diào)幾乎都采用非獨(dú)立式空調(diào)，是利用汽車的主發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)壓縮機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)。獨(dú)立式汽車空調(diào)是采用獨(dú)立于主發(fā)動(dòng)機(jī)的輔助發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)空調(diào)壓縮機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)，國(guó)外的大型卡車基本采用此類汽車空調(diào)。
2.論文要求(設(shè)計(jì)參數(shù)):
對(duì)空調(diào)系統(tǒng)的硬件電路和軟件系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)。建立汽車空調(diào)風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速和壓縮機(jī)關(guān)閉和開(kāi)啟控制的制模塊，使用簡(jiǎn)化車內(nèi)溫度熱力學(xué)模型在Matlab/Simulink軟件環(huán)境下對(duì)車室 內(nèi)溫度進(jìn)行仿真計(jì)算，以檢驗(yàn)控制效果。
3.個(gè)人工作重點(diǎn):
（1）完成空調(diào)控制系統(tǒng)進(jìn)行硬件電路和軟件程序流程圖設(shè)計(jì)
（2）建立汽車車內(nèi)溫度的控制策略
（3）建立車內(nèi)溫度模糊控制器
（4）使用Matlab/Simulink仿真軟件對(duì)車內(nèi)溫度進(jìn)行仿真計(jì)算
4.時(shí)間安排及應(yīng)完成的工作:
第1周：理解設(shè)計(jì)任務(wù)
第2周：查閱相關(guān)文獻(xiàn)，英文文獻(xiàn)不少于5篇第3周：閱讀文獻(xiàn)，撰寫(xiě)開(kāi)題報(bào)告
第4周：進(jìn)行開(kāi)題報(bào)告答辯。完成外文資料的翻譯。 第5周：冷卻模塊設(shè)計(jì)
第6周：冷卻模塊設(shè)計(jì)
第7周：空調(diào)冷卻系統(tǒng)設(shè)計(jì)第8周：空調(diào)冷卻系統(tǒng)設(shè)計(jì)第9周：空調(diào)冷卻系統(tǒng)設(shè)計(jì)
第10周：空調(diào)冷卻模塊設(shè)計(jì)，準(zhǔn)備4月10日-14日之間的中期檢查，要求有ppt. 第11周：空調(diào)冷卻模塊設(shè)計(jì)
第12周：空調(diào)冷卻模塊設(shè)計(jì)第13周：空調(diào)冷卻模塊設(shè)計(jì)
第14周：整理設(shè)計(jì)資料。撰寫(xiě)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)第15周：總結(jié)設(shè)計(jì)準(zhǔn)備答辯
5.應(yīng)閱讀的基本文獻(xiàn):
[1]Zadeh L A.Outline of a New Approach to Analysis Complex Systems and Decision Processes.IEEEE Transon systems,Man,and Cybernetics ，1973.SMC3:28~44. [2]羅海福，毛義梅，張晶.一種參數(shù)自適應(yīng)模糊 PID 控制器的設(shè)計(jì)與仿真[J].自動(dòng)化與儀器儀表，2011.3:10~12.
[3]王化祥，孫金剛，陳磊.一種新型模糊 PID 調(diào)節(jié)器的設(shè)計(jì)[J].自動(dòng)化儀表，2010:8~10.76 [4]S.Z.He，S.Tan，P.Z.Wang.Fuzzy self-tuning PID controllers,Fuzzy Sets&Syst.，1993:37~46. [5]P.O.Fanger.Thermal comfort analysis and application in environmental engineering.McGraw- Hill，1970.
[6]Development of a fuzzy controller for an automotive HVAC system.Mitsubishi TechnicalInformation，2002.
[7]Moderate thermal environments-Determination of the PMV and PPD indices andspecification of the conditions for thermal comfort.ISO 7730.
[8]Recommended Practice for a Serial Control and Communication Vehicle Network.SAEJ1939-2001.
指導(dǎo)教師簽字：
XX
教研室主任意見(jiàn)：
同意
簽字：XX 2016年12月16日
教學(xué)指導(dǎo)分委會(huì)意見(jiàn)：
同意
簽字：XX 2016年12月17日 學(xué)院公章
進(jìn)度檢查表
第
-4
周
工作進(jìn)展情況
理解設(shè)計(jì)任務(wù)，了解設(shè)計(jì)的工作原理和理論知識(shí)。進(jìn)一步理解設(shè)計(jì)任務(wù)
。注意文獻(xiàn)要查比較新的。閱讀的文獻(xiàn)要進(jìn)行整理和歸類。
2017年01月03日
指導(dǎo)教師意見(jiàn)
進(jìn)一步理解設(shè)計(jì)任務(wù)。注意文獻(xiàn)要查比較新的。閱讀的文獻(xiàn)要進(jìn)行整理和歸類。
指導(dǎo)教師(簽字)：XX 2016年12月19日
第
-3
周
工作進(jìn)展情況
查閱相關(guān)的文獻(xiàn)，完成老師布置的任務(wù)，其中英文文獻(xiàn)不少于五篇。盡快上網(wǎng)把設(shè)計(jì)的完成情況填上！必須按照開(kāi)題報(bào)告要求填寫(xiě)！
2017年01月03日
指導(dǎo)教師意見(jiàn)
盡快上網(wǎng)把設(shè)計(jì)的完成情況填上！必須按照設(shè)置的節(jié)點(diǎn)要求填寫(xiě)！
指導(dǎo)教師(簽字)：XX 2017年01月01日
第
-2
周
工作進(jìn)展情況
閱讀文獻(xiàn)，撰寫(xiě)開(kāi)題報(bào)告。要認(rèn)真按照開(kāi)題報(bào)告的要求填寫(xiě)，包括格式字體 段落要求，做好之后打印開(kāi)題報(bào)告。
2017年01月03日
指導(dǎo)教師意見(jiàn)
盡快上網(wǎng)把設(shè)計(jì)的完成情況填上！必須按照設(shè)置的節(jié)點(diǎn)要求填寫(xiě)！
指導(dǎo)教師(簽字)：XX 2017年01月01日
第
-1
周
工作進(jìn)展情況
撰寫(xiě)ppt，進(jìn)行開(kāi)題報(bào)告答辯。完成外文資料的翻譯，完成文獻(xiàn)的整合 和綜述。
2017年01月03日
指導(dǎo)教師意見(jiàn)
利用本周和假期完成外文翻譯，要求字?jǐn)?shù)是2000漢字以上。
指導(dǎo)教師(簽字)：XX 2017年01月07日
第 1
周
工作進(jìn)展情況
撰寫(xiě)ppt 進(jìn)行汽車空調(diào)冷卻系統(tǒng)的設(shè)計(jì)完成外文資料的翻譯，
2017年06月16日
指導(dǎo)教師意見(jiàn)
嚴(yán)格按照計(jì)劃要求進(jìn)行，并且及時(shí)上網(wǎng)填寫(xiě)完成情況，否則無(wú)法掌握你的進(jìn)度！
指導(dǎo)教師(簽字)：XX 2017年03月22日
第 2
周
工作進(jìn)展情況
撰寫(xiě)ppt 進(jìn)行汽車空調(diào)冷卻系統(tǒng)的設(shè)計(jì)完成汽車空調(diào)壓縮機(jī)的設(shè)計(jì)，
2017年06月16日
指導(dǎo)教師意見(jiàn)
嚴(yán)格按照計(jì)劃要求進(jìn)行，并且及時(shí)上網(wǎng)填寫(xiě)完成情況，否則無(wú)法掌握你的進(jìn)度！
指導(dǎo)教師(簽字)：XX 2017年03月22日
第 3
周
工作進(jìn)展情況
撰寫(xiě)ppt 進(jìn)行汽車空調(diào)冷卻系統(tǒng)的設(shè)計(jì)完成汽車空調(diào)壓縮機(jī)的設(shè)計(jì)，
2017年06月16日
指導(dǎo)教師意見(jiàn)
嚴(yán)格按照計(jì)劃要求進(jìn)行，并且及時(shí)上網(wǎng)填寫(xiě)完成情況，否則無(wú)法掌握你的進(jìn)度！
指導(dǎo)教師(簽字)：XX 2017年03月22日
第 4
周
工作進(jìn)展情況
撰寫(xiě)ppt 進(jìn)行汽車空調(diào)冷卻系統(tǒng)的設(shè)計(jì)完成汽車空調(diào)壓縮機(jī)的設(shè)計(jì)，
2017年06月16日
指導(dǎo)教師意見(jiàn)
嚴(yán)格按照計(jì)劃要求進(jìn)行，并且及時(shí)上網(wǎng)填寫(xiě)完成情況，否則無(wú)法掌握你的進(jìn)度！
指導(dǎo)教師(簽字)：XX 2017年04月18日
第 5
周
工作進(jìn)展情況
撰寫(xiě)ppt 進(jìn)行汽車空調(diào)冷卻系統(tǒng)的設(shè)計(jì)完成汽車空調(diào)壓縮機(jī)的設(shè)計(jì)，
2017年06月16日
指導(dǎo)教師意見(jiàn)
嚴(yán)格按照計(jì)劃要求進(jìn)行，并且及時(shí)上網(wǎng)填寫(xiě)完成情況，否則無(wú)法掌握你的進(jìn)度！
指導(dǎo)教師(簽字)：XX 2017年04月18日
第 6
周
工作進(jìn)展情況
撰寫(xiě)ppt 進(jìn)行汽車空調(diào)冷卻系統(tǒng)的設(shè)計(jì)完成汽車空調(diào)壓縮機(jī)的設(shè)計(jì)，
2017年06月16日
指導(dǎo)教師意見(jiàn)
嚴(yán)格按照計(jì)劃要求進(jìn)行，并且及時(shí)上網(wǎng)填寫(xiě)完成情況，否則無(wú)法掌握你的進(jìn)度！
指導(dǎo)教師(簽字)：XX 2017年04月18日
第 7
周
工作進(jìn)展情況
撰寫(xiě)ppt 進(jìn)行汽車空調(diào)冷卻系統(tǒng)的設(shè)計(jì)完成汽車空調(diào)壓縮機(jī)的設(shè)計(jì)，
2017年06月16日
指導(dǎo)教師意見(jiàn)
嚴(yán)格按照計(jì)劃要求進(jìn)行，并且及時(shí)上網(wǎng)填寫(xiě)完成情況，否則無(wú)法掌握你的進(jìn)度！
指導(dǎo)教師(簽字)：XX 2017年04月18日
第 8
周
工作進(jìn)展情況
撰寫(xiě)ppt 進(jìn)行汽車空調(diào)冷卻系統(tǒng)的設(shè)計(jì)完成汽車空調(diào)壓縮機(jī)的設(shè)計(jì)，
2017年06月16日
指導(dǎo)教師意見(jiàn)
嚴(yán)格按照計(jì)劃要求進(jìn)行，并且及時(shí)上網(wǎng)填寫(xiě)完成情況，否則無(wú)法掌握你的進(jìn)度！
指導(dǎo)教師(簽字)：XX 2017年05月23日
第 9
周
工作進(jìn)展情況
撰寫(xiě)ppt 進(jìn)行汽車空調(diào)冷卻系統(tǒng)的設(shè)計(jì)完成汽車空調(diào)壓縮機(jī)的設(shè)計(jì) 寫(xiě)好畢業(yè)論文和外文翻譯
2017年06月16日
指導(dǎo)教師意見(jiàn)
嚴(yán)格按照計(jì)劃要求進(jìn)行，并且及時(shí)上網(wǎng)填寫(xiě)完成情況，否則無(wú)法掌握你的進(jìn)度！
指導(dǎo)教師(簽字)：XX 2017年05月23日
第 10
周
工作進(jìn)展情況
撰寫(xiě)ppt 進(jìn)行汽車空調(diào)冷卻系統(tǒng)的設(shè)計(jì)完成汽車空調(diào)壓縮機(jī)的設(shè)計(jì) 寫(xiě)好畢業(yè)論文和外文翻譯
2017年06月16日
指導(dǎo)教師意見(jiàn)
嚴(yán)格按照計(jì)劃要求進(jìn)行，并且及時(shí)上網(wǎng)填寫(xiě)完成情況，否則無(wú)法掌握你的進(jìn)度！
指導(dǎo)教師(簽字)：XX 2017年05月23日
第 11
周
工作進(jìn)展情況
撰寫(xiě)ppt 進(jìn)行汽車空調(diào)冷卻系統(tǒng)的設(shè)計(jì)完成汽車空調(diào)壓縮機(jī)的設(shè)計(jì) 寫(xiě)好畢業(yè)論文和外文翻譯 準(zhǔn)備答辯
2017年06月16日
指導(dǎo)教師意見(jiàn)
嚴(yán)格按照計(jì)劃要求進(jìn)行，并且及時(shí)上網(wǎng)填寫(xiě)完成情況，否則無(wú)法掌握你的進(jìn)度！
指導(dǎo)教師(簽字)：XX 2017年05月23日
第 12
周
工作進(jìn)展情況
撰寫(xiě)ppt 進(jìn)行汽車空調(diào)冷卻系統(tǒng)的設(shè)計(jì)完成汽車空調(diào)壓縮機(jī)的設(shè)計(jì) 寫(xiě)好畢業(yè)論文和外文翻譯 準(zhǔn)備答辯
2017年06月16日
指導(dǎo)教師意見(jiàn)
