汽車空調(diào)計(jì)算書

1、精選文檔車用蒸汽壓縮式制冷循環(huán)的熱力計(jì)算在進(jìn)行制冷循環(huán)的熱力計(jì)算之前，首先需要了解系統(tǒng)中各設(shè)備內(nèi)功和熱量的變化情況，然后再對循環(huán)的性能指標(biāo)進(jìn)行分析和計(jì)算。當(dāng)完成一個(gè)蒸汽壓縮循環(huán)時(shí)，在壓縮機(jī)中外界對制冷劑作功。而熱量的傳遞情況則因設(shè)備而異，在冷凝器中熱量由制冷劑傳給外界冷卻介質(zhì)，在蒸發(fā)器中熱量由被冷卻物體傳給制冷劑。蒸發(fā)器中單位時(shí)間內(nèi)向制冷劑傳遞的熱量稱為循環(huán)的制冷量，用符號Q0 表示。壓縮機(jī)中因壓縮制冷劑所消耗的功率用符號N0 表示，它是保持循環(huán)運(yùn)動所必須付出的代價(jià)。這兩者的比?0 = Q0 / N0 定義為制冷系數(shù)。根據(jù)熱力學(xué)第一定理，如果忽略位能和動能的變化，穩(wěn)定流動的能量方程可表示為Q

2、+ N = m （ h2 - h1 ）（ 1-1 ）式中：Q- 單位時(shí)間內(nèi)加給系統(tǒng)的熱量（kW ） ；N- 單位時(shí)間內(nèi)加給系統(tǒng)的功（kW） ；m- 流進(jìn)或流出該系統(tǒng)的穩(wěn)定質(zhì)量流量（kg/s ） ；h- 比焓（kj/kg ） ;下標(biāo) 1 、 2- 流體流進(jìn)系統(tǒng)和離開系統(tǒng)的狀態(tài)點(diǎn)。當(dāng)熱量和功朝向系統(tǒng)時(shí)，Q 和 N 取正值。該方程可單獨(dú)適用于制冷系統(tǒng)的每一個(gè)設(shè)備。 節(jié)流機(jī)構(gòu)制冷劑液體通過節(jié)流孔口時(shí)絕熱膨脹，對外不作功，Q = 0 ， N = 0 。故方程（1-1 ）變?yōu)?0 = m （ h3 - h4 ）h3 = h4因此，可以認(rèn)為節(jié)流前后其焓值不變。節(jié)流閥出口處（點(diǎn)4）為兩相混合物，它的焓值也可由

3、下式表示：h4= （ 1- x4 ） hf0 + x4 hg0（1-2）式中：hf0- 蒸發(fā)壓力p0 下的飽和液體焓值；hg0- 蒸發(fā)壓力p0 下的飽和蒸汽的焓值。將上式移項(xiàng)并整理，得到(1-3)x4= ( h4 - hf0 ) /( h g0- hf0 )點(diǎn) 4 的比容為：v4 =(1-x4) vf0 + x4 vg0(1-4)式中：vf0- 蒸發(fā)溫度t0 下飽和液體的比容(m3/kg);vg0- 蒸發(fā)溫度t0 下飽和蒸汽的比容(m3/kg); 壓縮機(jī)如果忽略壓縮機(jī)與外界環(huán)境所交換的熱量，由式(1-1 )得N0 = m ( h2 - h1)( kW)( 1-5 )式中： ( h2 - h1)

4、 表示壓縮機(jī)每壓縮并輸送1kg 制冷劑所消耗的功，稱為理論比功，用w0 表示。由于節(jié)留過程中制冷劑對外不作功，因此循環(huán)的比功與壓縮機(jī)的比功相等。 蒸發(fā)器被冷卻物體通過蒸發(fā)器向制冷劑傳遞熱量Q0 ,因蒸發(fā)器不作功故方程(1-1 )變成Q0 = m ( hl - h4 ) = m ( hl -h3 )( kw )( 1-6 )由上式可以看出，制冷量與兩個(gè)因素有關(guān)，即制冷劑的質(zhì)量流量壓縮機(jī)的尺寸和轉(zhuǎn)速有關(guān)，后者與制冷劑的種類和工作條件有關(guān)。它表示每千克制冷劑在蒸發(fā)器內(nèi)從被冷卻物體中吸取的熱量，用質(zhì)量流量m 和容積 V 有關(guān)，V = m v (m3/s)(1-7)式中： v 為制冷劑的比容。在壓縮過程

