1、目錄TOC o 1-5 h z HYPERLINK l bookmark2汽車空調制冷系統各部件的匹配設計1 HYPERLINK l bookmark41.汽車空調制冷系統的熱力計算1 HYPERLINK l bookmark61.1制冷系統設計工況的確定1 HYPERLINK l bookmark121.2制冷系統的熱力計算3 HYPERLINK l bookmark242.汽車空調用壓縮機的匹配5 HYPERLINK l bookmark383.汽車空調系統換熱器的設計計算5 HYPERLINK l bookmark1704.節流機構的匹配設計13 HYPERLINK l bookmark

2、2065.儲液干燥過濾器匹配設計15 HYPERLINK l bookmark2085.1儲液干燥過濾器設計與選擇方法155.2儲液干燥過濾器的安裝16 HYPERLINK l bookmark2186.汽車空調系統管路設計16 HYPERLINK l bookmark2207.風機的匹配設計16一 一 汽車空調制冷系統各部件的匹配設計汽車空調制冷系統匹配設計的主要內容為：1.根據汽車車型及結構特點確定制冷系統的的布置形式；2.根據所需的制冷量及確定的設計工況進行熱力計算；3.根據熱力計算的結果進行冷凝器，蒸發器的設計及壓縮機的選型4.制冷系統輔助部件設計或選型（儲液干燥過濾器、熱力膨脹閥等）

3、；5.連接各制冷部件的管道設計；6.空氣送風風道設計1.汽車空調制冷系統的熱力計算熱力計算是制冷系統設計計算的基礎，熱力計算的主要目的是求出熱力循環的各項性能指標，并為制冷系統各部件的設計提供依據。1.1制冷系統設計工況的確定在進行汽車空調制冷系統熱力計算之前，首先要根據汽車空調所要求的溫度（tn）和外界溫度（tw），并結合汽車空調系統的特點，確定制冷系統的nw工作參數，即確定如下參數：冷凝溫度（tk）；蒸發溫度（t0）；過冷度（tsc）;過熱度（tsc）。為了便于討論，可借助右邊的lgp-h圖進行分析。（1）冷凝溫度tk的確定冷凝溫度tk取決于冷凝器的結構形式和冷卻介質。汽車空調系統由于運行

4、條件的限制，均采用風冷式冷凝器。這時車外環境溫度tw（主要是指夏季w環境溫度），成為影響tk的重要因素。在確定tk時不能只考慮某個地區的氣象條件，而應綜合加以考慮，以滿足汽車使用地區廣的特點。考慮到汽車空調系統在不同地區的適應性，應選取最惡劣工況，即取t=43C為宜。對于w風冷式冷凝器。通常選取tk比冷凝器的進風溫度高12C15C。即:tk=tw+x（x=12，13，14，15）（1-1）對于汽車空調系統，tk的確定尚需考慮下列因素：1由于風冷式冷凝器的傳熱系數較低，而且受汽車安裝空間的限制，冷凝器又不可能做的太大，一般靠增大傳熱溫差提高tk；2冷凝器的工作環境惡劣，易積灰和沾染其它雜物，使傳

5、熱系數減少；綜合上述因素，確定冷凝溫度tk與外部環境溫度的差值為17C即:tk=tw+17=43+17=60C(2)蒸發溫度t0蒸發溫度t0取決于空調所需求的溫度、蒸發器的型式、被冷卻介質的種類和使用條件。從理論上講，蒸發溫度t0提高，可以提高制冷循環的制冷量，提高制冷系數和循環的經濟性。但t0的提高，減少了蒸發器的傳熱溫差，需要較大尺寸的蒸發器作為補償。而這一點對于汽車空調系統特別對于中、小型汽車空調系統是一個難題。由于一般希望蒸發器具有高效緊湊的特點，所以過大尺寸的蒸發器是不能接受的。根據Q=KFAt，傳熱系數K受風冷式冷凝器的限制無法有大的改善；m換熱面積F又受到安裝尺寸的限制。因此，要