嚴(yán)格按照計(jì)劃要求進(jìn)行，并且及時(shí)上網(wǎng)填寫(xiě)完成情況，否則無(wú)法掌握你的進(jìn)度！
指導(dǎo)教師(簽字)：XX 2017年05月23日
過(guò)程管理評(píng)價(jià)表
評(píng)價(jià)內(nèi)容
具體要求
總分
評(píng)分
工作態(tài)度
態(tài)度認(rèn)真，刻苦努力，作風(fēng)嚴(yán)謹(jǐn)
3
0
遵守紀(jì)律
自覺(jué)遵守學(xué)校有關(guān)規(guī)定，主動(dòng)聯(lián)系指導(dǎo)教師,接受指導(dǎo)
3
0
開(kāi)題報(bào)告
內(nèi)容詳實(shí)，符合規(guī)范要求
5
0
任務(wù)完成
按時(shí)、圓滿完成各項(xiàng)工作任務(wù)
4
0
過(guò)程管理評(píng)分合計(jì)
0
過(guò)程管 理評(píng)語(yǔ)
指導(dǎo)教師簽字:XX 日期:null
指導(dǎo)教師評(píng)價(jià)表
評(píng)價(jià)內(nèi)容
具體要求
總分
評(píng)分
選題質(zhì)量
符合培養(yǎng)目標(biāo)要求,有一定的研究?jī)r(jià)值和實(shí)踐意義,有一定的開(kāi)拓性、創(chuàng)新性,深度、難度適宜,工作量飽滿
5
0
能力水平
有較強(qiáng)的綜合運(yùn)用知識(shí)能力、科研方法運(yùn)用能力、中文表達(dá)與外語(yǔ)能力、文獻(xiàn)資料檢索能力、計(jì)算機(jī)應(yīng)用能力
5
0
完成質(zhì)量
文題相符,概念準(zhǔn)確,分析、論證、計(jì)算、設(shè)計(jì)、實(shí)驗(yàn)等正確合理,結(jié)論明確；論文結(jié)構(gòu)、撰寫(xiě)格式、圖表等符合基本規(guī)
10
0
指導(dǎo)教師評(píng)分合計(jì)
0
指導(dǎo)教 師評(píng)語(yǔ)
指導(dǎo)教師簽字:XX 日期:null
評(píng)閱人評(píng)價(jià)表
評(píng)價(jià)內(nèi)容
具體要求
總分
評(píng)分
選題質(zhì)量
符合培養(yǎng)目標(biāo)要求,有一定的研究?jī)r(jià)值和實(shí)踐意義,有一定的
開(kāi)拓性、創(chuàng)新性,深度、難度適宜,工作量飽滿
5
0
能力水平
有較強(qiáng)的綜合運(yùn)用知識(shí)能力、科研方法運(yùn)用能力、中文表
達(dá)與外語(yǔ)能力、文獻(xiàn)資料檢索能力、計(jì)算機(jī)應(yīng)用能力
5
0
完成質(zhì)量
文題相符,概念準(zhǔn)確,分析、論證、計(jì)算、設(shè)計(jì)、實(shí)驗(yàn)等正確
合理,結(jié)論明確；論文結(jié)構(gòu)、撰寫(xiě)格式、圖表等符合基本規(guī)
10
0
評(píng)閱人評(píng)分合計(jì)
0
評(píng)閱人 評(píng)語(yǔ)
一、選題依據(jù)
1. 研究領(lǐng)域
車輛工程-汽車部件設(shè)計(jì)
2．論文（設(shè)計(jì)）工作的理論意義和應(yīng)用價(jià)值
隨著汽車空調(diào)的普及人們對(duì)于汽車的舒適度日益提高，汽車空調(diào)系統(tǒng)能夠?qū)噧?nèi)空氣的溫度.濕度.清潔度.風(fēng)量和風(fēng)向進(jìn)行調(diào)節(jié)，在空調(diào)系統(tǒng)中，冷卻系統(tǒng)尤為重要， 我們現(xiàn)在采用的冷卻系統(tǒng)多為傳統(tǒng)型。
本次研究主要對(duì)象壓縮機(jī)，壓縮機(jī)作為空調(diào)制冷的心臟，它是使制冷劑在系統(tǒng)內(nèi)循環(huán)的動(dòng)力源。
3．目前研究的概況和發(fā)展趨勢(shì)
汽車空調(diào)作為提高汽車乘坐舒適性的一種重要部件已被廣大汽車制造企業(yè)及消費(fèi)者所認(rèn)可，至 2013 年 8 月止，在國(guó)內(nèi)，國(guó)產(chǎn)轎車空調(diào)裝置率已接近 100%，在其它車型上的裝置率也在逐年提高，汽車空調(diào)汽裝置已成為汽車中具有舉足輕重的功能部件。目前，大部分汽車空調(diào)和發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻系統(tǒng)仍屬于傳統(tǒng)的被動(dòng)系統(tǒng)，只能有限地調(diào)節(jié)發(fā)動(dòng)機(jī)和汽車的熱分布狀態(tài)。但隨著電子技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展，電控零部件技術(shù)成熟，冷卻系統(tǒng)的智能化和自動(dòng)化成為可能。
汽車空調(diào)的未來(lái)是美好的。未來(lái)動(dòng)力車將成為主流，目前自帶空調(diào)的汽車一般在濕度控制功能，空氣通過(guò)冷卻除濕后再被加熱到一定的溫度，以控制車窗除霧并保證乘客舒適性。這一點(diǎn)在新的系統(tǒng)沒(méi)計(jì)中可能會(huì)遇到挑戰(zhàn)，例如在電動(dòng)汽車中使用熱泵型窄調(diào)供暖，能夠提高能源利用率，但要同時(shí)實(shí)現(xiàn)濕度和溫度的控制卻很困難。未來(lái)新型空調(diào)系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)必須與汽車開(kāi)發(fā)同步，以適應(yīng)新的變化：如發(fā)動(dòng)機(jī)效率提高(余熱量減少)、電氣化、混合驅(qū)動(dòng)動(dòng)力及其它新型零部件使用后導(dǎo)致空調(diào)系統(tǒng)特性的變化。
目前國(guó)外汽車空調(diào)非常有潛力的壓縮機(jī)—數(shù)碼渦旋式壓縮機(jī)，數(shù)碼渦旋式壓縮機(jī)突出的優(yōu)點(diǎn)是具有“軸向柔性”這一獨(dú)特的性能，這可使定渦旋盤(pán)在軸向上有少量位移，使定渦旋盤(pán)與動(dòng)渦旋盤(pán)之間始終用最佳力共同加載，實(shí)現(xiàn)無(wú)級(jí)的能量調(diào)節(jié)，非常適合汽車空調(diào)使用。數(shù)碼渦旋壓縮機(jī)工作原理是：壓縮機(jī)容量是通過(guò)渦旋盤(pán)的周期性嚙合與脫開(kāi)來(lái)改變的。當(dāng)外部電磁閥關(guān)閉時(shí)，數(shù)碼渦旋象標(biāo)準(zhǔn)型壓縮機(jī)一樣工作，容量達(dá)到 100％。當(dāng)外部電磁閥打開(kāi)時(shí)，兩個(gè)渦旋盤(pán)稍微脫離。此時(shí)壓機(jī)無(wú)制冷劑被壓縮，從而無(wú)容量輸出。所以在一個(gè) 10 秒鐘的循環(huán)中，如果渦旋盤(pán)加載 2 秒鐘，卸載 8 秒鐘，其平均容量就是 20％。加載時(shí)間占循環(huán)周期的比例可以在 10％一 100％輸出容量的范圍內(nèi)任意改變。當(dāng)數(shù)碼渦旋壓縮機(jī)在車上的安裝工藝及驅(qū)動(dòng)等問(wèn)題解決后，將是汽車空調(diào)最有前途的壓縮機(jī)。
目前,我國(guó)的汽車空調(diào)還處在發(fā)展階段，與發(fā)達(dá)國(guó)家相比,汽車空調(diào)產(chǎn)品的檔次和自動(dòng)化程度有待進(jìn)一步提高。隨著汽車工業(yè)的迅猛發(fā)展和人民生活水平的日益提高， 汽車開(kāi)始走進(jìn)千家萬(wàn)戶。人們?cè)谝回炞非笃嚢踩?、可靠性的同時(shí)，如今也更加注重對(duì)舒適性的要求。因而，空調(diào)系統(tǒng)作為現(xiàn)代轎車基本配備，也成為了必然。
未來(lái)新型空調(diào)系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)必須與汽車開(kāi)發(fā)同步，以適應(yīng)新的變化 ：如發(fā)動(dòng)機(jī)效率提高、電氣化、混合驅(qū)動(dòng)動(dòng)力及其它新型零部件使用后導(dǎo)致空調(diào)系統(tǒng)特性的變化， 汽車動(dòng)力的更新和新技術(shù)的應(yīng)用，對(duì)汽車空調(diào)系統(tǒng)提出了新的挑戰(zhàn)，也給許多新技術(shù)的應(yīng)用創(chuàng)造了機(jī)會(huì)。對(duì)于新一代的環(huán)保型汽車,如電動(dòng)、混合動(dòng)力、燃料電池和其它的低排放車輛,由于本身動(dòng)力遠(yuǎn)小于傳統(tǒng)動(dòng)力車輛,能夠提給空調(diào)系統(tǒng)的動(dòng)力極為有 限。擁有一套節(jié)能高效、性能可靠的空調(diào)系統(tǒng)對(duì)開(kāi)拓市場(chǎng)至關(guān)重要。
二、論文（設(shè)計(jì)）研究的內(nèi)容
1.重點(diǎn)解決的問(wèn)題
（1）汽車空調(diào)制冷系統(tǒng)設(shè)計(jì)的概述和設(shè)計(jì)方案
（2）汽車空調(diào)制冷模塊主要零件的設(shè)計(jì)和材料的選擇
2.擬開(kāi)展研究的幾個(gè)主要方面（論文寫(xiě)作大綱或設(shè)計(jì)思路）
（1）查閱資料，了解做研究課題的研究意義、研究概況和發(fā)展趨勢(shì)。
（2）汽車空調(diào)制冷系統(tǒng)的概述以及方案的確定，冷卻主模塊熱負(fù)荷的計(jì)算劫主要零件的設(shè)計(jì)。
（3）汽車?yán)鋮s模塊結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和材料選擇
3.本論文（設(shè)計(jì)）預(yù)期取得的成果
通過(guò)學(xué)習(xí)和查閱資料掌握汽車空調(diào)系統(tǒng)的工作原理，特別是冷卻系統(tǒng)的工作原理和零件機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)出更節(jié)能的空調(diào)冷卻系統(tǒng)。
（1）完成 10000 字左右的畢業(yè)論文；
（2）完成 2000 字左右的外文文獻(xiàn)翻譯；
（3）使用 CATIA 建模和三維設(shè)計(jì)；
（4）繪制 3 張 A0 圖紙。
三、論文（設(shè)計(jì)）工作安排
1.擬采用的主要研究方法（技術(shù)路線或設(shè)計(jì)參數(shù)）
本設(shè)計(jì)是基于與乘用車轎車相配套的冷卻模塊設(shè)計(jì)，通過(guò)對(duì)現(xiàn)有乘用轎車上的冷卻模塊的結(jié)構(gòu)形式、工作參數(shù)和功能作用進(jìn)行對(duì)比分析，再查閱相關(guān)書(shū)籍和文獻(xiàn)， 完成乘用車?yán)鋮s模塊的設(shè)計(jì)。最終使冷凝器在滿足使用性能的前提下更加緊湊、輕量化。成本更低、散熱性能更好。
2.論文（設(shè)計(jì)）進(jìn)度計(jì)劃
第 1 周：理解設(shè)計(jì)任務(wù)
第 2 周：查閱相關(guān)文獻(xiàn)，英文文獻(xiàn)不少于 5 篇
第 3 周：閱讀文獻(xiàn)，撰寫(xiě)開(kāi)題報(bào)告
第 4 周：撰寫(xiě) ppt，進(jìn)行開(kāi)題報(bào)告答辯。完成外文資料的翻譯。第 5 周：冷卻模塊設(shè)計(jì)
第 6 周：冷卻模塊設(shè)計(jì)
第 7 周：空調(diào)冷卻系統(tǒng)設(shè)計(jì)
第 8 周：空調(diào)冷卻系統(tǒng)設(shè)計(jì)
第 9 周：空調(diào)冷卻系統(tǒng)設(shè)計(jì)
第 10 周：空調(diào)冷卻模塊設(shè)計(jì)準(zhǔn)備 4 月 10 日-14 日之間的中期檢查，要求有 ppt.
第 14 周：整理設(shè)計(jì)資料。撰寫(xiě)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)。
第 15 周：總結(jié)設(shè)計(jì)準(zhǔn)備答辯
四、需要閱讀的參考文獻(xiàn)
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[12]J. H. LU Analysis of the performance of the evaporator of automotive air conditioning system International Journal of Automotive Technology（2014）. [13]J. S. Saini A New Method to Design Cam Used in Automobile Heating, Ventilating and Cooling System Journal of The Institution of Engineers (India): Series C（2012). [14]Gui-ping LinXiu-gan YuanZhi-guang Mei The feasibility study of the waste heat air-conditioning system for automobile Journal of Thermal Science (2013). [15]Eric BanksPaul N. Sharratt Automobile Air Conditioning: A Case Study of CFC Replacements The International Journal of Life Cycle As… (2014).