5、中它是一個(gè)變量，由于壓縮機(jī)進(jìn)口處的比容我們用 v1 代入方程式(1-7 ) ，則有：m和制冷劑進(jìn)出蒸發(fā)器的烙差 (hl -h4 )o前者與(hl - h4 )稱為單位質(zhì)量制冷量(簡稱單位制冷量)，q0 表示。由于壓縮機(jī)進(jìn)口處的比容v1 和壓縮機(jī)的尺寸緊密相關(guān)，因此可編輯(1-8)V1 = m v1 或 m = V1 / v1將方程式(1-8 )代入方程式(1-6 ) ，得到Q0 =V1 ( h1 - h4 ) / v1V1 和( h1 - h4 ) / v1 。前者由上式可以看出，制冷量也可以用另外兩個(gè)因子來表示：壓縮機(jī)進(jìn)口處蒸汽的容積流量取決于壓縮機(jī)的尺寸和轉(zhuǎn)速，后者取決于制冷劑的種類和工作

6、條件。( h1 - h4 ) / v1 稱為單位容積制冷量，用 qv 表示。它表示壓縮機(jī)每吸入1m 3 制冷劑蒸汽(按吸氣狀態(tài)記)所制取的冷量。 冷凝器假設(shè)制冷劑在冷凝器中向外界放出的熱量為Qk ，那么Qk = m ( h2 - h3 )(1-10)式中 ( h2 - h3 ) 稱為冷凝器單位熱負(fù)荷，用qk 表示 . 它表示每千克制冷劑蒸汽在冷凝器中放出的熱量。 制冷系數(shù)按定義，在理論循環(huán)中?0 = q0/w0 = (h1-h4)/(h2-h1)汽車空調(diào)熱負(fù)荷設(shè)計(jì)計(jì)算理想的車內(nèi)溫度夏季為25 27 ，冬季為16 25 ，相對濕度為45%60% 時(shí)，人體感覺舒適。一、車內(nèi)設(shè)計(jì)參數(shù)的選擇車內(nèi)設(shè)計(jì)參

7、數(shù)可以遵循以下原則：( 1 )夏季車內(nèi)溫度應(yīng)取在25 27 ，最高不超過28 ，冬季可取為16 22 。( 2) 在夏季，考慮到車內(nèi)外溫差過大時(shí)容易引起“熱沖擊”，應(yīng)對車內(nèi)外溫差有一定的限制，一般以 57 為宜，最大不要超過10。因此，建議夏季車內(nèi)空調(diào)溫度按下式選取：tn = 20 + 1/2 ( tw - 20 )(1)式子中：tn 車內(nèi)空調(diào)溫度()tw 車外環(huán)境空氣溫度()( 3) 車內(nèi)相對濕度在45%60% 之間比較適宜。( 4) 車內(nèi)氣流速度以0.3 m/s0.5m/s為宜。( 5) 根據(jù)“頭冷腳涼”的原則，車內(nèi)垂直方向溫差應(yīng)控制在頭部溫度比腳部溫度低 3 左右。( 6) 考慮到人的生

8、理衛(wèi)生要求，車內(nèi)應(yīng)引進(jìn)一定量的新空氣。由于車內(nèi)新鮮空氣引入量過大時(shí)會顯著增加空調(diào)熱負(fù)荷，應(yīng)以最低標(biāo)準(zhǔn)保證11m3/ 人 *h 的新鮮空氣補(bǔ)充量。2、 車外設(shè)計(jì)參數(shù)的選擇為了使空調(diào)熱負(fù)荷設(shè)計(jì)計(jì)算結(jié)果有利于為制冷系統(tǒng)的設(shè)計(jì)提供參考依據(jù)，一般是把設(shè)計(jì)地的夏至這一天作為設(shè)計(jì)日，并以當(dāng)天的逐時(shí)氣溫作為設(shè)計(jì)溫度。相對濕度的選取可參考設(shè)計(jì)地夏季平均相對濕度。一般情況下，車外設(shè)計(jì)溫度在36 38 之間，相對濕度為50%70% 。3、 汽車空調(diào)熱負(fù)荷的組成（三個(gè)假設(shè)：車身熱傳遞為一維穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱；車廂內(nèi)的熱負(fù)荷只使車內(nèi)空氣和部件的溫度升高；車內(nèi)各部件的溫度與車內(nèi)空氣的溫度均勻一致。）建立熱平衡方程如下：QW=QWB