6、保證一定的制冷能力只能在增大傳熱溫差上做文章。在厶t中，當空調回風溫度確定后，唯一可以改變的m即是蒸發溫度t0，要增大傳熱溫差，只有降低蒸發溫度t0。但要注意到：t0不可能無限制的降低，當t0o.。1889m3/s經校核,所選壓縮機符合使用要求。3.汽車空調系統換熱器的設計計算汽車空調系統中的換熱器是指冷凝器和蒸發器。由于汽車運行條件的限制,汽車空調系統中的換熱器都是采用空氣作為冷卻介質,即都是所謂的空冷式換熱器。對冷凝器來說,壓縮機排出的高溫高壓的制冷劑過熱蒸汽進入冷凝器中,制冷劑在管內流動,利用與外界環境的溫差,通過傳熱面把熱量傳給外界環境空氣后,制冷劑蒸汽逐步凝結成高壓中溫的液體。對蒸發

7、器來說,由節流機構出來的兩相狀態的低溫低壓的制冷劑進入蒸發器中,制冷劑在管內流動,利用與車內回風進入蒸發器的空氣之間的溫差,通過傳熱面吸收空氣的熱量,使車內空氣降溫、除濕,達到制冷的目的。在該過程中制冷劑則逐步汽化沸騰為低溫低壓的過熱蒸汽。以下以蒸發器的匹配設計為例，說明換熱器的匹配設計步驟及匹配中應注意的問題。一、計算條件：由熱力計算結果可知：制冷量Q0=21.868kW,蒸發溫度t0C；00制冷劑R134a的循環量為q=0.1682kg/s；m已知：進蒸發器的回風溫度t27C,相對濕度申=50%；a1為了便于布置和安裝，蒸發器分成兩個并聯的蒸發器。其中一個蒸發器Q21.868冷負荷為，Q,

8、=爭=10.934kW。二、有關結構參數及物性參數：傳熱管為紫銅管：外徑d=9.3mm,=0.35mm,機械脹管后尺寸為0d=10mm,=0.35mm,導熱系數九=395W/mK。0銅翅片為鋁翅片：翅片厚為,=0.15mm,翅片間距e=2.2mm,導熱系數f九=236W/mKo鋁蒸發盤管采用正三角形錯排：管間距S=25mm,排間距S=Scos300=25121X,cos30o=21.65mm。f三、計算蒸發器的幾何參數：翻邊后總外徑d：bd=d+2，=10+2X0.15=10.3mmb0f1.單位管長的參數值：2(SS-d2)單位管長肋片表面積：F=；單位管長肋片基管外表面積：feF=d(1-

9、,e)；單位管長總外表面積：F=F+F；單位管長管內bbftftF表面積：F=d(按脹管后計算)；肋化系數：卩=卡；凈面比；iiFiTOC o 1-5 h z HYPERLINK l bookmark76A(Sd)(S-5)、=嚴=丄b2fo依次代入相關數據得：ASS HYPERLINK l bookmark52f1fF=0.4163(m2/m),F=0.0302(m2/m)fb四、確定空氣在蒸發器內的狀態變化過程：在汽車空調中，送回風溫差一般為12C15Co本設計中選溫差- -kmk- #-h2=35.3kJ/kg干空氣t=13C,即出風溫度t=14C；選取相對濕度P=85%。a2空氣狀態變

10、化過程在h-d圖上的表示由給定的回風、出風參數查濕空氣的h-d圖得出：h1=55.6kJ/kg干空氣di=11-2g/kg干空氣d2=8.3g/kg干空氣在濕空氣的焓濕圖上連接空氣的進出口狀態點1和點2,并延長與飽和空氣線（P，100%）相交與W點。點W的參數是h=29.2kJ/kg宀一，t=10C,w干空氣wd=7.6g/kg。w干空氣在蒸發器中空氣的平均焓值：h-hh=h+12-mwh-h/ln+w-h-h/2w55.6-35.3=29.2+55.6-29.2=43.1(kJ/kg干空氣)ln35.3-29.2在h-d圖上按過程線與h=43.1kJ/kg工宀一的線的交點讀得t=19.0C,

