R1234yf汽車空調系統(tǒng)性能研究.pdf

1、目前汽車空調系統(tǒng)中普遍采用的R134a制冷劑具有很高的溫室效應指數(shù)(GWP)，會對環(huán)境帶來不利影響。汽車空調系統(tǒng)中制冷劑替代問題已經(jīng)迫在眉睫，成為了工業(yè)界及學術界共同關注的焦點，然而作為R134a的世界范圍內的替代物目前仍未完全明確。除了不破壞臭氧層及使用安全以外，下一代汽車空調制冷劑的最大要求為低GWP值?；谶@種要求，目前世界范圍內可供選擇的制冷劑主要有R1234yf,CO2以及R32等，這其中又以R1234yf制冷劑的替代可行性最

2、高。本文對R1234yf制冷劑在汽車空調典型工況下的理論循環(huán)進行熱力學分析，并進行了該制冷劑汽車空調系統(tǒng)的直接替代性能測試，將理論分析與實驗測試的結果與CO2及R32的結果進行對比，論證了R1234yf是目前替代性最好的汽車空調制冷劑。在此基礎上建立R1234yf制冷劑的系統(tǒng)及部件仿真模型，進行系統(tǒng)性能優(yōu)化實驗研究及生命周期環(huán)境影響(LCCP)分析。研究結果表明，R1234yf制冷劑作為最有希望的下一代汽車空調制冷劑，其系統(tǒng)性能可以經(jīng)過

3、優(yōu)化達到與現(xiàn)有R134a系統(tǒng)相當?shù)乃?，采用?yōu)化的R1234yf系統(tǒng)，可以大幅度降低汽車空調系統(tǒng)的LCCP指數(shù)，符合人們對汽車工業(yè)發(fā)展的要求。本文的研究內容及主要成果如下:
　　 一、從熱力學性質及安全性等方面比較了R1234yf與CO2以及R32等低GWP值制冷劑在汽車空調系統(tǒng)中使用的可行性，并在汽車空調典型工況下建立上述幾種制冷劑的理論循環(huán)，對其各自性能進行定性的分析及比較，并討論了運行參數(shù)變化對各種制冷劑理論循環(huán)性能的影響

4、。
　　 二、對R1234yf在汽車空調系統(tǒng)中直接替代的情況進行實驗研究，并與R32及CO2汽車空調系統(tǒng)的性能進行對比。結果表明，R1234yf在現(xiàn)有汽車空調系統(tǒng)中可以直接替代，性能與原有R134a系統(tǒng)相比略有不足。R32制冷劑系統(tǒng)需要采用小排量的壓縮機，各部件的耐壓特性也需重新設計。R32本身的單位容積制冷量很大，系統(tǒng)性能與R134a系統(tǒng)相當。CO2系統(tǒng)壓力非常高，需要對現(xiàn)有汽車空調系統(tǒng)完全重新設計，在環(huán)境溫度不高時，可以得到

5、與原有R134a系統(tǒng)相當?shù)男阅?。從系統(tǒng)性能及運行狀態(tài)等方面綜合考慮，結果表明R1234yf具有最好的替代可行性，并且直接替代系統(tǒng)存在優(yōu)化空間。
　　 三、在上述研究的基礎上，選取R1234yf系統(tǒng)做重點研究，建立了R1234yf制冷劑的蒸發(fā)器及冷凝器的仿真模型，比較研究現(xiàn)有的管內兩相傳熱關聯(lián)式對R1234yf制冷劑的適用性。結果表明Kandlikar的沸騰傳熱關聯(lián)式及Cavallini的冷凝傳熱關聯(lián)式對于R1234yf制冷劑具有

6、最好的適用性。在部件模型研究的基礎上，開發(fā)了精度優(yōu)良的R1234yf系統(tǒng)仿真模型，并借助模型研究了R1234yf系統(tǒng)性能優(yōu)化方向。
　　 四、R1234yf系統(tǒng)性能優(yōu)化的實驗研究。采用調節(jié)彈簧預緊力及充注介質的方法對R1234yf系統(tǒng)中的熱力膨脹閥進行優(yōu)化設計，更好的控制R1234yf系統(tǒng)中蒸發(fā)器出口過熱度，使系統(tǒng)性能得到明顯改善。在R1234yf系統(tǒng)中引入中間換熱器，使系統(tǒng)制冷量得到明顯提高，達到與R134a系統(tǒng)基本相當?shù)乃?/p>