平流式冷凝器應(yīng)用于頂置式汽車空調(diào)的試驗(yàn)研究-平流式冷凝器_第1頁(yè)
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1、平流式冷凝器應(yīng)用于頂置式汽車空調(diào)的試驗(yàn)研究西安交通大學(xué) 宋振華 袁秀玲摘要:本文用試驗(yàn)的方法探討平流式冷凝器在大中客車頂置式空調(diào)上的應(yīng)用,以平流式冷凝器及設(shè)計(jì)的一套頂置式中客空調(diào)系統(tǒng)為樣機(jī),進(jìn)行冷凝器的換熱性能試驗(yàn)和空調(diào)系統(tǒng)性能試驗(yàn),目的是得出一些實(shí)際的檢測(cè)數(shù)據(jù),為今后平流式冷凝器在大中客車空調(diào)推廣應(yīng)用提供參考。Abstract: The usage of parallel flow condenser in large & medium sized bus air conditioning system is discussed in this thesis by test meth

2、od. A condenser heat exchanger as well as an air conditioning system performance experiments are done on a sample unit with parallel flow condenser. The test data supplies a reference to the popularization of parallel flow condenser in large & medium sized bus air-conditioner.   &

3、#160;關(guān)鍵詞: 平流式冷凝器 大中客車頂置式空調(diào) 換熱器換熱性能試驗(yàn) 空調(diào)系統(tǒng)性能試驗(yàn)Keywords: Parallel flow condenser Large & medium sized bus roof-mounted air-condition Heat exchanger performance test Air-conditioning system performance test1. 前言冷凝器是空調(diào)設(shè)備制冷系統(tǒng)中的一個(gè)重要部件,它的好壞直接影響空調(diào)設(shè)備的性能。按文獻(xiàn)【1】分析,冷凝器的熱損失要占整個(gè)空調(diào)設(shè)備的熱損失的35. 5%。因此,要提高空調(diào)器的能效比,降

4、低其能量消耗,改善冷凝器結(jié)構(gòu),強(qiáng)化其傳熱具有重要意義。汽車空調(diào)系統(tǒng)中采用的冷凝器主要有套片式冷凝器、管帶式冷凝器和平流式冷凝器三種結(jié)構(gòu)類型。套片式冷凝器是由銅管和鋁翅片組成。因熱脹冷縮的影響,經(jīng)過(guò)一段時(shí)間的工作之后,管子和肋片之間的內(nèi)應(yīng)力會(huì)隨之下降,接觸應(yīng)力相應(yīng)降低,從而引起換熱效率降低,對(duì)于汽車空調(diào)尤其如此,因汽車的顛簸和震動(dòng),其內(nèi)應(yīng)力在這樣條件下更容易疲勞,引起管子和肋片之間的微觀松動(dòng),而且,肋片上的孔也會(huì)在強(qiáng)烈的震動(dòng)下,因管子和肋片的振動(dòng)頻率不同,相互之間產(chǎn)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)而被擴(kuò)大,更加加劇了換熱效率降低,同時(shí)還會(huì)帶來(lái)工作噪音的加大和使用壽命的縮短。管帶式冷凝器采用橢圓扁管,橢圓扁管內(nèi)與制冷劑

5、的接觸周長(zhǎng)比圓管大得多,因此,管內(nèi)的換熱量有較大的提高,扁管的迎風(fēng)面積小,具有有利的流型,氣體動(dòng)力性能好,背風(fēng)面渦流區(qū)小,因此,在相同的風(fēng)速下,管外側(cè)的放熱系數(shù)高于圓管,而流動(dòng)阻力卻低于圓管。而且,其結(jié)構(gòu)緊湊,在相同數(shù)目的管簇情況下,扁管肋片所占面積小,這樣,在相同的外形尺寸時(shí),扁管可以顯著增加換熱面積。同時(shí),管子和肋片均為鋁材,重量輕,成本低,且加工工藝簡(jiǎn)化,焊接處減少,可靠性提高。據(jù)文獻(xiàn)【2】介紹,在同樣溫差和空氣流量條件下進(jìn)行試驗(yàn),用橢圓扁管代替圓管可增加換熱量20 40%,冷凝器尺寸和重量可減少18 40%。平流式冷凝器同樣采用扁管,制冷劑由管接頭進(jìn)入圓柱形集管,然后分流進(jìn)入橢圓扁管,

6、平行的流到對(duì)面的集管,最后通過(guò)跨接管回到管接頭座。扁管之間嵌有散熱片。這種冷凝器具有空氣側(cè)和制冷劑側(cè)的壓力損失小,傳熱系數(shù)高,重量輕,結(jié)構(gòu)緊湊和制冷劑充灌量少,更適合于R134a工質(zhì)。據(jù)文獻(xiàn)【2】介紹,與管帶式冷凝器相比,在制冷劑相同的情況下,平流式的制冷劑側(cè)壓力降只是管帶式的20%,而換熱性能提高約70%。近年來(lái),我國(guó)汽車空調(diào)設(shè)備正在日新月異的發(fā)展,縱觀汽車空調(diào)用冷凝器,在轎車和中巴車上,套片式冷凝器已基本被管帶式冷凝器所替代,平流式冷凝器也在逐步發(fā)展。但對(duì)于大中客車空調(diào),冷凝器卻一直以套片式冷凝器占主導(dǎo)地位,管帶式冷凝器應(yīng)用很少,更不用談平流式冷凝器。所以,研究和開(kāi)發(fā)平流式冷凝器在大中客車