11、m干空氣md=9.5g/kg干空氣，由此可求得如下的析濕系數：m干空氣d-d/=1+2.46m=1+2.46Xt-t9.5-7.619.0-10=1.52mw五、循環空氣量的計算：GdaQ0-h-h1210.934x1033.655.6-35.3=1939(kJ/h)在進口狀態下的空氣的比容：RaT(1+0.0016d)287.4x(273+27)x(1+0.0016x11.2)V)=11=1P(1+0.001d)100108x(1+0.001x11.2)B1故空氣的體積流量為：V=GV=1939X0.877=1701(m3/h)ada1- -kmk- #-六、計算干工況下空氣側換熱系數：01

12、.選取迎面風速=2.5m/s。f2最窄截面處空氣流動速度2.5-=max,Z0.5479=4.56(m/S)3.取沿空氣流動方向的管排數n=44沿氣流方向的肋片長度L為：L=nS=4X21.65X10-3=0.0866(m)25計算當量管徑de:f,2(S-d)(e-)2x(25-10.3)x(2.2-0.15)de=1bf=3598(mm)fS-d+e-25-10.3+2.2-0.151bft+16由t=a1a2am227+142=20.5C可查得:- #-kmk- #- -kmk- #-demaxYfLS式子：Nu二CRen()m的適用范圍是Re=500104；才=0.180.35；b上面

13、所得的Re等均滿足此條fdet=-40C40C；Lde=450；Sd=2ff1b件。所以可以采用此式計算換熱系數5，即有:Nu=CRen()mffdeNu九=f_:de運動粘度Y=15.75x10-6m2/s,九=2.52x10-2w/mKff7.計算雷諾數Re:f456X小8x10-3=104215.75x10-6或:CRen九l=f一f()m0dede公式中各項系數分別計算為:A=0.518-0.02315(Lde)+0.000455(Lde)2-3.0 x10-6(Lde)fff將Lde=24.07代入上式中，得出:A=0.15f0.24Re0.24x1042C=A(1.36匚)=0.1

14、5x(1.36)=0.16710001000n=0.455+0.0066(Lde)=0.455+0.0066X24.07=0.596m=-0-28+0-08Ref1000=-0.28+00100F=-0.196CRen九l將上述各項數值代入式，=ff()m中得至U：0dede，二53.27(W/m2K)0考慮到錯排,應有所放大：取放大系數k=1.10貝g：,/=k,=1.1x53.27=58.60(w/m2K)008.當量換熱系數,：jp/=1.27pL0.3BB式中：pB25L、B分別是三角形的長短邊距，因管簇按正三角形排列，所以L=1Bp/=1.27pL-0.3B=1.27x10.3=2.

15、554B10.3量翅高h=d(p/1)(1+0.35ln/)=空22(2.5441)(1+0.35xln2.554)=10.73mm由此可求出凝露工況下的翅片效率nfw：th(mh/)wmh/w/2,:、式中：m=(0)12w九0鋁f一鋁片的導熱系數鋁(2,匚)2x53.27x1.52“m=(0)12=58.58；w九0236x0.2x103鋁fth(mh/)th(58,58x0.01073)n=w=0.886fwmh/58.58x0.01073w故當量換熱系數,：j 1 -=空(，fwFf+Fb)=j0F+F1.5253.270.8860.4148+0.02970.4445=72.38(W/

16、m2K)七、R134a在管內蒸發時換熱系數的計算:與R134a在管內冷凝時的換熱系數方法相同，在計算R134a在管內蒸發時的換熱系數，也可以利用相同工況下R12換熱系數的計算公式，求出結果后，再乘以修正系數(k=1.33)得到R134a在管內蒸發時的換熱系數。由熱力計算已知：R134a的質量流量q=0.1682kg/s=605.52kg/h,估計管m內表面熱流量q=13100W/m2；初步取R134a的質量流速=250kg/m2s,則imq605.52R134a的總流通面積為：A=f=6.7510-4(m2)2503600m兀兀每根管子的有效流通截面為：Ad2=0.00932=6.7910-5

