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原文传递 R1234yf汽车空调系统性能研究

论文题名：	R1234yf汽车空调系统性能研究
关键词：	汽车空调系统;R1234yf制冷剂;热力学分析;生命周期环境影响指数;仿真模型
摘要：	目前汽车空调系统中普遍采用的R134a制冷剂具有很高的温室效应指数(GWP)，会对环境带来不利影响。汽车空调系统中制冷剂替代问题已经迫在眉睫，成为了工业界及学术界共同关注的焦点，然而作为R134a的世界范围内的替代物目前仍未完全明确。除了不破坏臭氧层及使用安全以外，下一代汽车空调制冷剂的最大要求为低GWP值。基于这种要求，目前世界范围内可供选择的制冷剂主要有R1234yf,CO2以及R32等，这其中又以R1234yf制冷剂的替代可行性最高。本文对R1234yf制冷剂在汽车空调典型工况下的理论循环进行热力学分析，并进行了该制冷剂汽车空调系统的直接替代性能测试，将理论分析与实验测试的结果与CO2及R32的结果进行对比，论证了R1234yf是目前替代性最好的汽车空调制冷剂。在此基础上建立R1234yf制冷剂的系统及部件仿真模型，进行系统性能优化实验研究及生命周期环境影响(LCCP)分析。研究结果表明，R1234yf制冷剂作为最有希望的下一代汽车空调制冷剂，其系统性能可以经过优化达到与现有R134a系统相当的水平，采用优化的R1234yf系统，可以大幅度降低汽车空调系统的LCCP指数，符合人们对汽车工业发展的要求。本文的研究内容及主要成果如下: 　　一、从热力学性质及安全性等方面比较了R1234yf与CO2以及R32等低GWP值制冷剂在汽车空调系统中使用的可行性，并在汽车空调典型工况下建立上述几种制冷剂的理论循环，对其各自性能进行定性的分析及比较，并讨论了运行参数变化对各种制冷剂理论循环性能的影响。　　二、对R1234yf在汽车空调系统中直接替代的情况进行实验研究，并与R32及CO2汽车空调系统的性能进行对比。结果表明，R1234yf在现有汽车空调系统中可以直接替代，性能与原有R134a系统相比略有不足。R32制冷剂系统需要采用小排量的压缩机，各部件的耐压特性也需重新设计。R32本身的单位容积制冷量很大，系统性能与R134a系统相当。CO2系统压力非常高，需要对现有汽车空调系统完全重新设计，在环境温度不高时，可以得到与原有R134a系统相当的性能。从系统性能及运行状态等方面综合考虑，结果表明R1234yf具有最好的替代可行性，并且直接替代系统存在优化空间。　　三、在上述研究的基础上，选取R1234yf系统做重点研究，建立了R1234yf制冷剂的蒸发器及冷凝器的仿真模型，比较研究现有的管内两相传热关联式对R1234yf制冷剂的适用性。结果表明Kandlikar的沸腾传热关联式及Cavallini的冷凝传热关联式对于R1234yf制冷剂具有最好的适用性。在部件模型研究的基础上，开发了精度优良的R1234yf系统仿真模型，并借助模型研究了R1234yf系统性能优化方向。　　四、R1234yf系统性能优化的实验研究。采用调节弹簧预紧力及充注介质的方法对R1234yf系统中的热力膨胀阀进行优化设计，更好的控制R1234yf系统中蒸发器出口过热度，使系统性能得到明显改善。在R1234yf系统中引入中间换热器，使系统制冷量得到明显提高，达到与R134a系统基本相当的水平。讨论了R1234yf制冷剂应用于变排量压缩机的情况，并对采用变排量压缩机的R1234yf系统进行了实车性能环模测试。　　五、研究了汽车空调环境影响的不同评判标准，认为汽车空调生命周期环境影响指数(LCCP)是目前最完善的评价指标。结合GREEN-MAC-LCCP模型对R1234yf汽车空调系统的LCCP指数进行计算，结果表明在不同城市气象条件下，汽车空调系统中应用R1234yf制冷剂都可以显著降低对环境的不利影响。
作者：	赵宇
专业：	制冷与低温工程
导师：	陈江平
授予学位：	博士
授予学位单位：	上海交通大学
学位年度：	2013
正文语种：	中文