附：文獻(xiàn)綜述或報(bào)告
文獻(xiàn)綜述
汽車誕生距今已有 100 多年，但第一臺(tái)汽車空調(diào)裝置直到 1925 年才出現(xiàn)在美國(guó)，
當(dāng)時(shí)年其汽車空調(diào)業(yè)首先出現(xiàn)利用汽車?yán)鋮s水通過(guò)加熱器供暖的方法。到 1927 年， 發(fā)展到具有加熱器、鼓風(fēng)機(jī)和空氣濾清器的比較完整的供暖系統(tǒng)。1939 年，美國(guó)通用汽車公司首先在轎車上安裝機(jī)械制冷降溫的空調(diào)器，成為汽車空調(diào)的先驅(qū)。由于第二次世界大戰(zhàn)阻礙了汽車空調(diào)的發(fā)展，歐洲、日本直到 1957 年才有這種單一制冷的轎車。1964 年，美國(guó)通用汽車公司首先在凱迪拉克轎車上安裝了自動(dòng)控制的汽車空調(diào)減少了駕駛員的工作量。第二次世界大戰(zhàn)后，汽車空調(diào)開(kāi)始有了實(shí)質(zhì)性的發(fā)展，在技術(shù)上和數(shù)量上都有了很大的提高。
隨著世界上能源緊缺形式的日趨嚴(yán)重，國(guó)家對(duì)工業(yè)產(chǎn)品節(jié)能、環(huán)保的要求日趨嚴(yán)格，一些符合節(jié)能、環(huán)保要求的新型汽車空調(diào)壓縮機(jī)得到人們的青睞。發(fā)展綠色制冷劑是大勢(shì)所趨，符合環(huán)保要求的新型制冷劑的應(yīng)用，也將成為制冷壓縮機(jī)行業(yè)的一個(gè)熱點(diǎn)問(wèn)題。其中二氧化碳等一些新型環(huán)保制冷劑得以應(yīng)用和發(fā)展?？照{(diào)壓縮機(jī)是空調(diào)系統(tǒng)的核心部件，其功能是借助外力維持制冷劑在制冷系統(tǒng)內(nèi)的循環(huán)，吸入來(lái)自蒸發(fā)器的低溫、低壓的制冷器蒸汽，壓縮制冷劑蒸汽使其溫度和壓力升高，并將制冷劑蒸汽送往冷凝器，在熱量吸收和釋放過(guò)程中，實(shí)現(xiàn)熱交換。也就是說(shuō)，壓縮機(jī)的能力和特征決定了制冷系統(tǒng)的能力和特征。傳統(tǒng)氟利昂系列的制冷劑產(chǎn)生溫室效應(yīng)，破壞大氣臭氧層?；诃h(huán)保要求，在國(guó)內(nèi)制冷行業(yè)中首先掀起了研制新型制冷劑的潮流，隨之而來(lái)的就是汽車空調(diào)行業(yè)。近年來(lái)，國(guó)外一些研究人員關(guān)注的熱點(diǎn)轉(zhuǎn)向二氧化碳作為新型制冷劑替代老式制冷劑的應(yīng)用與推廣。二氧化碳將成為車用空調(diào)的新型制冷 劑。二氧化碳對(duì)產(chǎn)生溫室效應(yīng)影響極小，作為制冷劑的二氧化碳主要來(lái)自工業(yè)廢氣， 其化學(xué)特性穩(wěn)定、不可燃、沒(méi)有腐蝕性，對(duì)人體無(wú)害。目前已有裝有二氧化碳車用空調(diào)系統(tǒng)的奔馳轎車投放市場(chǎng)。但是由于國(guó)內(nèi)二氧化碳空調(diào)壓縮機(jī)技術(shù)尚不成熟，還沒(méi)有得到很好的應(yīng)用。因此，盡快使先進(jìn)技術(shù)進(jìn)入市場(chǎng)，形成先期優(yōu)勢(shì)，是我國(guó)汽車空調(diào)企業(yè)亟待解決的問(wèn)題。
目前國(guó)外汽車空調(diào)非常有潛力的壓縮機(jī)—數(shù)碼渦旋式壓縮機(jī)，數(shù)碼渦旋式壓縮機(jī)突出的優(yōu)點(diǎn)是具有“軸向柔性”這一獨(dú)特的性能，這可使定渦旋盤(pán)在軸向上有少量位移，使定渦旋盤(pán)與動(dòng)渦旋盤(pán)之間始終用最佳力共同加載，實(shí)現(xiàn)無(wú)級(jí)的能量調(diào)節(jié)，非常適合汽車空調(diào)使用。數(shù)碼渦旋壓縮機(jī)工作原理是：壓縮機(jī)容量是通過(guò)渦旋盤(pán)的周期性嚙合與脫開(kāi)來(lái)改變的。當(dāng)外部電磁閥關(guān)閉時(shí)，數(shù)碼渦旋象標(biāo)準(zhǔn)型壓縮機(jī)一樣工作，容量達(dá)到 100％。當(dāng)外部電磁閥打開(kāi)時(shí)，兩個(gè)渦旋盤(pán)稍微脫離。此時(shí)壓機(jī)無(wú)制冷劑被壓縮，從而無(wú)容量輸出。所以在一個(gè) 10 秒鐘的循環(huán)中，如果渦旋盤(pán)加載 2 秒鐘，卸載 8 秒鐘，其平均容量就是 20％。加載時(shí)間占循環(huán)周期的比例可以在 10％一 100％輸出容量的范圍內(nèi)任意改變。當(dāng)數(shù)碼渦旋壓縮機(jī)在車上的安裝工藝及驅(qū)動(dòng)等問(wèn)題解決后，將是汽車空調(diào)最有前途的壓縮機(jī)。
目前, 我國(guó)的汽車空調(diào)還處在發(fā)展階段，與發(fā)達(dá)國(guó)家相比, 汽車空調(diào)產(chǎn)品的檔次和自動(dòng)化程度有待進(jìn)一步提高 。隨著汽車工業(yè)的迅猛發(fā)展和人民生活水平的日益提高，汽車開(kāi)始走進(jìn)千家萬(wàn)戶。人們?cè)谝回炞非笃嚢踩?、可靠性的同時(shí)，如今也更加注重對(duì)舒適性的要求。因而，空調(diào)系統(tǒng)作為現(xiàn)代轎車基本配備，也成為了必然。
在現(xiàn)實(shí)社會(huì)中，汽車空調(diào)系統(tǒng)作為影響汽車舒適性和安全性的主要總成之一，為汽車提供制冷、取暖、除霜、除霧、通風(fēng)、空氣過(guò)濾和濕度控制功能，汽車空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)更新已成為汽車市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)的主要手段之一。其中，采暖系統(tǒng)可使乘員避免過(guò)量著裝,提供舒適性和安全服務(wù)；冷氣系統(tǒng)則通過(guò)制冷、除濕來(lái)提供舒適性服務(wù)，其中制冷系統(tǒng)尤為重要，所以選擇此課題研究。
汽車空調(diào)的基本原理與通常的制冷原理基本一致。利用水的蒸發(fā)、冷凝過(guò)程，通
過(guò)外界輸入功達(dá)到制冷目的。當(dāng)然一般空調(diào)的涵義乃是包括冷氣、暖氣、空氣凈化三個(gè)內(nèi)容，本文僅就主要部分一一制冷這一環(huán)節(jié)加以展開(kāi)。從蒸發(fā)器來(lái)的低壓制冷劑氣體被吸入壓縮機(jī)氣缸后．經(jīng)壓縮變成相對(duì)高溫高壓氣體。然后進(jìn)入冷凝器。經(jīng)冷卻后變成相對(duì)高壓、常溫液體．再經(jīng)過(guò)膨脹閾降溫降壓后成為相對(duì)低溫低壓液體，該液體在蒸發(fā)器中蒸發(fā)吸熱汽化后再被吸人壓縮機(jī)進(jìn)行壓縮。如此不斷循環(huán)。則冷風(fēng)得以源源不斷地被送入車廂，由此獲得致冷功效。預(yù)計(jì)未來(lái)新型空調(diào)系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)，就必須適應(yīng)發(fā)動(dòng)機(jī)效率的提高，電氣化、混合驅(qū)動(dòng)及其它新型零部件使用能導(dǎo)致空調(diào)系統(tǒng)特性的新變化。
未來(lái)新型空調(diào)系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)必須與汽車開(kāi)發(fā)同步，以適應(yīng)新的變化 ：如發(fā)動(dòng)機(jī)效率提高、電氣化、混合驅(qū)動(dòng)動(dòng)力及其它新型零部件使用后導(dǎo)致空調(diào)系統(tǒng)特性的變化， 汽車動(dòng)力的更新和新技術(shù)的應(yīng)用，對(duì)汽車空調(diào)系統(tǒng)提出了新的挑戰(zhàn)，也給許多新技術(shù)的應(yīng)用創(chuàng)造了機(jī)會(huì)。對(duì)于新一代的環(huán)保型汽車,如電動(dòng)、混合動(dòng)力、燃料電池和其它的低排放車輛,由于本身動(dòng)力遠(yuǎn)小于傳統(tǒng)動(dòng)力車輛,能夠提給空調(diào)系統(tǒng)的動(dòng)力極為有 限。擁有一套節(jié)能高效、性能可靠的空調(diào)系統(tǒng)對(duì)開(kāi)拓市場(chǎng)至關(guān)重要。一方面汽車電氣化日益加強(qiáng)新型的電子元件如加熱座椅、娛樂(lè)系統(tǒng)、電子導(dǎo)航等在汽車上的應(yīng)用日漸廣泛,為了適應(yīng)這些技術(shù),汽車生產(chǎn)商正在擬轉(zhuǎn)向 42～48V 系統(tǒng)。采用高電壓系統(tǒng)后有可能去除皮帶驅(qū)動(dòng)的系統(tǒng),如發(fā)電機(jī)、空調(diào)壓縮機(jī)、水泵及動(dòng)力轉(zhuǎn)向泵等。這使在汽車空調(diào)系統(tǒng)中應(yīng)用全封閉壓縮機(jī)成為可能，并且只要發(fā)動(dòng)機(jī)艙內(nèi)靠近儀表盤(pán)的部分在足夠的空間,就有可能用金屬管代替軟管，從而大大降低制冷劑泄漏 ；二是新的零部件技術(shù)可減少空調(diào)或采暖負(fù)荷增強(qiáng)車身隔熱、改進(jìn)門(mén)封結(jié)構(gòu)、玻璃鍍層和其它新技減少車室熱負(fù)荷，從而減少用于空調(diào)或采暖的能耗而減少溫室氣體排放。壓縮機(jī)作為汽車制冷系統(tǒng)的心臟．是推動(dòng)制冷劑在制冷系統(tǒng)中不斷循環(huán)的動(dòng)力源．變排量壓縮機(jī)還起著根據(jù)復(fù)合大小調(diào)節(jié)制冷劑循環(huán)量的作用，其動(dòng)力來(lái)源于汽車主發(fā)動(dòng)機(jī)或輔發(fā)動(dòng) 機(jī)。壓縮機(jī)的設(shè)計(jì)正朝著減少重量和體積、降低噪音和增加振動(dòng)穩(wěn)定性的方向發(fā)展。目前周外壓縮機(jī)仍以斜板式、旋葉式和漩渦式壓縮機(jī)為主。為減少離合器頻繁閉合產(chǎn)生的嗓音和獲得更佳的控制效果，外部控制式變排量壓縮機(jī)逐漸成為世界車用空調(diào)壓縮機(jī)的主導(dǎo)方向．它具有結(jié)構(gòu)緊湊、重量輕和節(jié)省能源的優(yōu)點(diǎn)。以日本電裝 DENSO 的變排量壓縮機(jī)為例。它采用了樹(shù)脂離合器．體積小，質(zhì)量輕。而其中的新型控制閥能實(shí)現(xiàn)扭矩的估計(jì)和控制。另外，隨著世界各國(guó)的環(huán)保意識(shí)的不斷加強(qiáng)，電動(dòng)壓縮機(jī)也得到了進(jìn)一步的發(fā)展。它能滿足混合燃料電池車用空調(diào)的需要。DANFoSS，DENSO，ZEXEL等國(guó)際性公司已進(jìn)人二氧化碳?jí)嚎s機(jī)小批量生產(chǎn)階段。同時(shí)在節(jié)能方面。日本電裝公司開(kāi)發(fā)的～種外部電控變排量壓縮機(jī)．排量從 0—100％之間變化．壓縮機(jī)的開(kāi)停可完全不受離合器控制。因而這種壓縮機(jī)取消電磁離合器，使機(jī)組重量大為減輕。
汽車產(chǎn)業(yè)的蓬勃發(fā)展必將帶動(dòng)汽車空調(diào)產(chǎn)業(yè)的輝煌、發(fā)達(dá)。但是隨著技術(shù)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和人們對(duì)生活質(zhì)量的高要求，各大空調(diào)廠商和科研人員必須更加專心的投入到空調(diào)新技術(shù)的開(kāi)發(fā)中來(lái)以便滿足人們的各種需求。也只有這樣也才能夠維持空調(diào)產(chǎn)業(yè)和汽車產(chǎn)業(yè)的生命源泉。汽車空調(diào)的發(fā)展總是與汽車工業(yè)的發(fā)展是同步進(jìn)行的。中國(guó)汽車空調(diào)市場(chǎng)潛力巨大，但嚴(yán)峻的國(guó)際市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)，使得國(guó)內(nèi)汽車空調(diào)產(chǎn)業(yè)依然面臨巨大的挑戰(zhàn);在產(chǎn)品方面，貨車及一些專用車的空調(diào)生產(chǎn)較少，還不能有效滿足市場(chǎng)需求; 在技術(shù)方面，低碳、節(jié)能、環(huán)保的發(fā)展大趨勢(shì)也給行業(yè)提出了新的挑戰(zhàn)。
我做的主要是壓縮機(jī)的設(shè)計(jì)，壓縮機(jī)在制冷系中是最重要的，運(yùn)用理論知識(shí)來(lái)搞創(chuàng)新，研究如何更效率 更安全 更節(jié)能。企業(yè)應(yīng)積極推進(jìn)汽車空調(diào)的國(guó)產(chǎn)化工作，與國(guó)內(nèi)各大高等學(xué)校合作，鼓勵(lì)國(guó)內(nèi)設(shè)計(jì)人員獨(dú)立設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)，以期盡早掌握蒸發(fā)器、鼓風(fēng)機(jī)和壓縮機(jī)的全新開(kāi)發(fā)技術(shù)，使我國(guó)汽車空調(diào)盡快進(jìn)入世界領(lǐng)先水平。
汽車空調(diào)制冷系統(tǒng)設(shè)計(jì)
摘 要
隨著人們生活水平的提高，對(duì)汽車環(huán)境舒適性的要求越來(lái)越高。汽車空調(diào)能夠調(diào)節(jié)車室內(nèi)的溫度、濕度、風(fēng)速、清潔度和噪音，一定程度上滿足了人們對(duì)于舒適性的要求。隨著汽車空調(diào)裝車率的不斷提高，對(duì)它進(jìn)行研究具有重要意義。
本文首先簡(jiǎn)要描述了汽車空調(diào)制冷系統(tǒng)的組成及其工作原理。分析了單級(jí)蒸汽壓縮制冷的理論循環(huán)、熱力計(jì)算以及各種實(shí)際因素對(duì)循環(huán)的影響；描述了汽車空調(diào)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)過(guò)程，各個(gè)組成部件的選配依據(jù)，針對(duì)目前汽車空調(diào)仿真技術(shù)研究及現(xiàn)狀，借助現(xiàn)代計(jì)算機(jī)的仿真技術(shù)，利用ＭＡＴＬＡＢ中的仿真工具建立空調(diào)系統(tǒng)模型并建立簡(jiǎn)單數(shù)學(xué)模型；以捷達(dá)普通轎車為例:分步介紹了汽車空調(diào)制冷系統(tǒng)的設(shè)計(jì)計(jì)算過(guò)程：1.轎車空調(diào)冷負(fù)荷計(jì)算；2.壓縮機(jī)的選配;3.蒸發(fā)器的設(shè)計(jì)計(jì)算；4.冷凝器的設(shè)計(jì)計(jì)算。并將計(jì)算結(jié)果與實(shí)際的捷達(dá)轎車空調(diào)系統(tǒng)進(jìn)行比對(duì)。最后得出結(jié)論：用這種數(shù)學(xué)建模的方法對(duì)轎車空調(diào)系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算是可行的。最后設(shè)計(jì)結(jié)果對(duì)汽車空調(diào)優(yōu)化設(shè)計(jì)及分析提供實(shí)用性參觀意義。
關(guān)鍵詞：汽車空調(diào) 制冷系設(shè)計(jì)
ABSTRACT
As people living standard rise，the car environmental comfort requirement increasing high. Automotive air conditioning could adjust car indoor temperature, humidity, wind speed, cleanness and noise, to a certain extent, satisfying the people for comfort requirement. Along with the automotive air conditioning load rate rise ceaselessly, it was important to study of it.