17、(m2)i4i4A6.7510-4故蒸發器的分路數為：Z=9.93A6.7910-5i取Z=10；則每一分路R134a的流量為：G=m=0.01682(kg/s)d3600Z在t二0C，按制冷劑為R12時，查文獻【1】中的表5-5得B二1.850于是按計算R12管內蒸發時換熱系數的公式有：BG0.2q0.61.850.016820.2q0.6=di=i=8.6q06id0.00936ii對上述結果乘以修正系數k=1.33，則得R134a在管內蒸發時的換熱系數：/=k=1.338.6q06=11.44q06iiii八、傳熱系數K及傳熱溫差At的計算：0m由于R134a與潤滑油相互溶解，可忽略管內

18、污垢。設翅片側污垢熱阻、管壁導熱熱阻和翅片與管壁之間接觸熱阻之和為4X10-3m2K/W，則總的傳114.74+0.004+10.01728+i：28811.44q0-672.38q0-6ii熱系數K0為:K=Jf0FFr1t+r+r+i+dFwsFiimj如果不計R134a流動阻力對蒸發溫度的影響，則傳熱溫差為:Att,t_a1a2mttln-a10-tta2027.0-14.0恥(c)ln14.0-0九、單位熱流量及蒸發器結構尺寸的確定：由以上計算結果可得：19.790.01782+1.288q0.6或：qiqo=1051.288440.00.01782+5.87+q0.6q0.6ii15

19、.3419.79用試湊法解上式可得q39W/m2,與原假設值很接近，故不需要再重i新計算。q琴1!?856.5(w/m2)015.34Q10.91000從而可求得所需要的換熱面積：.才卞廠83(m2)FQ10.910001273,、F=12.73(m2)0q856.50據此可以確定蒸發器的結構尺寸。所需傳熱管總長：F12.7328.51(m)tF0.4465t迎風面積：A17010.189(m2)f2.53600取蒸發器長A=724mm,高B=250mm,貝V:A0.181(m2)(實際迎風面積)已選管間距S25mm,1B250故每排管子數為：n101S251深度方向計4排,共可布置40根傳熱

20、管,其總長為:iL/0.72441028.96(m)t它大于計算值,約有5%的裕度。十、計算管內換熱系數a和傳熱系數K:i0由上面計算可知：a11.44q06=11.44131390-6=3385W/(m2K)ii -1 #-傳熱系數K010.01782+竺8q0.6i0.01782+1.288131390.645.1W/(m2K) #-1 #- #-1 #-十一、管內流動阻力及其對傳熱溫差的影響的計算：R134a在管內蒸發時的質量流速V為:m_4G_4x0.01682_”774=0009324774kg/(m2s)md2x0.00932i按設計值F/=28.96x0.0292=0.847(m

21、2)iq/iQ10.934x103=0=12909(W/m2)F/0.847i由于沸騰準則數：K/=亠4x129099.81x0.0093x247.742284 #-1 #- #-1 #-雷諾準則數：Re沁=247.74x0.0093=8408.6(卩按t=0杳得)卩0.247x10-30杳得于是:摩擦阻力系數:K/2284.57=。側討25=.。37x(十皿=.。2671由圖3-1可知，從3/點到4點是等焓節流過程，因而有h；=h4=275(kJ/kg)。由文獻1中的附錄4可查得0C時，h=200(KJ/kg),h1/=397.22(KJ/kg)。所以，制冷劑節流后進入蒸發器的干度為：h/-

22、h/X=31h/-h/11275-200397.22-200=0.38出口干度x=1.0，2則平均干度X=(x+x)0.38+1.012=22=0.69 #-1 #- -1 #-由t=0C,u/=0.0077208,u=0.068891,由X=0.69可得：011u=Xu/+(1-X)u/=0.69x0.068891+0.31x0.0077208=0.0499311彎頭個數n=Z-1=10-1=9,局部阻力系數=1.0,由于彎頭半徑S25R=-2=T=12.5(mm)；R12.5所以摩擦阻力系數匚=0.094=0.094x=0.1262d0.0093i由于每根管子長l=0.724(mm)- -