9、+QWG+QWBI+QE+QC+QM+QP+QV（ 2）式中： QW 空調(diào)熱負(fù)荷（W ）QWB 通過車頂與車門傳導(dǎo)進(jìn)入車內(nèi)的熱負(fù)荷（W）QWG 通過各玻璃表面以對流方式進(jìn)入車內(nèi)的熱負(fù)荷（W）QWBI - 通過各玻璃表面以輻射方式直接進(jìn)入車內(nèi)的熱負(fù)荷（W）QE - 從發(fā)動機(jī)室一側(cè)傳導(dǎo)進(jìn)入車內(nèi)的熱符合（W）QC - 從行李廂及車廂地板處傳導(dǎo)進(jìn)入車內(nèi)的熱負(fù)荷（W ）QM 空調(diào)風(fēng)機(jī)造成的熱負(fù)荷（W ）QP - 車內(nèi)駕駛?cè)藛T及乘客散發(fā)的熱負(fù)荷（W ）QV - 密封處泄露及補(bǔ)充新風(fēng)進(jìn)入車內(nèi)的熱負(fù)荷（W）1 、通過車頂與車門傳導(dǎo)進(jìn)入車內(nèi)的熱負(fù)荷Qba = Ab （Idv + Id ）（ 3）式中： Qba

10、單位面積車體表面吸收的熱量（W/m2 ）Ab 車體外表面對太陽輻射的吸收率Idv - 太陽輻射直射強(qiáng)度在車體外表面法線方向的分量（W/m2 ）Id 車體外表面接受的太陽輻射散射強(qiáng)度（W/m2 ）通過車體外表面與車門進(jìn)入車內(nèi)的熱負(fù)荷可以由建立車體表面的熱平衡方程而得到。對于穩(wěn)態(tài)過程，其熱平衡方程如下：Qba = An（tb2 - tn） + Aw（tb1 - tw ）（4）式中： An 車體內(nèi)表面的換熱系數(shù)（W/m2 ）tb2 車體內(nèi)表面溫度（）Aw 車體外表面放熱系數(shù)（W/m2 ）tb1 車體外表面溫度（）tw 車外環(huán)境溫度（）tn 車內(nèi)空調(diào)溫度（）由式子（4）即可得出通過單位面積車體表面?zhèn)鲗?dǎo)

11、進(jìn)入車內(nèi)的熱量為：Qb=An（tb2-tn）=Qba-Aw（tb1-tw）（5）在穩(wěn)態(tài)情況下，通過車體外表面?zhèn)鲗?dǎo)至內(nèi)表面的熱量等于車體內(nèi)表面向車內(nèi)空氣的對流換熱量，即：An（tb2-tn）=（ tb1-tb2 ） /Rs （ 6）式子（ 6 ）中， Rs 為車體外表面換熱熱阻，單位為m2 /W 。 在車子運(yùn)行的情況下，Aw 只是運(yùn)行速度的函數(shù)，而于Tb1 無關(guān)，因此可以由方程（4） （ 6）聯(lián)立求得Qb 的計(jì)算式，既Qb=Qba-Qba （ Rs+Rn ） -（ Tw-Tn ） /（Rw+Rs+Rn）（7）式子中 Rw=1/Aw, 為車體外表面換熱熱阻（m2 /W ）Rn=1/An, 為車體內(nèi)

12、表面換熱熱阻（m2 /W ） 在停車條件下，可由方程（4） （ 6）聯(lián)立解得：(8)A1(Tb1-Tw)n+A2(Tb1-Tw)+A3=0式子中：A1,A2,A3 為 An,Aw,Qba 的函數(shù)，n 為指數(shù)。在已經(jīng)知道An,Aw,Qba 表達(dá)式的情況下，即可確定方程( 8) 中的各項(xiàng)系數(shù)及指數(shù)，由迭代法可以求得( Tb1-Tw ) . An,Aw的表達(dá)式可參考下面給出的推薦式，Qba 可由(3)式計(jì)算，這樣可由式子(5)求得Qb 。 停車條件下的放熱系數(shù)a、車頂與車門內(nèi)表面的放熱系數(shù)表達(dá)式為：An=5.6782(2.0+1.03 Va)(9)式子中：Va 車內(nèi)空氣流動速度(m/s )b 、車頂

13、與車門外表面的放熱系數(shù)表達(dá)式為：車門： Aw=2.63(Tb1-Tw)0.25(10)車頂： Aw=1.98(Tb1-Tw)0.25(11) 在運(yùn)行條件下，車頂與車門外表面的放熱系數(shù)為：Aw=4.41 X V0.8式子中：V 汽車的運(yùn)行速度(m/s ) (12)此時(shí)，車頂與車門內(nèi)表面放熱系數(shù)仍如(9)式所示。對各傳熱表面，在運(yùn)動狀態(tài)下，將 An,Aw,Qba 代入方程 ( 7) 中； 在停車狀態(tài)下，將 Aw,Qba,(Tb1-Tw) 代入方程式( 5)中， 即可求得運(yùn)動和停車兩種情況下通過單位面積車頂或車門進(jìn)入車內(nèi)的熱負(fù)荷Qbi ， 再乘以各種傳熱面積Fbi ， 即可求得 QWB 。即：QWB