This paper first briefly describes automotive air conditioning and refrigeration system composition and working principle. Analyzed the single stage steam compressing refrigeration theory circulation, thermodynamic calculation and various practical factors on circulation influence; Describes the design process of automotive air conditioning system, component parts, aiming at the matching according to automobile air conditioner simulation technology research and the present situation, with the aid of the modern computer simulation technology, the use of MATLAB simulation tool establish air conditioning system model and simple mathematical model establishment; With the jetta ordinary car for example: step-by-step air-conditioning and refrigeration system, and introduces the design and calculation of the process: 1. The car air condition cold load calculation; 2. Compressor of single-assembly; 3. The evaporator design calculation; 4. The design and calculation of the condenser. And the calculated results and practical jetta sedan air conditioning system compares. Conclusion: in this mathematical modeling method of car air conditioning system design calculation is feasible. Final results of automotive air conditioning design optimized design and analysis provide practical visit significance.
Key words: Automotive air conditioning design simulation model simulation study
2
目 錄
摘 要 1
ABSTRACT 2
1 緒論 5
1.1 本文背景與研究意義 5
1.2 汽車空調(diào)制冷系統(tǒng)概況 5
1.3 汽車空調(diào)現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢(shì) 6
1.4 汽車空調(diào)制冷系統(tǒng)簡(jiǎn)介 7
1.5 本文設(shè)計(jì)主要內(nèi)容 8
2 汽車空調(diào)制冷系統(tǒng)設(shè)計(jì) 9
2.1 汽車空調(diào)系統(tǒng)總體設(shè)計(jì) 10
2.2 設(shè)計(jì)參數(shù)的確定 11
2.3 壓縮機(jī)的選配 12
2.4 冷凝器設(shè)計(jì) 13
2.5 蒸發(fā)器設(shè)計(jì) 14
3 汽車空調(diào)仿真研究 15
3.1 汽車空調(diào)系統(tǒng)仿真技術(shù) 16
3.2 系統(tǒng)仿真技術(shù)工具 17
3.3 仿真工具特點(diǎn) 18
3.4 汽車空調(diào)仿真模型 19
3.5 制冷循環(huán)子系統(tǒng) 20
3.6 縮機(jī)子系統(tǒng) 21
3.7 冷凝器子系統(tǒng) 22
3.8 蒸發(fā)器子系統(tǒng) 23
3.7本節(jié)小結(jié) 24
4 結(jié)論 25
參考文獻(xiàn) 28
附錄1:外文翻譯 29
附錄2:外文原文 30
致 謝 35
4
1 緒論
1.1空調(diào)背景與意義
隨著生活水平的提高，汽車走進(jìn)千家萬(wàn)戶，汽車的空調(diào)也越來(lái)越重要。國(guó)外汽車都朝著減輕質(zhì)量、降低消耗和智能化發(fā)展；國(guó)內(nèi)汽車空調(diào)雖然有些發(fā)展，但與國(guó)外相比有很大的差距。尤其是我國(guó)現(xiàn)階段，在汽車空調(diào)自主研發(fā)相關(guān)設(shè)計(jì)方面還遠(yuǎn)遠(yuǎn)落后于國(guó)外先進(jìn)水平。國(guó)內(nèi)汽車空調(diào)行業(yè)應(yīng)積極引進(jìn)先進(jìn)的設(shè)計(jì)軟件，走獨(dú)立設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)的道路，用科學(xué)的管理信息系統(tǒng)管理汽車空調(diào)的設(shè)計(jì)研發(fā)和生產(chǎn)銷售，盡快提高國(guó)內(nèi)汽車空調(diào)的設(shè)計(jì)能力，為汽車業(yè)的發(fā)展起到促進(jìn)作用。
1.2汽車空調(diào)制冷系統(tǒng)概況
1.2.1汽車空調(diào)現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢(shì)
汽車空調(diào)行業(yè)應(yīng)該朝著更環(huán)保、節(jié)能、高效、舒適的方向發(fā)展。由于汽車內(nèi)飾技術(shù)發(fā)展較緩，必然嚴(yán)重影響空調(diào)系統(tǒng)的密封性、經(jīng)濟(jì)性和可靠性，所以今后汽車空調(diào)的發(fā)展方向大都圍繞著保護(hù)環(huán)境、進(jìn)步效率、節(jié)能節(jié)材、減輕重量、壓縮體積、降低振動(dòng)與噪聲、操縱維修簡(jiǎn)便、安全可靠等幾個(gè)方向展開(kāi)，而且汽車空調(diào)的發(fā)展總是與汽車產(chǎn)業(yè)的發(fā)展是同步進(jìn)行的，比如，未來(lái)新型空調(diào)系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)，就必須適應(yīng)發(fā)動(dòng)機(jī)效率的進(jìn)步（余熱量減少），電氣化、混合驅(qū)動(dòng)及其它新型零部件使用能導(dǎo)致空調(diào)系統(tǒng)特性的新變化。
作為汽車空調(diào)核心部件的壓縮機(jī)，在技術(shù)和質(zhì)量上也取得了長(zhǎng)足的進(jìn)步。壓縮機(jī)的設(shè)計(jì)正朝著減少重量和體積、降低噪音和增加振動(dòng)穩(wěn)定性，高效節(jié)能，向小型輕量化的方向發(fā)展。目前國(guó)外壓縮機(jī)仍以斜板式、旋葉式和漩渦式壓縮機(jī)為主,為減少離合器頻繁閉合產(chǎn)生的噪音和獲得更佳的控制效果，外部控制式變排量壓縮機(jī)逐漸成為世界車用空調(diào)壓縮機(jī)的主導(dǎo)方向，它具有結(jié)構(gòu)緊湊、重量輕和節(jié)省能源的優(yōu)點(diǎn)。另外,隨著世界各國(guó)的環(huán)保意識(shí)的不斷加強(qiáng)，電動(dòng)壓縮機(jī)也得到了進(jìn)一步的發(fā)展,它能滿足混合燃料電池車用空調(diào)的需要。
其次要進(jìn)一步降低空調(diào)裝置的整體重量和外形尺寸，必須進(jìn)步各組成裝置的結(jié)構(gòu)緊湊度和效率。為此各國(guó)正致力于改進(jìn)各部件的結(jié)構(gòu)、完善各部件的制造工藝、改進(jìn)空調(diào)裝置的布局，進(jìn)步空調(diào)裝置的性能。因此結(jié)構(gòu)緊湊、體積小、重量輕、效率高、節(jié)省動(dòng)力、噪聲低、工作可靠、啟動(dòng)性能比較可靠的變排量汽車空調(diào)將會(huì)應(yīng)運(yùn)而生。熱交換器(蒸發(fā)器與冷凝器)材料從全銅向全鋁展，結(jié)構(gòu)從管片式向管帶式發(fā)展。蒸發(fā)器主要向?qū)盈B式(板翅式)發(fā)展，冷凝器主要向多元平行流動(dòng)式發(fā)展。由于提高了翅片散熱面積和熱交換效率，采取減薄管片厚度，增加管子內(nèi)肋片及片子開(kāi)口等措施，使熱交換器的尺寸和質(zhì)量大幅度降低。熱交換器體積大、金屬材料消耗量大，其結(jié)構(gòu)型式、材料性能和制造工藝不僅直接影響汽車的有效空間利用，而且直接影響系統(tǒng)的制冷性能及散熱、吸熱效果，因此國(guó)外車用空調(diào)熱交換器主要朝著如何強(qiáng)化換熱、降低熱阻、提高換熱效率、減輕質(zhì)量、縮小體積、提高單位體積的傳熱面積的方向發(fā)展。原來(lái)較多采用管帶式，現(xiàn)在主要朝層疊式發(fā)展。為了適應(yīng)HFC-134a系統(tǒng)的需要，又出現(xiàn)了擠壓管式蒸發(fā)器。冷凝器主要向平行流式結(jié)構(gòu)發(fā)展，并在此結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，改進(jìn)與儲(chǔ)液干燥器、過(guò)冷器等部件的匹配。過(guò)冷式冷凝器把制冷劑的貯液干燥器及其出口流經(jīng)的過(guò)冷器與上游的平行流式冷凝器做成一體，成為所謂的“過(guò)冷式冷凝器”，這樣不僅可以減小設(shè)備的質(zhì)量和外形尺寸，而且可以確保節(jié)流結(jié)構(gòu)前的制冷劑過(guò)冷度，提高制冷循環(huán)效率，還可以隨著貯液干燥器內(nèi)容積的減小而減少制冷劑的充注量。
近年來(lái)隨著計(jì)算機(jī)的普及和電子技術(shù)的發(fā)展，使得空調(diào)系統(tǒng)的控制效果日益完善，空調(diào)設(shè)備的性能也越來(lái)越高，運(yùn)用這種空調(diào)系統(tǒng)能進(jìn)行全天候的空氣調(diào)節(jié)，集制冷、采熱、透風(fēng)于一體，在人為設(shè)定的最佳溫度、濕度及風(fēng)量的情況下，該系統(tǒng)可根據(jù)車內(nèi)職員數(shù)目和其它情況的變化進(jìn)行多檔位、多模式的調(diào)整，從而設(shè)定最佳值，使車內(nèi)始終保持舒適的人工天氣環(huán)境；同時(shí)還可以進(jìn)行故障自動(dòng)診斷和數(shù)字顯示等功能。
未來(lái)新型動(dòng)力車可能使用的空調(diào)系統(tǒng)：?jiǎn)斡秒娏χ评浜筒膳墒闺妱?dòng)車和燃料電池車的可行駛里程減少50%以上，以至于典型城市交通都難于適應(yīng)。對(duì)于日益開(kāi)拓的家用轎車市場(chǎng)，微型車用于空調(diào)的能量少于普通車輛，但這部分能量在小功率發(fā)動(dòng)機(jī)的輸出功中占的比例卻不小。目前帶空調(diào)的汽車一般在濕度控制功能，以控制車窗除霧并保證乘客舒適性這一點(diǎn)在新的系統(tǒng)設(shè)計(jì)中可能會(huì)遇到挑戰(zhàn)例如在電動(dòng)汽車中使用熱泵型空調(diào)供暖，能夠提高能源利用率，但要同時(shí)實(shí)現(xiàn)濕度和溫度的控制卻很困難。未來(lái)新型空調(diào)系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)必須與汽車開(kāi)發(fā)同步，以適應(yīng)新的變化：如發(fā)動(dòng)機(jī)效率進(jìn)步、電氣化、混合驅(qū)動(dòng)動(dòng)力及其它新型零部件使用后導(dǎo)致空調(diào)系統(tǒng)特性的變化，汽車動(dòng)力的更新和新技術(shù)的應(yīng)用，對(duì)汽車空調(diào)系統(tǒng)提出了新的挑戰(zhàn)，也給很多新技術(shù)的應(yīng)用創(chuàng)造了機(jī)會(huì)。
對(duì)于新一代的環(huán)保型汽車,如電動(dòng)、混合動(dòng)力燃料電池和其它的低排放車輛,由于本身動(dòng)力遠(yuǎn)小于傳統(tǒng)動(dòng)力車輛,能夠提給空調(diào)系統(tǒng)的動(dòng)力極為有限。電動(dòng)車和一些混合驅(qū)動(dòng)車為了達(dá)到高效和減少溫室氣體排放的目的，以盡量少使用燃料來(lái)滿足動(dòng)力要求。例如，一些混合驅(qū)動(dòng)車在發(fā)動(dòng)機(jī)模式時(shí)利用多余動(dòng)力對(duì)電池充電，當(dāng)電池充電完成時(shí)則切向電動(dòng)模式。相應(yīng)地空調(diào)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)面臨新的挑戰(zhàn)：因?yàn)闊o(wú)論發(fā)動(dòng)機(jī)模式和電動(dòng)模式時(shí)都需要空調(diào)（或采暖）。比如豐田混合動(dòng)力車為了節(jié)約燃料設(shè)計(jì)成在發(fā)動(dòng)機(jī)模式和電動(dòng)模式中間來(lái)回切換，只在發(fā)動(dòng)機(jī)模式下開(kāi)啟空調(diào)，因?yàn)榭照{(diào)的壓縮機(jī)由發(fā)動(dòng)機(jī)通過(guò)皮帶驅(qū)動(dòng)，發(fā)動(dòng)機(jī)必須運(yùn)行以產(chǎn)生熱量，在汽車臨時(shí)停車或持續(xù)減速時(shí)切換到電動(dòng)模式只有在需要空調(diào)時(shí)才開(kāi)啟發(fā)動(dòng)機(jī)。本田的混合驅(qū)動(dòng)車有一個(gè)小汽油發(fā)動(dòng)機(jī)，與電動(dòng)馬達(dá)并行以補(bǔ)充動(dòng)力。本田采用獨(dú)特的“經(jīng)濟(jì)模式”使發(fā)動(dòng)機(jī)階段性地怠速運(yùn)行，以確保車室內(nèi)保持在舒適的溫度。在空調(diào)（或采暖）負(fù)荷較大時(shí)，需要保持發(fā)動(dòng)機(jī)連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)，以確保舒適性。