23、1 #-由下列公式可求出流動阻力的損失P二fd+n(匚嚴2)i2(x一x)/2m2鵲+9x(1+0.126H2X。一0.38)0.69xO04993x247兀=0.358x105Pa十二、空氣側的阻力計算：在蒸發器中空氣的平均參數：比容：=mRT1+0.0016d)a_mpBmJ1+0.001d丿m_287.4x(273+20.5)x(1+0.0016x9.5)100108x(1+0.001x9.5)二0.847(m3/kg)密度：“二m1=1.181(kg/m3)0.847m空氣流過單套翅片管簇，在干工況下的阻力可按下式計算得出：P=9.81A(Lde)(“”dfmax式中：A考慮翅片表面粗

24、糙度的系數，對粗糙的翅片表面A=0.0113；L沿氣流方向的翅片長Pd=981x013x31x(181x必6=469Pa由文獻12表5-7中，根據析濕系數匚=1.52,查得系數=1.21于是：p=Q即所選型號滿足要求。max00n式中：G節流閥所能接受的最大制冷劑流量（kg/s）maxq0每千克工質在蒸發溫度條件下的制冷量（kJ/kg）Q節流閥所對應的蒸發溫度回路的總制冷量0n但是如果所選的D太大,卻會給調節帶來困難。因此,選擇D時,一般nn考慮使Gq在1.52.0Q范圍內，綜上所述，具體計算結果如下：max00nC=0.02005+,0.63UDl2二0.02005x1086.960.63x

25、0.00089=0.66G=2CD2,PmaxD4nl -1 #-=20.66D213.885xl051086.964n=28464.81D2n查FPF型熱力膨脹閥技術數據，試選用Dg3FPF型熱力膨脹閥，D=3mm,n則：故：G=28464.81D2=28464.81X0.0032=0.256(kg/s)maxnGq=0.256X130=33.3(kW)三Q=21.868(kW)；滿足要求。max00n且：Gqmax0Q0n=d=1.5221.868 #-1 #- #-1 #-Gq在1.52.0Q的范圍內，滿足要求。故：max00n熱力膨脹閥選用Dg3FPF型熱力膨脹閥，其接管規格為：進口：

26、10 x1(mm)；出口：12x1(mm)5.儲液干燥過濾器匹配設計5.1儲液干燥過濾器設計與選擇方法對于中小型客車，一般采用儲液、干燥、過濾為一體的結構形式，儲液器的容積應占制冷系統充注的制冷劑按體積計算的50%70%,即：儲液器的容積為：V=(0.50.7)X #-1 #- -1 #-式中：m制冷系統制冷劑的充注量(kg)冷凝溫度下制冷劑飽和液體的密度(kg/m3)為了防止異常高溫下儲液器的安全性，儲液器中的儲液量不得超過儲液器本身容積的80%，即儲液器的實際容積應為：V/若選儲液器的直徑為D，長度為L,則有:4V/代入有關數據，根據計算結果選用儲液干燥過濾器，其規格如下表3-1儲液干燥過

27、濾器規格外型容分干易熔適用尺寸量子篩燥劑重塞擊穿溫制冷劑量度76176500XH-50103R134a7110.55.2儲液干燥過濾器的安裝（1）儲液干燥過濾器要安裝在通風好、冷卻好、遠離熱源的地方。一般應安裝在冷凝器與節流機構之間的管路上。（2）儲液干燥過濾器應垂直安裝，傾斜度不要大于15。（3）對于一體式儲液干燥過濾器，其頂部往往設置有一個視野窗。儲液干燥過濾器的安裝，應便于通過視野窗對系統內制冷劑流動情況進行觀察。（4）儲液干燥過濾器的進出口都作有標記，安裝時應注意不得裝反。（5）安裝時還應注意檢查該儲液干燥過濾器是適合于何種制冷劑的產品，不要引起混用。6.汽車空調系統管路設計考慮到車身