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原文传递基于直线压缩机的电动汽车热泵空调性能研究

论文题名：	基于直线压缩机的电动汽车热泵空调性能研究
关键词：	电动汽车;热泵空调;直线压缩机;单级压缩;性能参数
摘要：	新能源汽车产业是我国战略性新兴产业的重要组成部分，是实现“碳中和”目标的重要一环，而续驶里程焦虑一直困扰着电动汽车的推广。空调系统作为电动汽车重要的总成之一，其能耗最高约占电动汽车整车能耗的33％,而压缩机是空调系统中最主要的耗能部件。因此，研发高性能的电动汽车热泵空调系统用压缩机，对电动汽车续航里程的提升有显著作用。直线压缩机取消了曲柄连杆机构，结构紧凑，效率高，能够实现无油操作，避免启停操作，在电动汽车热泵空调系统中极具应用潜力。　　为全面探讨在电动汽车热泵空调系统中直线压缩机替代涡旋压缩机的可行性，首先，本课题搭建了基于直线压缩机的热泵空调系统试验台，同时，基于LabVIEW构建了数据采集与控制系统对活塞幅频、蒸发压力及温度，冷凝压力及温度，质量流量等系统运行参数进行控制、监测与采集。以R134a为工质，在压缩比2.0-3.0,活塞行程40-50mm,冷凝温度40℃的条件下对直线压缩机驱动的热泵空调系统的制冷与制热性能进行试验研究，研究结果表明，在压缩比2.0,活塞行程40mm时，系统最大制冷COP为4.31,系统最高制热效率为4.01。　　其次，结合能量平衡方程、压缩机动力学方程以及传热关系式，建立直线压缩机数值模型。基于压缩机行程、质量流量与输入功率对仿真结果进行验证，验证结果表明，直线压缩机数值模型的整体误差在±15％以内，证明了模型的可靠性。基于该数值模型，对直线压缩机工作过程中的阀门开度、活塞位移、气缸温度、排气温度以及热力学效率进行分析，以研究直线压缩机在不同工况下的性能表现。　　建立涡旋压缩机热泵空调系统仿真模型，并基于现有文献试验结果对所建立数值模型进行仿真验证，验证结果表明冷凝器出口温度、蒸发器出口温度、质量流量、输入功率、制冷量以及COP等仿真系统性能参数与试验之间的总体误差在15％以内，验证了涡旋压缩机热泵空调系统仿真模型的准确性。结合涡旋压缩机数值模型、直线压缩机数值模型及微通道换热器模型构建了模块化车用热泵空调系统仿真模型，在相同工况下对两种压缩机驱动的热泵空调系统制冷与制热性能进行对比分析。仿真结果表明,直线压缩机热泵空调系统在制冷工况下，系统COP比涡旋压缩机热泵空调系统高约26％,而在制热工况下，则低约16.5％。　　最后，基于直线压缩机数值模型构建直线压缩机的两级压缩空调系统仿真模型,分析两级压缩比、冷凝器温度、蒸发器温度对两级压缩空调系统的性能影响。结果表明，两级压缩系统相较于单级压缩的最大泄漏量降低40％,两级压缩系统产生的制冷量与制冷COP也分别高于单级压缩系统105.5％、36.8％,制热量与制热COP也分别高于单级压缩系统62.8％、43.7％,论文研究结果对于直线压缩机在两级压缩热泵空调系统领域的应用具有一定的指导意义。
作者：	沈浩
专业：	车辆工程
导师：	梁昆;程航
授予学位：	硕士
授予学位单位：	扬州大学
学位年度：	2023