擁有一套節(jié)能高效、性能可靠的空調(diào)系統(tǒng)對(duì)開(kāi)拓市場(chǎng)至關(guān)重要。一方面汽車電氣化日益加強(qiáng)新型的電子元件如加熱座椅、娛樂(lè)系統(tǒng)、電子導(dǎo)航等在汽車上的應(yīng)用日漸廣泛,為了適應(yīng)這些技術(shù),汽車生產(chǎn)商正在擬轉(zhuǎn)42～48V系統(tǒng)。采用高電壓系統(tǒng)后有可能向往除皮帶驅(qū)動(dòng)的系統(tǒng),如發(fā)電機(jī)、空調(diào)壓縮機(jī)、水泵及動(dòng)力轉(zhuǎn)向泵等。這使在汽車空調(diào)系統(tǒng)中應(yīng)用全封閉壓縮機(jī)成為可能并且只要發(fā)動(dòng)機(jī)艙內(nèi)靠近儀表盤(pán)的部分在足夠的空間,就有可能用金屬管代替軟管從而大大降低制冷劑泄漏；二是新的零部件技術(shù)可減少空調(diào)或采熱負(fù)荷增強(qiáng)車身隔熱、改進(jìn)門(mén)封結(jié)構(gòu)、玻璃鍍層和其它新技術(shù)的應(yīng)用都可減少汽車車體內(nèi)室熱負(fù)荷從而減少用于空調(diào)或采熱的能耗而減少溫室氣體排放。
1.2.2汽車空調(diào)制冷系統(tǒng)簡(jiǎn)介
汽車空調(diào)一般主要由壓縮機(jī)、電控離合器、冷凝器蒸發(fā)器膨脹閥、貯液干燥器管道、冷凝風(fēng)扇、真空電磁閥、怠速器和控制系統(tǒng)等組成。汽車空調(diào)分高壓管路和低壓管路。高壓側(cè)管路包括壓縮機(jī)輸出側(cè)、高壓管路、冷凝器、貯液干燥器和液體管路；低壓側(cè)管路包括蒸發(fā)器、積累器、回氣管路、壓縮機(jī)輸入側(cè)和壓縮機(jī)機(jī)油池。再加上一些必要輔助控制系統(tǒng)，這就構(gòu)成了完整的汽車空調(diào)系統(tǒng)【1】。
其結(jié)構(gòu)運(yùn)行原理為在汽車空調(diào)中,由壓縮機(jī)工作時(shí)排出的是高溫、高壓的制冷劑蒸汽，通過(guò)高壓軟管進(jìn)入冷凝器。由于高溫、高壓的制冷劑蒸汽溫度遠(yuǎn)高于車外的空氣溫度，因此借助冷凝器風(fēng)扇把冷凝器中制冷劑蒸汽的熱量吹向車外空氣中，使高溫、高壓的制冷劑蒸汽在冷凝器內(nèi)逐步冷凝為較高溫度的高壓液體通過(guò)高壓軟管流入干燥儲(chǔ)液器，在熱力膨脹閥(或毛細(xì)管)的節(jié)流降壓和降溫作用下變成低溫低壓的液體而進(jìn)入蒸發(fā)器，在蒸發(fā)器內(nèi)逐步汽化而吸收蒸發(fā)器外空氣中的熱量，使流經(jīng)蒸發(fā)器的車內(nèi)循環(huán)空氣的溫度降低成為冷氣，通過(guò)鼓風(fēng)機(jī)送入車廂內(nèi)，從而降低車廂內(nèi)的空氣溫度。蒸發(fā)器內(nèi)汽化后的制冷劑蒸汽，由壓縮機(jī)吸入進(jìn)行壓縮，又變成高溫、高壓的制冷劑蒸汽，通過(guò)高壓軟管又被壓入冷凝器這樣,完成了汽車空調(diào)的一個(gè)制冷循環(huán)。
結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖如圖1-1所示。
圖1-1汽車空調(diào)制冷系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖
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上面制冷劑的基本循環(huán)流程分為四個(gè)部分【1】：
（1） 壓縮過(guò)程：壓縮機(jī)吸入蒸發(fā)器出口處的低溫低壓的制冷劑氣體，把它壓縮成高溫高壓的氣體排出壓縮機(jī)。
（2） 放熱過(guò)程：高溫高壓的過(guò)熱制冷劑氣體進(jìn)入冷凝器，由于壓力及溫度的降低，制冷劑氣體冷凝成液體，并放出大量的熱。
（3） 節(jié)流過(guò)程：溫度和壓力較高的制冷劑液體通過(guò)膨脹裝置后體積變大，壓力和溫度急劇下降，以霧狀（細(xì)小液滴）排出膨脹裝置。
（4） 吸熱過(guò)程：霧狀制冷劑液體進(jìn)入蒸發(fā)器，因此時(shí)制冷劑沸點(diǎn)遠(yuǎn)低于蒸發(fā)器內(nèi)溫度，故制冷劑液體蒸發(fā)成氣體。在蒸發(fā)過(guò)程中大量吸收周圍的熱量，而后低溫低壓的制冷劑蒸汽又進(jìn)入壓縮機(jī)。
由于汽車是運(yùn)載工具，內(nèi)部空間有限，工作環(huán)境溫度高，振動(dòng)大，總的來(lái)說(shuō)，由于汽車空調(diào)使用特殊性，決定著它與其他普通空調(diào)有很大區(qū)別。
在動(dòng)力源的處理上，汽車空調(diào)比普通的房間空調(diào)要困難得多，至今為止，其壓縮機(jī)不是靠主發(fā)動(dòng)機(jī)就是靠輔助發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)，這就決定了車用空調(diào)壓縮機(jī)能采用開(kāi)啟式的結(jié)構(gòu)型式，帶來(lái)了軸封性能要求高、制冷劑容易泄漏的問(wèn)題。當(dāng)空調(diào)壓縮機(jī)由汽車主發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)時(shí)，其制冷能力隨車速和負(fù)荷的變化較大，制冷劑流量的變化幅度也較大。當(dāng)汽車慢速行駛或處于怠速狀態(tài)時(shí)，其制冷能力較小，難以維持穩(wěn)定的空調(diào)工況，甚至于無(wú)法正常工作。
所以當(dāng)車用空調(diào)裝置消耗汽車主發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力時(shí)，必須考慮其對(duì)汽車動(dòng)力與操縱性能的影響，也必須考慮由于車速變化幅度大或變化頻繁，給空調(diào)系統(tǒng)制冷劑流量控制、制冷量控制、系統(tǒng)設(shè)計(jì)帶來(lái)的影響。比如，考慮到汽車空調(diào)冷凝器面積受空間尺寸限制，一般都偏小。其所處環(huán)境的溫度又比較高，尤其在低速行駛時(shí)，因而制冷劑與空氣間的傳熱溫差也比較大，制冷劑的冷凝溫度比相同外界氣溫時(shí)的普通空調(diào)要高。為汽車室內(nèi)降溫迅速，冷氣送風(fēng)溫度一般都比普通空調(diào)要低些，因而其制冷劑的蒸發(fā)溫度又比普通空調(diào)的低一些。這樣，就使得車用空調(diào)機(jī)組配備的動(dòng)力，應(yīng)比相同容量普通空調(diào)機(jī)組的大，至少要大一倍左右。
其次汽車本身結(jié)構(gòu)非常緊湊，可供安裝空調(diào)設(shè)備的空間極為有限，不僅對(duì)車用空調(diào)裝置的外形、體積和質(zhì)量要求較高，而且對(duì)其性能和選型也會(huì)帶來(lái)影響。例如，由于冷凝器安裝位置有限，會(huì)導(dǎo)致冷凝溫度較高。又如，蒸發(fā)器的總成由于受安裝空間的限制，其布置方式會(huì)五花八門(mén)，各種車型都有專門(mén)的車內(nèi)蒸發(fā)器總成設(shè)計(jì)，要實(shí)現(xiàn)通用化就比較困難。
而且汽車是運(yùn)動(dòng)中的物體，要能適應(yīng)道路顛簸等各種路況，對(duì)包括汽車空調(diào)系統(tǒng)各組成部件在內(nèi)的汽車零部件振動(dòng)、噪聲、安全、可靠等方面的技術(shù)要求更嚴(yán)格。為保證空調(diào)系統(tǒng)工作的可靠性，減少制冷劑的泄漏，對(duì)壓縮機(jī)的密封、制冷劑管路的連接和冷凝器防腐蝕與防擊傷等措施，都有比普通空調(diào)更高的要求。所以為保證汽車安全運(yùn)行，汽車空調(diào)系統(tǒng)的控制，也應(yīng)考慮能保證司機(jī)從空調(diào)系統(tǒng)運(yùn)行的繁瑣操作中解放出來(lái)。
最后車用空調(diào)裝置的結(jié)構(gòu)、外觀設(shè)計(jì)和布置，除必須與車身內(nèi)飾和外觀協(xié)調(diào)、統(tǒng)一，保持整車的完美以外。還必須考慮其對(duì)汽車底盤(pán)、車身等結(jié)構(gòu)件及汽車行駛穩(wěn)定性、安全性的影響，這是普通空調(diào)設(shè)計(jì)不會(huì)碰到的。
以上這些特點(diǎn)，都對(duì)車用空調(diào)系統(tǒng)各組成部件的結(jié)構(gòu)、材料、工藝提出更高的要求。汽車空調(diào)技術(shù)的發(fā)展目標(biāo)，都是圍繞如何滿足這些要求而展開(kāi)的。
1.3 本文設(shè)計(jì)主要內(nèi)容
本文設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容包括兩個(gè)方面：第一方面是汽車空調(diào)設(shè)計(jì)中設(shè)計(jì)參數(shù)選擇：1）轎車空調(diào)冷負(fù)荷計(jì)算；（2）.壓縮機(jī)的選配；(3).蒸發(fā)器的設(shè)計(jì)計(jì)算；(4).冷凝器的設(shè)計(jì)計(jì)算，對(duì)設(shè)計(jì)結(jié)果的影響;第二方面是通過(guò)以相關(guān)的理論計(jì)算為基礎(chǔ)，利用Matlab中的強(qiáng)大功能進(jìn)行仿真;通過(guò)仿真和實(shí)際結(jié)果比較，分析得出汽車空調(diào)中相關(guān)設(shè)計(jì)的結(jié)果。
2 汽車空調(diào)制冷系統(tǒng)設(shè)計(jì)
2.1 汽車空調(diào)系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)
2.1.1設(shè)計(jì)參數(shù)的確定
本文將采用捷達(dá) 2010款 1.6伙伴車為對(duì)象，它采用EA113型號(hào)發(fā)動(dòng)機(jī)，發(fā)動(dòng)機(jī)功率95馬力，發(fā)動(dòng)機(jī)排量為1.6L，整車長(zhǎng)4415cm,寬1674cm，高1415cm。
汽車空調(diào)制冷量確定的原則：汽車空調(diào)制冷量的計(jì)算結(jié)果無(wú)論是常規(guī)計(jì)算還是簡(jiǎn)化計(jì)算都僅是從理論上得出的。理論計(jì)算只是設(shè)計(jì)空調(diào)系統(tǒng)前所必需進(jìn)行的一項(xiàng)工作，實(shí)際上由于汽車的復(fù)雜性，以及制造工藝水平等的影響，實(shí)際制冷量往往與理論值有一定差距，一般在整車空調(diào)系統(tǒng)制冷性能試驗(yàn)后還需要作必要的修正，最終的汽車空調(diào)制冷量其實(shí)是以已經(jīng)滿足整車制冷要求的空調(diào)系統(tǒng)按照行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)（ Q C/T 657-2000《汽車空調(diào)制冷裝置試驗(yàn)方法》）經(jīng)系統(tǒng)臺(tái)架試驗(yàn)后得到，所以理論計(jì)算誤差對(duì)汽車空調(diào)制冷性能的影響并不起決定性作用，但如果理論計(jì)算與實(shí)際值相差不多的話，卻往往可以節(jié)約不少開(kāi)發(fā)時(shí)間和成本。用簡(jiǎn)化計(jì)算方法來(lái)計(jì)算微型汽車空調(diào)制冷量，節(jié)省了不少計(jì)算時(shí)間，提高了工作效率現(xiàn)已被運(yùn)用于實(shí)際工作中【1】。
汽車空調(diào)制冷量主要取決于車室內(nèi)的熱負(fù)荷。而計(jì)算汽車空調(diào)室內(nèi)熱負(fù)荷首先要參照有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)確定車室內(nèi)的溫度，濕度，空調(diào)的室外干，濕球溫度值。又結(jié)合夏季普遍的氣候情況車內(nèi)，外空調(diào)設(shè)計(jì)參數(shù)選擇，汽車空調(diào)車內(nèi)平均溫度推薦為夏季22~28度，車內(nèi)外溫差夏季一般為5~7度；室外干球溫度35度，相對(duì)濕度百分之六十，室內(nèi)空氣流速小于0.2米每秒，根據(jù)人體衛(wèi)生要求，空氣中二氧化碳含量不能超過(guò)百分之零點(diǎn)一，換氣量每個(gè)人20米立方，車內(nèi)干球溫度25度相對(duì)濕度百分之五十五，大氣壓力為1.01325*1.5帕，車的行駛速度40千米每小時(shí)，漏風(fēng)量18米立方每小時(shí)。風(fēng)口位置應(yīng)盡量避免直吹另人感到不舒適的部位各處風(fēng)口風(fēng)速不宜超過(guò)2米每秒，否則會(huì)引起車內(nèi)溫度場(chǎng)，風(fēng)速場(chǎng)分布不均勻出現(xiàn)氣流漩渦。又由于汽車在不同的氣候條件下使用行駛，氣象參數(shù)多變，車內(nèi)空間狹小，氣流組織困難，車內(nèi)外熱量交換頻繁，車內(nèi)溫度不均勻，不穩(wěn)定。所以汽車空調(diào)熱負(fù)荷的計(jì)算一般都是采用經(jīng)驗(yàn)法估算，在滿足乘員得舒適性要求下兼顧整車經(jīng)濟(jì)性和安裝空間的條件下，盡可能選擇較大的制冷量。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)轎車制冷裝置制冷選擇范圍如下：
