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原文传递基于部件优化的电动汽车热泵系统性能提升研究

论文题名：	基于部件优化的电动汽车热泵系统性能提升研究
关键词：	电动汽车;换热器;热泵系统;换热能力
摘要：	在节能减排、环境保护为背景的当代，电动汽车凭借其低能耗、行驶零排放等优势即将迎来一个发展的黄金期。根据现有资料调研可知，目前大部分电动汽车使用单冷空调与PTC加热的温度控制方式，其高能耗极大的缩短了电动汽车的续航里程，而高效的热泵系统在节能方面具有更大的优势。针对上述电动汽车热泵良好的发展前景以及现有研究中存在的问题，以解决热泵工况下外部换热器易结霜的问题和提高热泵系统的换热能力为目标，采用数学仿真设计与实验验证相结合的方法，对纯电动汽车热泵系统进行了研究和分析如下：　　一、搭建三换热器热泵系统，并进行制冷制热能力测试，通过实验证实，当使用微通道换热器作为外部换热器使用时，在热泵工况下易结霜，为了解决该问题，提出使用小管径换热器代替该换热器作为外部换热器使用，并通过实验证明在反复的结霜化霜过程中，相比于微通道换热器易结霜并且除霜不彻底，管片式换热器具有排水容易，结霜速度慢，化霜速度快等优势；　　二、基于ε-NTU法建立了换热器单体能力和流阻计算模型，依托该模型设计了四种不同流程排布的小管径换热器样件，使得在城市工况下，其换热能力接近微通道换热器；　　三、通过实验对比了使用上述设计的换热器的热泵系统在不同热泵工况下的制冷、制热性能，由实验结果可知，当只考虑换热能力方面，使用小管径换热器的热泵系统更适合于城市低速工况，这与目前电动汽车的设计理念相符。以简化该热泵系统为目标，设计了四通阀热泵系统，由两种热泵系统的实验对比可知，三换热器系统复杂、部件多、成本高，而能力和能效方面并没有优势，相比而言四通阀热泵系统前景更好；　　四、基于简化系统的目的开发一种双向热力膨胀阀，取代原系统中的两个热力膨胀阀和旁通阀。实验对比可知，使用该阀的系统在保持制热能力不变的前提下，可提升制冷能力13.5％-20.2%。针对该现象进行了过热度对性能提升的实验研究，进一步分析说明该阀通过降低系统过热度来提高系统的性能。对优化后的热泵系统进行除霜化霜特性的研究，实验结果再次证明小管径换热器在除霜化霜方面具有优势，并且随风速的增加，蒸发器结霜时间变长，并进一步提出通过分液器解决该样件结霜不均的现象，流量分配的优化使得相同工况下蒸发器表面结霜现象消失；　　五、将开发后的系统安装于纯电动汽车中，进行热泵系统实车评估，由降温实验的结果可知，该系统可在短时间内降低车内温度，能满足正常制冷工况下的使用需求，同时系统能效可达2.64-4.88，能满足国家863项目中能效2.2的要求；升温实验结果表明，环境温度越低，需要的制热量越大，并且在环境温度低至6℃时，该热泵系统仍然能够提供28℃的出风温度，足够满足车内的热量需求，并且该热泵系统COP远大于1，相比PTC加热器可以节能50%-80%。
作者：	严瑞东
专业：	制冷与低温工程
导师：	陈江平
授予学位：	硕士
授予学位单位：	上海交通大学
学位年度：	2015
正文语种：	中文