14、= ZQbiFbi(13)式子中：Qbi ， Fbi 分別為通過某單位面積車門或車頂?shù)臒嶝?fù)荷和各傳熱面積。2 通過車窗玻璃進(jìn)入車內(nèi)的熱負(fù)荷QWG 及 QWBI 通過各玻璃表面以對流方式進(jìn)入車內(nèi)的熱負(fù)荷QWG由于太陽輻射對玻璃具有一定的穿透性，因此，當(dāng)太陽輻射作用在玻璃表面時(shí)有一部分能量透過玻璃以短波輻射的形式直接進(jìn)入車內(nèi)，另一部分能量被玻璃吸收后使玻璃表面溫度升高，然后以對流的方式與車內(nèi)外空氣進(jìn)行熱交換，其余的能量則反射回外界空間。這里先考慮以對流方式進(jìn)入車內(nèi)的熱負(fù)荷QWG 。在太陽輻射作用下，單位面積玻璃吸收的熱量Qga 為；Qga=AdiIdv+AdId(14)式子中： 單位面積玻璃吸收的

15、太陽輻射熱(W/m2 ) 入射角為I 時(shí)玻璃的直射吸收率 玻璃的散射吸收率利用與推導(dǎo)式(4) -( 8)相同的方法可得通過單位面積玻璃表面以對流方式進(jìn)入車內(nèi)的熱負(fù)荷Qg 的計(jì)算式：(15)16)Qg=Agn(Tg2-Tn)=Qga-Agw(Tg1-Tn)以及；Qg = Qga-Qga (Rgs+Rgn)-(Tw-Tn)/(Rgw+Rgs+Rgn)式子中： Rgn=1/Agn, 玻璃內(nèi)表面的換熱熱阻(m2 /W )Rgw=1/Agw, 玻璃外表面的換熱熱阻(m2 /W )Rgs 玻璃材料的熱阻(m2 /W )Agn 玻璃內(nèi)表面的換熱系數(shù)(W/m2 )Agw 玻璃外表面的換熱系數(shù)(W/m2 )對于

16、各玻璃內(nèi)表面，其表面換熱系數(shù)表達(dá)式分別為；前窗： Agn=5.6782側(cè)窗： Agn=5.6782后窗： Agn=5.67820.9+1.03 Va )1.10+1.03 Va )0.9+1.03 Va )W/m2 )( 17)W/m2 )( 18)W/m2 )( 19 )對于各玻璃外表面，其換熱系數(shù)表達(dá)式為：停車條彳下： Agw=1.98(Tg1-Tw)cos(。-90)0.25(W/m2 C) (20)式中：。-玻璃表面與水平面之間的夾角運(yùn)行條件下：Agw=3.79 V0.821 )側(cè)窗： Agw =7.21 V0.822)后窗： Agw =4.65 V0.8( 23)將 Agn,Agw,

17、Aga,(Tg1-Tw)分別代入到方程(16)(15) 中， 即可分別求得運(yùn)動和停止兩種情況下通過各單位面積玻璃表面以對流方式進(jìn)入車內(nèi)的熱負(fù)荷Qg 。于是通過各玻璃表面以對流方式進(jìn)入車內(nèi)的熱負(fù)荷QWG 為：QWG=汀giQgi(24)式中： Fgi 分別是各部分車窗玻璃的表面積；Qgi 分別是對應(yīng)的車窗單位面積玻璃表面以對流方式直接進(jìn)入車內(nèi)的熱量。 通過各玻璃表面以輻射的方式直接進(jìn)入車內(nèi)的熱負(fù)荷QWBI通過單位面積玻璃直接進(jìn)入車廂內(nèi)的太陽輻射熱量為：Qta=Ti Idv+Tdi Id( 25)式子中：Qta 透過單位面積玻璃直接輻射進(jìn)入車內(nèi)的太陽輻射熱量(W/m2 )Ti 入射角為I 時(shí)的直射