表2-1轎車制冷裝置制冷量
車型
微型
輕型
中型
大型
超大型
制冷量(KW)
1.163~2.093
2.093~2.326
2.326~2.906
3.489~4.652
4.652~6.396
汽車空調(diào)送風(fēng)量的確定：由于蒸發(fā)器進(jìn)行熱交換需要一定的風(fēng)量和風(fēng)速。適當(dāng)增大風(fēng)量或風(fēng)速，可提高熱交換效率，增加制冷量的輸出。一般風(fēng)量與所載冷量有一定的比例關(guān)系。乘用車受空間和布置的限制，可參照現(xiàn)有的同排量乘用車風(fēng)量與所載冷量的比例關(guān)系。若要處理全部新風(fēng)，就要提高汽車空調(diào)載冷效率或冷量密度【1】。可用下式估算：
(2-1)
式中：
--蒸發(fā)器風(fēng)量，單位為m3/s
--空氣密度，取1.2kg/m3
--蒸發(fā)器進(jìn)出口空氣的焓差，單位為KJ/kg
根據(jù)上式，只要確定了估算的制冷量，就可以估算出來(lái)送風(fēng)量。于是根據(jù)上面計(jì)算的結(jié)果可以算出送風(fēng)量。
2.1.2壓縮機(jī)的選配
本文采用AP105W渦旋壓縮機(jī)替代原來(lái)的壓縮機(jī)，由于壓縮機(jī)工作特性的區(qū)別，原來(lái)制冷系統(tǒng)不能充分發(fā)揮其渦旋壓縮機(jī)的特點(diǎn)而需要進(jìn)行重新匹配。下表為壓縮機(jī)的基本參數(shù)和不同轉(zhuǎn)速時(shí)壓縮機(jī)制冷量、耗功和制冷系數(shù)。
表2-1 AP105W渦旋壓縮機(jī)的基本參數(shù)
型號(hào)
AP105W
行程容積
105
相當(dāng)容積
190
制冷量
2000
1.784
3000
2.545
輸入功率
2000
1.791
3000
2.494
制冷系數(shù)
2000
2.112
3000
2.223
表2-2 不同轉(zhuǎn)速時(shí)壓縮機(jī)制冷量、耗功和制冷系數(shù)
轉(zhuǎn)速
工況一
工況二
制冷量（）
功耗（）
制冷系數(shù)
制冷量（）
功耗（）
制冷系數(shù)
2000
1.784
1.791
2.112
2.502
1.772
2.615
3000
2.545
2.494
2.223
3.597
2.397
2.752
6000
4.545
5.150
1.779
6.900
4.950
2.202
工況1足冷凝溫度62℃，蒸發(fā)溫度為O℃;工況2為冷凝溫度55℃，蒸發(fā)溫度O℃。
汽車空調(diào)壓縮機(jī)的重要指標(biāo)是排量和功耗。排量(cc/r)是確定其制冷能力的重要因素。
壓縮機(jī)排量的確定：蒸發(fā)器的產(chǎn)生的冷量來(lái)自制冷劑在其中氣化所吸收的氣化潛熱，因此制冷劑的質(zhì)量流量為:
(2-2)
式中:
--制冷劑質(zhì)量流量，單位為kg/s;
--蒸發(fā)器制冷量，單位為KW;
--蒸發(fā)器進(jìn)口處制冷劑的干度，一般可以取0.15；
--制冷劑在相應(yīng)蒸發(fā)溫度下的氣化潛熱，單位為KJ/kg.
制冷劑的體積流量為：
(2-3) 式中:
--制冷劑體積流量，單位為m3/s；
--壓縮機(jī)吸氣口處制冷劑蒸汽比體積，單位為m3/kg.
由于壓縮機(jī)結(jié)構(gòu)等原因，實(shí)際體積流量要比理論體積流量要小，即輸氣系數(shù)小于1，一般取0.65~0.75.
若壓縮機(jī)的理論排量為L(zhǎng)（單位為cm3/r）,轉(zhuǎn)速為n(單位為r/min),那么壓縮機(jī)的理論輸氣量為:
（2-4）
試中：
--壓縮機(jī)理論輸氣量，即理論體積流量，單位為m3/s；
--壓縮機(jī)理論轉(zhuǎn)速，單位為r/min；L--壓縮機(jī)理論排量，單位為cm3/r。
從上式可見(jiàn)汽車空調(diào)壓縮機(jī)所能產(chǎn)生的制冷量除了與普通制冷壓縮機(jī)一樣與壓縮機(jī)的容積效率及工作的熱力工況有關(guān)以外，重要的是它還與轉(zhuǎn)速有密切的聯(lián)系。汽車空調(diào)壓縮機(jī)的驅(qū)動(dòng)方式與一般的制冷壓縮機(jī)是不一樣的，通常是由發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)。驅(qū)動(dòng)方式分為直連式和獨(dú)立式，大部分小轎車和中小型面包車等功率不大的壓縮機(jī)都采用直連式驅(qū)動(dòng)，即由主發(fā)動(dòng)機(jī)通過(guò)皮帶輪傳動(dòng)和電磁離合器帶動(dòng)汽車空調(diào)壓縮機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)，因此壓縮機(jī)的轉(zhuǎn)速就隨汽車行駛速度變化而變化，同時(shí)產(chǎn)生的冷量也隨之變化。所以，壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速是汽車空調(diào)工況的一個(gè)不可忽略主要因素。這樣在進(jìn)行汽車空調(diào)制冷系統(tǒng)的設(shè)計(jì)時(shí)如何確定壓縮機(jī)的汽車空調(diào)制冷系統(tǒng)匹配研究標(biāo)準(zhǔn)轉(zhuǎn)速就非常重要。目前通常采用1800r/min或2000r/min，但是實(shí)際情況并不是如此，不同類型壓縮機(jī)的情況并不相同。
又因?yàn)檩敋庀禂?shù)等于，故當(dāng)蒸發(fā)器產(chǎn)生冷量確定后，壓縮機(jī)的排量?jī)H與其轉(zhuǎn)速有關(guān)。另外，各種車型的車室內(nèi)空間都有一定的范圍因此各種車型選配壓縮機(jī)的排量也有一個(gè)經(jīng)驗(yàn)推薦范圍。微型車空間十分緊湊，發(fā)動(dòng)機(jī)功率小，推薦的壓縮機(jī)排量范圍為80~100cm3/r，中低檔乘用車，一般推薦范圍為120~150 cm3/r之間，中高乘用車普遍采用變排量壓縮機(jī)，排量一般為150~250 cm3/r之間。
壓縮機(jī)傳動(dòng)比與轉(zhuǎn)速的確定：在非獨(dú)立式汽車空調(diào)中，壓縮機(jī)依賴整車動(dòng)力，其轉(zhuǎn)速取決于發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速及兩者間的傳動(dòng)比。確定傳動(dòng)比對(duì)于非獨(dú)立式空調(diào)系統(tǒng)制冷性的發(fā)揮和壓縮機(jī)工作的可靠性至關(guān)重要。壓縮機(jī)額定工況的確定必須考慮發(fā)動(dòng)機(jī)與壓縮機(jī)之間的傳動(dòng)方式和他們的傳動(dòng)比，在匹配蒸發(fā)器冷量時(shí)，初選壓縮機(jī)排量后只要確定它應(yīng)有的轉(zhuǎn)速，則該速下壓縮機(jī)所產(chǎn)生的實(shí)際工質(zhì)流量與所需冷量相匹配就即可。汽車發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速范圍比較寬，而壓縮機(jī)的額定轉(zhuǎn)速是一個(gè)數(shù)值，兩者之間需要協(xié)調(diào)。如果壓縮機(jī)排量選擇過(guò)大，使所需轉(zhuǎn)速低于1800r/min那么壓縮機(jī)將始終在低于所需轉(zhuǎn)速下工作，其結(jié)果是蒸發(fā)溫度經(jīng)常降到零度以下仿開(kāi)關(guān)將頻繁斷開(kāi)接通壓縮機(jī)。如果壓縮機(jī)排量選擇過(guò)小，將使所需額定轉(zhuǎn)速高于2000 r/min，當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)怠速時(shí)壓縮機(jī)將因轉(zhuǎn)速過(guò)低而導(dǎo)致制冷量嚴(yán)重不足，當(dāng)車速很高時(shí)壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速將超過(guò)極限。所以要恰到好處選擇計(jì)算轉(zhuǎn)速，裝有非獨(dú)立汽車空調(diào)的汽車都要提高其發(fā)動(dòng)機(jī)怠速，若提高到900 r/min，此時(shí)壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速就可以達(dá)到1200 r/min，為額定轉(zhuǎn)速的百分之七十七左右，基本上滿足汽車怠速工況時(shí)乘員對(duì)舒適度要求。
以下將在上述的壓縮機(jī)性能基礎(chǔ)上主要對(duì)冷凝器和蒸發(fā)器進(jìn)行匹配設(shè)計(jì)。
2.1.3冷凝器設(shè)計(jì)
冷凝器的作用是將壓縮機(jī)排出的高溫高壓蒸汽冷卻并冷凝成高溫高壓的液體，同時(shí)放出大量的冷凝熱由冷卻介質(zhì)帶走。在汽車上布置冷凝器較困難，散熱條件差，故要求傳熱面積大，傳熱效率高。冷凝器中放熱大體有三個(gè)階段:首先是由壓縮機(jī)排出的過(guò)熱蒸汽被冷卻到該壓力下的飽和狀態(tài)。接著，制冷劑飽和蒸汽放熱凝結(jié)成飽和液體狀態(tài)。最后，飽和液體再放熱變成過(guò)冷液體。由于自身原因汽車空調(diào)中的冷卻介質(zhì)只能是室外空氣，即采用空冷式冷凝器，而空氣的換熱系數(shù)又比較小。又由于在汽車中尤其是直連式汽車空調(diào)中冷凝器的安裝空間非常有限。再加上室外冷卻介質(zhì)溫度較高，因此如何解決這兩者之間的矛盾是汽車空調(diào)設(shè)計(jì)中的關(guān)鍵問(wèn)題之一。
目前汽車空調(diào)中常用的三種冷凝器中，從傳熱系數(shù)，制冷劑側(cè)阻力和空氣側(cè)阻力、內(nèi)容積、體積和重量等綜合性能指標(biāo)看，管片式是最差的。而且由于管與片之間因震動(dòng)易松動(dòng)和因膨脹形成的塑變內(nèi)應(yīng)力降低，管片式在目前汽車空調(diào)中已很少使用。平流式冷凝器是最好的，完全滿足HFC-134a系統(tǒng)的要求，但其在我國(guó)的應(yīng)用受到一定的限制。原因有:焊點(diǎn)多，接管焊縫的長(zhǎng)度遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于管帶式，我國(guó)的道路狀況差，因此很難滿足對(duì)冷凝器可靠性和耐久性的要求;采用的多孔矩形扁鋁材料近期難以實(shí)現(xiàn)國(guó)產(chǎn)化，制造工藝復(fù)雜，需要專門(mén)的生產(chǎn)線;設(shè)計(jì)靈活性較差:翅片間距小、翅片高度低使表面易積垢，清洗也困難;生產(chǎn)成本也高。所以目前國(guó)內(nèi)汽車空調(diào)常采用的是管帶式冷凝器，由于對(duì)翅片間距、翅片高度的改進(jìn)和不同帶寬的選擇使管帶式冷凝器的性能進(jìn)一步提高。尤其近年來(lái)采用雙回路管帶式冷凝器對(duì)換熱量較大(600Ow以上)是可以有效地減小制冷劑側(cè)的流動(dòng)阻力，保持需要的傳熱溫差，對(duì)提高冷凝器的傳熱性能有利;同時(shí)又能保證每一流程的制冷劑流量。汽車空調(diào)系統(tǒng)換熱器的特點(diǎn)是換熱量隨車速(壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速)變化，因此選擇冷凝器的設(shè)計(jì)負(fù)荷時(shí)要考慮這一問(wèn)題。我們的習(xí)慣是選擇壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速在1800r/min或2000r/min時(shí)的負(fù)荷來(lái)設(shè)計(jì)的，但由于考慮到渦旋壓縮機(jī)的高轉(zhuǎn)速運(yùn)轉(zhuǎn)性能，以下將分別以2000r/min和3000r/min時(shí)的冷凝負(fù)荷進(jìn)行設(shè)計(jì)，冷凝負(fù)荷系數(shù)約為1.4，2000r/min時(shí)冷凝負(fù)荷接近6000w，3000r/min大于6000w;而兩種情況均大于6000w，因此采用雙回路管帶式冷凝器。
表2-3 管帶式冷凝器管帶參數(shù)值
結(jié)構(gòu)參數(shù)
扁管寬
扁管厚
翅片厚
翅片間距
翅片高
尺寸（mm）
32
3.5
0.16
1.5
11
制冷系統(tǒng)要求的熱負(fù)荷：
(2-5)
式中 --冷凝器的熱負(fù)荷，單位為kW; --蒸發(fā)器的制冷量，通常指設(shè)計(jì)工況的制冷量，單位為kW； --壓縮機(jī)消耗的指示功率，單位為kW。
也可用簡(jiǎn)便的形式：
(2-6)
式中—負(fù)荷系數(shù)。因?yàn)槠嚳照{(diào)冷凝器的工作條件惡劣，故一般選用=1.4左右為宜。
冷凝器傳遞的熱量：冷凝器的傳熱方程如下
（2-7）
式中：
—傳熱系數(shù)；
--以外表面為基準(zhǔn)計(jì)算的傳熱面積；
--制冷劑和冷卻介質(zhì)的傳熱平均溫差。
由基本傳熱方程可知,設(shè)計(jì)的主要問(wèn)題是換熱系數(shù)的計(jì)算，管內(nèi)制冷劑側(cè)的換熱系數(shù)由下式計(jì)算:
被冷卻空氣帶走的熱量：被冷卻空氣帶走的熱量就是制冷劑釋放的熱量
（2-8）
式中:
--空氣的質(zhì)量流量，單位為kg/s;
--空氣的比定壓熱容，單位為kJ(㎏.k);
--流向和流出冷凝器的空氣溫度；
--制冷劑的質(zhì)量流量，kg/s;
、—流入和流出冷凝器的制冷劑比焓，單位為KJ/kg.