7、空調(diào)上的應(yīng)用尤顯必要。本文就是用試驗(yàn)的方法探討在大中客車頂置式空調(diào)上應(yīng)用平流式冷凝器的可能性,以平流式冷凝器及設(shè)計(jì)的一套頂置式中客空調(diào)系統(tǒng)為樣機(jī),進(jìn)行冷凝器的換熱性能試驗(yàn)和空調(diào)系統(tǒng)性能試驗(yàn),目的是得出一些實(shí)際的檢測(cè)數(shù)據(jù),為今后平流式冷凝器在大中客車空調(diào)推廣應(yīng)用提供參考。2. 試驗(yàn)裝置、測(cè)試方法2.1樣機(jī)選擇平流式冷凝器為3×36(mm)的鋁質(zhì)口琴管鑲嵌開(kāi)百頁(yè)窗V形帶狀鋁質(zhì)翅片,外表面積3 .405 m 2,內(nèi)表面積4.171 m 2,迎風(fēng)面積0.51 m 2,翅片高度32 mm,翅片寬度8 mm,翅片間距1.5 mm。其結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖1。3*36 9孔口琴管圖1 平流式冷凝器結(jié)構(gòu)圖系統(tǒng)設(shè)計(jì)

8、為頂置式汽車空調(diào)系統(tǒng),其結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖2,冷凝器采用一個(gè)平流式冷凝器,迎車行方向安裝,平行布置2個(gè)冷凝風(fēng)機(jī),冷凝風(fēng)量設(shè)計(jì)4000m3/h,蒸發(fā)器采用兩個(gè)套片式蒸發(fā)器對(duì)稱兩側(cè)安裝,每側(cè)布置2個(gè)蒸發(fā)風(fēng)機(jī),蒸發(fā)風(fēng)量設(shè)計(jì)3500 m3/h。壓縮機(jī)采用排量465cc的4FY汽車空調(diào)專用壓縮機(jī)。系統(tǒng)設(shè)計(jì)制冷量18 kw。 制冷工質(zhì)為R-134a。A: 冷凝器 B:蒸發(fā)器 C:儲(chǔ)液器 D:干燥過(guò)濾器E:視液鏡 F:膨脹閥 G:冷凝風(fēng)機(jī) H:蒸發(fā)風(fēng)機(jī)圖2 頂置式汽車空調(diào)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖2.2試驗(yàn)裝置及測(cè)試儀表冷凝器的換熱性能試驗(yàn)是在汽車空調(diào)換熱器及系統(tǒng)性能試驗(yàn)裝置上進(jìn)行的,該檢測(cè)裝置采用電熱焓差法,利用空氣焓差法和制冷劑

9、質(zhì)量流量計(jì)法兩種方法計(jì)算換熱器換熱量,可控制冷凝器的進(jìn)風(fēng)干球溫度、迎面風(fēng)速(風(fēng)量)、入口制冷劑壓力、溫度、流量、出口液體溫度及冷凝器入口制冷劑過(guò)熱度和出口過(guò)冷度,可測(cè)試?yán)淠鲹Q熱量、冷凝風(fēng)量、制冷劑流程阻力和空氣阻力,完全滿足冷凝器試驗(yàn)研究的需要。系統(tǒng)性能試驗(yàn)是在頂置式汽車空調(diào)系統(tǒng)試驗(yàn)裝置上進(jìn)行的,該檢測(cè)裝置同樣采用電熱焓差法,利用空氣焓差法計(jì)算系統(tǒng)制冷量,模擬頂置在汽車上的安裝方式安裝,可控制汽車內(nèi)側(cè)和汽車外側(cè)的環(huán)境條件、冷凝風(fēng)量和蒸發(fā)風(fēng)量及壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速,可測(cè)試系統(tǒng)制冷量、冷凝負(fù)荷、壓縮機(jī)功耗、冷凝風(fēng)量、蒸發(fā)風(fēng)量、空氣流程阻力和風(fēng)機(jī)功率等,完全滿足空調(diào)系統(tǒng)試驗(yàn)研究的需要。兩套試驗(yàn)裝置都由國(guó)外公