18、透過率Tdi 玻璃的散射透過率若車廂內(nèi)部裝置表面的吸收系數(shù)為Abi ，則在穩(wěn)態(tài)條件下，通過單位面積玻璃進(jìn)入車內(nèi)被單位面積表面吸收的太陽輻射熱全部散發(fā)給車內(nèi)空氣成為熱負(fù)荷QBI, 即： QBI=QtaAbi(26)式子中：Abi 車內(nèi)裝置表面的吸收系數(shù)則通過各玻璃表面直接輻射進(jìn)入車內(nèi)的熱負(fù)荷QWBI 為：QWBI= HQBIFgi(27)式子中：QBI 分別為通過各部分車窗單位面積玻璃直接輻射進(jìn)入車內(nèi)的熱負(fù)荷，F(xiàn)gi 分別是對應(yīng)的車窗玻璃面積。3 其他部分形成的熱負(fù)荷 密封處泄露及引入新風(fēng)進(jìn)入車內(nèi)的熱負(fù)荷QV由于車體密封性問題及為了滿足車內(nèi)人員生理衛(wèi)生要求而引入新風(fēng)，需要考慮這部分熱負(fù)荷。若按照

19、 11 m3/ 人時(shí)為最低新風(fēng)引入標(biāo)準(zhǔn)，即v1=11m3,則總的新風(fēng)量為 V=n v1(n為乘客人數(shù))，若換算成空氣的質(zhì)量流率，則為 Gv= pV( p為空氣的密度)。于是，總的新風(fēng)熱負(fù)荷QV 可按下式計(jì)算：(28)QV=Gv ( hw-hn )式子中：Gv 進(jìn)入車內(nèi)新風(fēng)的質(zhì)量流量（kg/s ）hw 車外大氣的焓植（KJ/kg ）hn 車內(nèi)空氣的焓植（KJ/kg ） 從發(fā)動機(jī)一側(cè)傳導(dǎo)進(jìn)入車廂內(nèi)的熱符合QE。假定從發(fā)動機(jī)一側(cè)傳導(dǎo)進(jìn)入車內(nèi)的熱負(fù)荷QE 與發(fā)動機(jī)一側(cè)和車內(nèi)空氣溫差成比例，則QE 可用下式表示：QE=KeFe（ te - tn ）（29）式子中：te 發(fā)動機(jī)一側(cè)的空氣平均溫度（）tn

20、乘客車廂內(nèi)的空氣平均溫度（）Ke 傳熱系數(shù)（W/m2 ）Fe 傳熱面積（m2） 從行李廂及車廂地板處傳入車廂的熱負(fù)荷QC與 QE 的分析方法相同，QC 可用下式表示：QC = Kc Fc （tc-tn）（30）式子中：tc 行李廂及地板處空氣平均溫度（）Kc 傳熱系數(shù)（W/m2 ）Fc 傳熱面積（m2）實(shí)際計(jì)算中Ke , Fe , Kc, Fc,通常是用實(shí)驗(yàn)求得的經(jīng)驗(yàn)值。對于小轎車可取810 W/m2 ，對于中、大型客車可取2030 W/m2 車內(nèi)駕駛?cè)藛T及乘客散發(fā)的熱量QP對于駕駛?cè)藛T可取QP1=220W ，對于車內(nèi)乘客可取QP2=102W 。設(shè)有一個(gè)駕駛?cè)藛T和n 個(gè)乘客，則有：QP = Q

21、P1+ n QP2 空調(diào)風(fēng)機(jī)造成的熱負(fù)荷QM精選文檔由于空調(diào)風(fēng)機(jī)產(chǎn)生的熱量將隨空氣進(jìn)入車內(nèi)，因此，一般電機(jī)的功耗即是熱負(fù)荷。不同車型推薦制冷能力車型豪華大型客車（5060 座）大客車（40座左右）中型客（2025 座）中型客車15座左右小型客車9座以下大型貨車工程車小轎車普及型小轎車豪華型制冷能力（KW）23.32918.62111.69.373.55.83.54.77汽車空調(diào)制冷系統(tǒng)的熱力計(jì)算1、制冷系統(tǒng)工況的確定（1）冷凝溫度tk的確定汽車空調(diào)系統(tǒng)由于運(yùn)行條件的限制，均采用風(fēng)冷式冷凝器。車外環(huán)境溫度tw （主要是指夏季環(huán)境溫度）是影響 tk的重要因素?？紤]到汽車空調(diào)系統(tǒng)在不同地區(qū)的適應(yīng)性，應(yīng)選取最惡劣的工況，即取 tk=43 C為宜。對于風(fēng)冷式冷凝器，通常選取tk比冷凝器的進(jìn)風(fēng)溫度高1215 o 即tk=tw