最后得出設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)速為2000時(shí)的設(shè)計(jì)結(jié)果和設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)速為3000時(shí)的設(shè)計(jì)結(jié)果。
表2-4轉(zhuǎn)速為2000時(shí)的設(shè)計(jì)結(jié)果
參數(shù)
傳熱系數(shù)K
傳熱面積F
風(fēng)量V
迎風(fēng)面積
迎面風(fēng)速
62
10
36.04
6.44
1658
0.137
3.367
8
37.96
5.81
2072
0.123
4.668
60
10
36.01
7.44
1731
0.158
3.047
8
38.13
6.63
2164
0.141
4.273
55
10
35.28
11.34
1906
0.241
2.199
8
37.86
9.73
2383
0.207
3.203
表2-5轉(zhuǎn)速為3000時(shí)的設(shè)計(jì)結(jié)果
參數(shù)
傳熱系數(shù)K
傳熱面積F
風(fēng)量V
迎風(fēng)面積
迎面風(fēng)速
62
10
36.04
9.53
2452
0.202
3.367
8
37.96
8.59
3065
0.182
4.668
60
10
36.01
11.00
2561
0.234
3.047
8
38.13
9.80
3201
0.208
4.273
55
10
35.28
16.76
2817
0.356
2.199
8
37.86
14.39
3522
0.305
3.203
通過(guò)以上對(duì)冷凝器設(shè)計(jì)結(jié)果的各種情況進(jìn)行分析，選擇壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速為3000r/min、冷凝溫度60℃、空氣進(jìn)出口溫度差為10℃時(shí)的設(shè)計(jì)結(jié)果。
2.1.4蒸發(fā)器
蒸發(fā)器的作用是將經(jīng)過(guò)節(jié)流降壓后的液態(tài)制冷劑在蒸發(fā)器內(nèi)汽化，吸收蒸發(fā)器表面的周圍空氣的熱量而降溫，風(fēng)機(jī)再將冷風(fēng)吹到車室內(nèi)，達(dá)到降溫的目的。汽車車廂內(nèi)的空間小，對(duì)空調(diào)尺寸有很大的限制，為此要求空調(diào)器（主要是
蒸發(fā)器）具有制冷效率高、尺寸小、重量輕等特點(diǎn)。
汽車空調(diào)蒸發(fā)器安裝在車室內(nèi)，因此安裝空間相對(duì)冷凝器來(lái)說(shuō)較寬敞。蒸發(fā)器是制冷空調(diào)裝置中一種主要的熱交換器設(shè)備，一般來(lái)講，在裝置穩(wěn)態(tài)運(yùn)行時(shí)，制冷劑以低干度的氣液兩相狀態(tài)進(jìn)入蒸發(fā)器，逐漸受熱蒸發(fā)，利用其蒸發(fā)潛熱吸收被冷卻介質(zhì)的熱量而使其溫度降低，最后制冷劑以過(guò)熱氣體狀態(tài)離開(kāi)蒸發(fā)器，由于蒸發(fā)器的外表面溫度低于濕空氣的干球溫度濕空氣要向外表面放熱，如果外表面溫度低于濕空氣的露點(diǎn)溫度，濕空氣中的部分水蒸氣將在外表面凝結(jié)，使外表面形成一層水膜，那么兩者之間要進(jìn)行熱濕兩種交換過(guò)程，即既有顯熱交換又有潛熱交換。
汽車空調(diào)的蒸發(fā)器負(fù)荷也同冷凝器一樣，是隨車速改變而變化的。采用固定工況的負(fù)荷來(lái)設(shè)計(jì)也存在同樣的問(wèn)題，一般來(lái)說(shuō)蒸發(fā)器的設(shè)計(jì)負(fù)荷是由汽車室內(nèi)冷負(fù)荷計(jì)算來(lái)確定的，但這里為了下面仿真程序的實(shí)現(xiàn)方便，所以也采用與冷凝器設(shè)計(jì)同樣的方法來(lái)進(jìn)行，即根據(jù)壓縮機(jī)運(yùn)行工況下負(fù)荷來(lái)設(shè)計(jì)。蒸發(fā)器采用鋁管，具體的管片參數(shù)如下表。
表2-6蒸發(fā)器管片結(jié)構(gòu)參數(shù)
管外徑（mm）
管壁厚（mm）
翅片厚(mm)
翅片間距（mm）
8.0
0.5
0.16
1.6
對(duì)蒸發(fā)器設(shè)計(jì)的影響參數(shù)主要有蒸發(fā)溫度，蒸發(fā)器的進(jìn)出口空氣狀態(tài)等，由于蒸發(fā)器空氣側(cè)換熱的特殊性，空氣放出的熱量包括顯熱和潛熱兩部分，即是
（2-9）
式中：
--蒸發(fā)器的制冷量；
—顯熱換量，
--潛熱換量，
--制冷劑的質(zhì)量流量，
、--流入，流出蒸發(fā)器的制冷劑比焓。
其中顯熱換熱量可按這公式計(jì)算
（2-10）
式中：
--顯熱換量，
--空氣的質(zhì)量流量，
--空氣的必定壓熱容，
、--流入，流出蒸發(fā)器的空氣溫度。
蒸發(fā)器的傳熱方程為：
(2-11)
式中：
--傳熱系數(shù)，
--以外表面為基準(zhǔn)計(jì)算的傳熱面積，
--制冷劑和冷卻介質(zhì)的傳熱平均溫度。
下表為設(shè)計(jì)的計(jì)算結(jié)果
表2-7壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速為3000的設(shè)計(jì)結(jié)果
參數(shù)
傳熱系數(shù)K
傳熱面積F
風(fēng)量V
迎風(fēng)面積
迎面風(fēng)速
0
27
50.05
5.78
644
0.074
2.42
24
45.42
7.63
692
0.079
2.46
2
27
48.15
7.57
722
0.078
2.59
24
41.80
10.74
775
0.092
2.35
5
27
41.93
12.64
853
0.108
2.20
24
43.16
14.14
1115
0.121
2.54
蒸發(fā)溫度、蒸發(fā)器的空氣進(jìn)口溫度、制冷劑流量對(duì)蒸發(fā)器的傳熱系數(shù)都有影響。但是設(shè)計(jì)中真正影響蒸發(fā)器換熱系數(shù)的是制冷劑的質(zhì)量流速、即單位流通面積、單位時(shí)間內(nèi)制冷劑的流量。所以雖然各種不同工況下的制冷劑質(zhì)量流量不同，但是可以設(shè)計(jì)不同的分路數(shù)來(lái)使得各種不同工況下的質(zhì)量流速大致相等，所以制冷劑質(zhì)量流量對(duì)蒸發(fā)器設(shè)計(jì)中的傳熱系數(shù)影響很小，可以忽略不計(jì)，但是在系統(tǒng)的運(yùn)行過(guò)程中的影響卻是需要考慮【3】。
送風(fēng)溫差即進(jìn)入汽車室內(nèi)的空氣溫度與車室內(nèi)設(shè)定溫度之差，是系統(tǒng)設(shè)計(jì)需要考慮一個(gè)參數(shù)，一般情況下送風(fēng)溫差小可以提高車室內(nèi)的舒適度，但溫差小就要求增大送風(fēng)量，這將受到結(jié)構(gòu)限制，目前結(jié)構(gòu)緊湊的乘用車都采用大溫差，小送風(fēng)量的辦法，但也要注意過(guò)低的蒸發(fā)溫度可能導(dǎo)致蒸發(fā)器表面結(jié)相。
蒸發(fā)溫度對(duì)蒸發(fā)器設(shè)計(jì)的影響與冷凝溫度對(duì)冷凝器設(shè)計(jì)的影響是相似的。當(dāng)制冷循環(huán)的其它條件不變時(shí)，蒸發(fā)溫度不同會(huì)造成整個(gè)制冷循環(huán)的性能發(fā)生變化蒸發(fā)溫度降低會(huì)使循環(huán)單位制冷量減小，單位耗功增加，壓縮機(jī)吸氣比容增大，另外蒸發(fā)壓力降低會(huì)使壓縮機(jī)壓比增大壓縮機(jī)造成容積效率減小，這些都會(huì)使壓縮機(jī)的實(shí)際輸出氣量減小。這樣制冷量就會(huì)減小，通常情況壓縮機(jī)耗功會(huì)增加。所以選擇較低的蒸發(fā)溫度作為設(shè)計(jì)一參數(shù)時(shí)的負(fù)荷反而會(huì)小，同時(shí)蒸發(fā)器的傳熱溫差會(huì)增大，這時(shí)設(shè)計(jì)的蒸發(fā)器面積偏小反之，則偏大。
蒸發(fā)器的空氣進(jìn)出口溫度都會(huì)對(duì)設(shè)計(jì)產(chǎn)生影響，這里只考慮進(jìn)口溫度。空氣進(jìn)口溫度的影響就主要是對(duì)蒸發(fā)器中的傳熱溫差的影響了:空氣進(jìn)口溫度愈低則蒸發(fā)器的傳熱溫差就愈小，需要的傳熱面積就越大。但是空氣進(jìn)口溫度不同蒸發(fā)器的傳熱系數(shù)也有較大的改變，這是由于空氣進(jìn)口溫度較小時(shí)，所需的傳熱面積增加，迎風(fēng)面積也增加。但空氣的進(jìn)出口溫度焙差變化很小，要滿足一定的負(fù)荷空氣的流量也變化不大，所以迎面風(fēng)速減小造成蒸發(fā)器的換熱系數(shù)減小。
通過(guò)前面的計(jì)算結(jié)果和分析，蒸發(fā)溫度和空氣進(jìn)口溫度(包括空氣進(jìn)出口溫差)的選擇應(yīng)該是相互關(guān)聯(lián)的，當(dāng)需要較高的舒適性要求，即較低的車室內(nèi)溫度時(shí)，應(yīng)選擇較低的蒸發(fā)溫度，或較小的空氣進(jìn)出口溫差才能得到合理的設(shè)計(jì)結(jié)果
本文根據(jù)捷達(dá)轎車結(jié)構(gòu)和特點(diǎn)，選擇壓縮機(jī)為300Or/min，蒸發(fā)溫度為2度，空氣進(jìn)口溫度為24度的結(jié)果為最終設(shè)計(jì)結(jié)果。
3 汽車空調(diào)仿真工具和模型
3.1汽車空調(diào)系統(tǒng)仿真技術(shù)
3.1.1 系統(tǒng)仿真技術(shù)工具
應(yīng)用系統(tǒng)仿真技術(shù)研究制冷空調(diào)系統(tǒng)，從所收集的資料來(lái)看，早在20世紀(jì)六十年代就已開(kāi)始，其構(gòu)建模型所用方法，構(gòu)造系統(tǒng)模型和仿真模型的思路及算法也不斷推陳出新，而且從系統(tǒng)簡(jiǎn)單設(shè)計(jì)，構(gòu)件選型逐漸發(fā)展到更新傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方法，模擬系統(tǒng)動(dòng)態(tài)特性以及優(yōu)化分析和優(yōu)化控制系統(tǒng)運(yùn)行等方面。80年代開(kāi)始國(guó)際制冷界出現(xiàn)了一個(gè)熱點(diǎn)問(wèn)題，制冷系統(tǒng)（含空調(diào)系統(tǒng)）設(shè)計(jì)方法的現(xiàn)代化如何實(shí)現(xiàn)制冷系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法的更新，使之現(xiàn)代化，這非常需要系統(tǒng)仿真技術(shù)的介入同時(shí)采用制冷系統(tǒng)熱動(dòng)力學(xué)的基本觀點(diǎn)，把傳統(tǒng)的集中參數(shù)計(jì)算改為分布參數(shù)計(jì)算，建立汽車空調(diào)部件的分布參數(shù)數(shù)學(xué)模型。
Simulink是ＭＡＴＬＡＢ環(huán)境下的圖形化仿真工具，是一個(gè)用來(lái)對(duì)動(dòng)態(tài)系統(tǒng)進(jìn)行建模，仿真和分析的集成環(huán)境，支持連續(xù)，離散及兩者混合的線性和非線性系統(tǒng)仿真，也支持具有多種采樣速率的多速率系統(tǒng)仿真。