10、司專業(yè)制造,均采用世界級(jí)高精度傳感器、變送器、可編程控制器和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng),試驗(yàn)過(guò)程計(jì)算機(jī)自動(dòng)控制,裝置功能齊全,性能優(yōu)良穩(wěn)定,測(cè)量結(jié)果準(zhǔn)確可靠,自動(dòng)化程度高,達(dá)到當(dāng)代國(guó)際的先進(jìn)水平。2.3測(cè)試方法冷凝器換熱性能試驗(yàn):控制冷凝器進(jìn)風(fēng)干球溫度35,冷凝器進(jìn)口制冷劑過(guò)熱度25,冷凝器出口制冷劑過(guò)冷度5。在一定的迎面風(fēng)速下,變冷凝壓力測(cè)試?yán)淠鞯膿Q熱量。在一定的冷凝壓力下,變迎面風(fēng)速測(cè)試?yán)淠鞯膿Q熱量??照{(diào)系統(tǒng)性能試驗(yàn):壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速1500rpm,風(fēng)機(jī)端電壓27V,調(diào)節(jié)測(cè)試風(fēng)洞引風(fēng)機(jī)使蒸發(fā)器出口處的靜壓保持為零,而冷凝器分別控制出口處的靜壓為零和風(fēng)量5000 m3/h的狀態(tài)下,在以下三種工況條件進(jìn)行試驗(yàn)

11、。工況1(JISD 1618標(biāo)準(zhǔn)):蒸發(fā)器進(jìn)風(fēng)干球溫度27,進(jìn)風(fēng)濕球溫度19.5,冷凝器進(jìn)風(fēng)干球溫度35。工況2:蒸發(fā)器進(jìn)風(fēng)干球溫度30,進(jìn)風(fēng)濕球溫度23.8,冷凝器進(jìn)風(fēng)干球溫度35。工況3(IMACE 250標(biāo)準(zhǔn)):蒸發(fā)器進(jìn)風(fēng)干球溫度32.2,進(jìn)風(fēng)濕球溫度23.8,冷凝器進(jìn)風(fēng)干球溫度37.8。3. 測(cè)試結(jié)果冷凝器換熱性能試驗(yàn)結(jié)果歸納如下:冷凝器進(jìn)風(fēng)風(fēng)量m3/h450068008100對(duì)應(yīng)的迎面風(fēng)速m/s2.53.84.5冷凝器進(jìn)口壓力MPa(A)1.471.571.671.471.571.671.471.571.67冷凝器換熱量KW20.4222.9925.6826.6330.6432.59

12、30.0934.7635.89制冷劑流程阻力kPa5.887.858.8312.7515.6916.9216.6721.5723.83冷凝器空氣阻力Pa53.453.853.5101.0101.4101.3137.3137.6137.7空調(diào)系統(tǒng)性能試驗(yàn)結(jié)果歸納如下:檢測(cè)工況檢測(cè)項(xiàng)目工 況 1工 況 2工 況 3系統(tǒng)制冷量 KW17.4818.1719.4919.6519.3920.38冷凝器負(fù)荷 KW26.6527.5928.7029.9828.4429.79冷凝風(fēng)量 m3/h395050003898500039135000冷凝器空氣阻力Pa0180.080180.070179.97蒸發(fā)風(fēng)量

13、m3/h327732873324331633803390蒸發(fā)器空氣阻力Pa000000壓縮機(jī)功耗 KW6.666.577.116.937.307.11冷凝風(fēng)機(jī)功率KW0.500.460.500.460.500.46蒸發(fā)風(fēng)機(jī)功率KW1.021.021.021.021.021.02吸氣壓力MPa(A)0.340.340.380.380.390.39排氣壓力MPa(A)1.741.621.841.701.961.81換熱量 流程阻力 空氣阻力 圖3 在一定的風(fēng)速條件下,冷凝器換熱量、制冷劑流程阻力和空氣流程阻力隨冷凝壓力的變化曲線從試驗(yàn)分析得出:1. 平流式冷凝器在一定的迎面風(fēng)速下,隨著冷凝壓力的提高,冷凝器的換熱量增加,隨著迎面風(fēng)速的提高,冷凝器的換熱量更顯著地增加,但提高到一定的迎面風(fēng)速和冷凝壓力后(如迎面風(fēng)速4.5m/s和冷凝壓力1.67MPa時(shí))再進(jìn)一步提高迎面風(fēng)速和冷凝壓力,冷凝器換熱量變化不大。2. 平流式冷凝器在一定的迎面風(fēng)速下,隨著冷凝壓力的提高,冷凝器制冷劑的流程阻力增加,隨著迎面風(fēng)速的提高,冷凝器制冷劑的流程阻力更顯著地增加。和以往套片式冷凝器和管帶式冷凝器試驗(yàn)比較,制冷劑的流程阻力大大降低。3. 對(duì)于同規(guī)格的頂置系統(tǒng),以平流式冷凝器設(shè)計(jì)的系統(tǒng)比以套片式冷凝器設(shè)計(jì)的系統(tǒng),冷凝器數(shù)量由兩個(gè)變成了一個(gè),雖然壓縮機(jī)排氣壓力較高,但只要適當(dāng)?shù)剡x擇好冷凝風(fēng)機(jī)就可以解

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