Simulink的工作原理：所有的Simulink模塊都有一個(gè)輸入向量、一個(gè)輸出向量和一個(gè)狀態(tài)向量。Simulink仿真分初始化和仿真兩個(gè)階段。初始化階段:首先，模塊的參數(shù)傳給Matlab以求出它們的值，求出的數(shù)值結(jié)果用作實(shí)際的模塊參數(shù);然后去掉模型中的層次結(jié)構(gòu)，每一個(gè)不是條件執(zhí)行的子系統(tǒng)都山子系統(tǒng)中包含的各個(gè)模塊所代替;各個(gè)模塊按照它們將被更新的順序重新排序，排序算法構(gòu)造一個(gè)列表使具有直接饋通的模塊在驅(qū)動(dòng)它們的模塊沒(méi)有被更新之前不被更新;最后檢查模塊之間的連接以確保每一個(gè)模塊的輸出向量的寬度與驅(qū)動(dòng)的模塊輸入的寬度是相同的。初始化之后，就做好了運(yùn)行仿真的準(zhǔn)備。模型使用數(shù)值積分的方法進(jìn)行仿真。提供的每一個(gè)ODE求解器(仿真方法)取決于模型提供其連續(xù)狀態(tài)的導(dǎo)數(shù)能力。計(jì)算導(dǎo)數(shù)分兩步:第一步，按照排序時(shí)確定的順序計(jì)算每一個(gè)模塊的輸出;然后在第二步，每一模塊基于當(dāng)前時(shí)間、模塊的輸入和狀態(tài)計(jì)算其導(dǎo)數(shù)，得到的導(dǎo)數(shù)向量返回給求解器，求解器在下一時(shí)間使用這些導(dǎo)數(shù)向量計(jì)算新的狀態(tài)向量，新的狀態(tài)向量計(jì)算出來(lái)以后，個(gè)采樣數(shù)據(jù)模塊和Scope模塊也被更新。
S-函數(shù)：Simulink模塊庫(kù)中包含有很多實(shí)現(xiàn)各種功能的模塊，用戶可以直接通過(guò)模塊庫(kù)調(diào)用它們，但是在很多模塊情況下，庫(kù)中自帶的模塊不能滿足用戶的需求，這時(shí)候用戶可以希望自己設(shè)計(jì)模塊以供使用。S-函數(shù)是一種描述simulink模塊的計(jì)算機(jī)語(yǔ)言，是系統(tǒng)函數(shù)的簡(jiǎn)稱。S-函數(shù)通過(guò)一種特殊的調(diào)用規(guī)則，使得用戶可以與Simulink解算器進(jìn)行交互。這種交互和Simulink里自帶模塊與解算器的交互是一樣的。運(yùn)用S-函數(shù)，用戶可以把自己設(shè)計(jì)的模塊與Simulink自帶模塊一起使用。S函數(shù)的的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)就是可以創(chuàng)建一個(gè)通用的模塊，在模型中多次使用它，使用時(shí)只需要改變它的參數(shù)值即可，就像Simulink模塊庫(kù)中的其它模塊一樣。而且定制的S一Function模塊工作原理也與其它的模塊類似。所以山于有了simulink的擴(kuò)展工具S函數(shù)使得Simulink的仿真功能更加強(qiáng)大，同時(shí)也使得模型的建立更加容易，各個(gè)模塊之間的聯(lián)系更加清楚。
分析一個(gè)現(xiàn)有的汽車空調(diào)系統(tǒng)或研制設(shè)計(jì)一個(gè)新的汽車空調(diào)系統(tǒng)，試驗(yàn)是必不可少的環(huán)節(jié)，但如果僅僅依靠對(duì)實(shí)物系統(tǒng)進(jìn)行試驗(yàn)是不經(jīng)濟(jì)的，不僅要進(jìn)行許多重復(fù)的試驗(yàn)以保證試驗(yàn)結(jié)果的正確性和可靠性，還需要花費(fèi)大量的人力、物力和財(cái)力；用基于計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)的汽車空調(diào)性能分析系統(tǒng)代替實(shí)車試驗(yàn)就能克服這種不足，它不需要用實(shí)車，只需采用現(xiàn)代的高速計(jì)算機(jī)和專門(mén)設(shè)計(jì)的仿真軟件便能進(jìn)行這種具有一定重復(fù)性的工作，大大減少了工作的復(fù)雜性和難度，縮短了產(chǎn)品的研制、設(shè)計(jì)、開(kāi)發(fā)的周期，節(jié)約了大量資金，而且還能夠得到與真實(shí)系統(tǒng)試驗(yàn)相吻合的結(jié)果【8】。
3.1.2仿真工具特點(diǎn)
Simulink是集成在Mathworks公司推出的Matlab軟件中的動(dòng)態(tài)系統(tǒng)仿真工具simulink可以用來(lái)對(duì)動(dòng)態(tài)系統(tǒng)進(jìn)行建模、仿真和分析的軟件包，它支持線性和非線性系統(tǒng)、連續(xù)和離散時(shí)間模型，系統(tǒng)還可以是多采樣率的。它功能強(qiáng)大、使用簡(jiǎn)單，同時(shí)還可以使用Matlab中各種分析工具分析仿真結(jié)果。simulink提供了一個(gè)圖形化建模的用戶界面(GUI)，可以用鼠標(biāo)點(diǎn)擊和拖拉模塊的圖標(biāo)建模。通過(guò)圖形界面，可以像用鉛筆在紙上畫(huà)模型一樣。同時(shí)Simulink提供了由Continuous、Diserete、Funetions&Tables、Math、Jonlinear、Signals&SystemsSinks，和sourees組件組成的模塊庫(kù)。這樣在模型的建立過(guò)程中就自動(dòng)實(shí)現(xiàn)了前面所說(shuō)的二次模型化的大部分內(nèi)容，剩下的就是設(shè)置各個(gè)模塊的參數(shù)值即可，免除了以11個(gè)需要編制程序來(lái)實(shí)現(xiàn)的麻煩。另外Simulink中的模型是分級(jí)的，可以自上而下也可以自下而上的建立模型。這樣可以使建立的模型圖面清晰，便于理解模型之間的相互聯(lián)系。建立好一個(gè)仿真模型后，就可通過(guò)simulink的菜單或者在Matlab的命令窗口輸入命令對(duì)它進(jìn)行仿真。Simulink仿真是交互性的，可以隨意地改變模型的參數(shù)并且馬上就可以看到改變參數(shù)后的結(jié)果。使用菜單進(jìn)行仿真對(duì)于交互式工作非常方便，而命令行方式對(duì)于處理成批的仿真比較有用。仿真的結(jié)果可以用Scopes或者其它的顯示模塊，可以在運(yùn)行仿真時(shí)觀察到仿真的結(jié)果。仿真的結(jié)果也可以放在Matlab的一個(gè)工作空間(worksPace)中以待進(jìn)一步的處理或者可視化。Simulink還提供了實(shí)時(shí)工作環(huán)境(Real一TimeWbrkshop)能自動(dòng)地直接從Simulink的模塊圖生成C語(yǔ)一言代碼。這將允許連續(xù)、離散時(shí)間或者混合系統(tǒng)的模型可以運(yùn)行于各種計(jì)算機(jī)平臺(tái)【8】。
總的來(lái)說(shuō)，Ｓimulink仿真環(huán)境主要特點(diǎn)為可視化，開(kāi)放性，用戶可建立圖形方式的系統(tǒng)模型，與傳統(tǒng)的仿真軟件包用微分方程或差分方程建模相比，具有直觀，方便，靈活的優(yōu)點(diǎn)。Simulink還提供了封裝和模塊化工具，可以通過(guò)該功能定義新的模塊，實(shí)現(xiàn)了對(duì)仿真模塊庫(kù)的擴(kuò)展，尤其適合用于復(fù)雜，多層次高非線性的系統(tǒng)仿真。它簡(jiǎn)化了設(shè)計(jì)過(guò)程，減輕了設(shè)計(jì)負(fù)擔(dān)，提高了仿真的集成化和可視化程度。
3.2汽車空調(diào)仿真模型
本文從目前的實(shí)際情況出發(fā)，在實(shí)用性研究中為了滿足精度，穩(wěn)定性和快速性，可理解性的要求，利用長(zhǎng)期積累的測(cè)試數(shù)據(jù)和經(jīng)驗(yàn)為基礎(chǔ)，對(duì)仿真模型進(jìn)行較為簡(jiǎn)化的處理，采用穩(wěn)態(tài)仿真研究更適合我國(guó)汽車空調(diào)企業(yè)的實(shí)際情況。
為了簡(jiǎn)化汽車空調(diào)系統(tǒng)的模型，做了以下幾點(diǎn)建議假設(shè)：（1）工作過(guò)程中系統(tǒng)的過(guò)冷度和過(guò)熱度忽略；（2）換熱器內(nèi)制冷劑的流動(dòng)損失可忽略，沒(méi)有管路流動(dòng)能量損失;（3)熱力膨脹閥的工作是完全理想的，即能在任何汽車空調(diào)的工作壓力下保持與壓縮機(jī)的排量相同的流量。
在整個(gè)汽車空調(diào)系統(tǒng)模型中建立中主要包括了循環(huán)計(jì)算、壓縮機(jī)、冷凝器、蒸發(fā)器四個(gè)子系統(tǒng)。
壓縮機(jī)模型采用穩(wěn)態(tài)模型，功率根據(jù)理論功和壓縮機(jī)的效率確定【4】：
(3-1)
(3-2)
式中:
, --分別表示壓縮機(jī)的制冷劑流量與功率,
，，--分別為壓縮機(jī)的輸氣系數(shù)、理論功、效率,
、 、分別表示冷凝壓力、蒸發(fā)壓力、吸氣比容、多變指數(shù)。
蒸發(fā)器和冷凝器模型: 忽略蒸發(fā)器與冷凝器中制冷劑的阻力損失，制冷劑兩
相區(qū)的溫度可近似認(rèn)為是一致的因此系統(tǒng)采用穩(wěn)態(tài)模型，將兩器按過(guò)熱、過(guò)相區(qū)
過(guò)冷分成幾個(gè)大塊。對(duì)于冷凝器。根據(jù)制冷劑的質(zhì)量和能量守恒方程式【4】
（3-3）
在一個(gè)短時(shí)間內(nèi)積分得
（3-4）
（3-5）
在一個(gè)短時(shí)間內(nèi)積分得
（3-6）
式中:
上標(biāo)和分別表示當(dāng)前時(shí)刻和上一時(shí)刻的物理量,
，，分別為制冷劑的質(zhì)量、焓和質(zhì)流率,
為總的熱流,
為時(shí)間,
下標(biāo)，和分別表示換熱器的過(guò)熱區(qū)、兩相區(qū)和過(guò)冷區(qū)。
令， （3-7） （3-8）
當(dāng)進(jìn)出口流量、進(jìn)口焓值已知時(shí)，冷凝器中其它參數(shù)仍然需要通過(guò)迭代才能確定把質(zhì)量平衡作為迭代標(biāo)準(zhǔn)。蒸發(fā)器的計(jì)算與冷凝器是一致的，只是沒(méi)有過(guò)冷區(qū)。
3.3制冷循環(huán)子系統(tǒng)
制冷循環(huán)子系統(tǒng)實(shí)際上是一個(gè)用于對(duì)制冷循環(huán)的物性進(jìn)行計(jì)算的仿真模型因?yàn)閷?shí)際的系統(tǒng)在工作過(guò)程中由于外界或人為的調(diào)節(jié)造成制冷機(jī)的工作工況在變化，例如由于轉(zhuǎn)速的變化，引起制冷劑流量變化就會(huì)使得系統(tǒng)的冷凝溫度和蒸發(fā)溫度發(fā)生變化，冷凝溫度和蒸發(fā)溫度又反過(guò)來(lái)影響其它部件的工作，從而使系統(tǒng)會(huì)在一個(gè)新的工作條件下穩(wěn)定下來(lái)。
汽車空調(diào)制冷系統(tǒng)循環(huán)可清楚地表示在壓焓圖上，如下圖3-1所示。它主要由4個(gè)過(guò)程組成。低溫低壓時(shí)制冷劑氣體從壓縮機(jī)壓縮成高溫高壓的制冷劑氣體，此過(guò)程為壓縮過(guò)程用1-2表示；制冷劑氣體由壓縮機(jī)排出后進(jìn)入冷凝器，此過(guò)程為冷凝過(guò)程用線段2s-2-3表示；制冷劑通過(guò)膨脹閥節(jié)流時(shí)，其前、后焓值相等是膨脹過(guò)程，用線段3-4表示；制冷劑液體經(jīng)膨脹閥降溫后進(jìn)入蒸發(fā)器，吸熱制冷后從蒸發(fā)器出口被壓縮機(jī)吸入，此過(guò)程為蒸發(fā)過(guò)程線段4-l表示。離開(kāi)蒸發(fā)器和進(jìn)入壓縮機(jī)的制冷劑蒸汽是處于蒸發(fā)壓力下的飽和蒸汽，離開(kāi)冷凝器和進(jìn)入膨脹閥的液體是處于冷凝壓力下的飽和液體。制冷劑在蒸發(fā)和冷凝過(guò)程中沒(méi)有壓力損失；在各設(shè)備的連接管道中制冷劑不發(fā)生狀態(tài)變化，制冷劑的冷凝溫度等于冷卻介質(zhì)溫度，蒸發(fā)溫度等于被冷卻介質(zhì)的溫度。
圖3-1汽車空調(diào)制冷系統(tǒng)循環(huán)圖
在前面假設(shè)的基礎(chǔ)上，冷凝溫度和蒸發(fā)溫度實(shí)際上就決定了對(duì)于汽車空調(diào)來(lái)說(shuō)是除了壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速以外整個(gè)制冷循壞的工作。制冷循環(huán)子系統(tǒng)模型
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