小型汽车空调系统实验台的设计

I中国计量学院本科毕业设计（论文）小型汽车空调系统实验台的设计DesignonSmallAutomotiveAirConditioningSystemTestSystem2013年05月II小型汽车空调系统实验台的设计摘要：如今，汽车空调的使用已经普及，而随着科技水平的提高，人们对汽车空调的要求也越来越高，但在提高汽车空调的综合性能的同时也出现了许多问题。根据汽车空调H型热力膨胀阀生产厂家提供的信息，膨胀阀在某些特殊情况下会出现“啸叫”的现象。因此，本文主要针对这一问题设计一台小型汽车空调实验台，用以研究H型热力膨胀阀“啸叫”的问题。作为一台综合型的实验台，该实验台可以用于以下实验：1、用以模拟出膨胀阀“啸叫”的状态并分析这种状态时汽车空调系统各部件特别是膨胀阀的运行参数；2、用以教学演示，分析汽车空调有别于普通空调的特性；3、模拟汽车空调启动与关闭以及汽车发动机变速时空调的运行状态，并予以记录，用以分析变转速时汽车空调各部件的工作状况；4、作为一台综合性的实验台，在变工况时对制冷系统的制冷量和冷凝器性能进行测试研究。关键词：汽车空调；实验台；噪音；中图分类号：TB657IIIDesignonSmallAutomotiveAirConditioningSystemTestSystemAbstract:Today,theforthputtingofautomotiveairconditioninghasbeenuniversal,andwiththedevelopmentoftheScienceandTechnology,people’srequirementsonautomotiveairconditioningarealsogettinghigherandhigher,butastheoverallperformanceofautomotiveair-conditioningisimproving,therehavebeenmanyproblemsatthesametime.AccordingtoinformationprovidedbyAutomotiveAirConditioningH-typethermalexpansionvalvemanufacturers,theexpansionvalveinsomespecialcaseswillgeneratethephenomenonofhowling.Therefore,thispaperwillmainlydesignasmallautomobileairconditioningbenchtosolvethisproblemofthewhistleissueandtostudytheH-typethermalexpansionvalve.Asacomprehensivetest-bed,thebenchcanbeusedinthefollowingexperiments:1、Forsimulation,analysisofthewhistleissuesofautomotiveairconditioningH-typethermalexpansionvalve;2、Forteachingdemonstration,analysisofautomotiveairconditioning,andit’sdifferencefromordinaryairconditionedcarcharacteristics;3、Analogautomotiveairconditioningandautomotiveengineintheconditionsofstartupandshutdownandtheautomotiveairconditioning‘soperatingstatuswhentheengineisstartup.Atthesametimegettherecordandanalysisoftheautomotiveairconditioningpartsworkingconditionswhenthespeedisvariable;4、Thisbenchcanbeusedtodotheresearchofcoolingcapacitytestofsmallautomotiveairconditioningsystems,andcondenserperformancetestingofsmallautomotiveairconditioningsystems.Keywords:automotiveairconditioning;testsystem;noise;Classification:TB657IV目次摘要································IIAbstract······························III目次································IV1绪论·································11.1研究背景······························11.1.1汽车空调的介绍··························11.1.2本课题的由来及意义························11.2国内外关于汽车空调膨胀阀“啸叫”的研究现状·············21.2.1国外汽车空调膨胀阀“啸叫”的研究·················21.2.2国内汽车空调膨胀阀“啸叫”的研究·················22实验系统的设计计算及选型·······················42.1实验台要实现的功能分析·······················42.2汽车空调制冷系统··························42.2.1汽车空调制冷系统简介·······················42.2.2汽车空调制冷系统的工作原理····················42.2.3汽车空调制冷系统的选型······················62.2.4压缩机选型····························62.2.5冷凝器的选型···························92.2.6蒸发器的选型···························92.2.7膨胀阀选型···························102.3制冷系统的热力计算························112.4压缩机动力电机的选型计算·····················132.5冷凝风机的选型计算························142.6压缩机动力电机变频器和冷凝风机变频器的选型············162.7测量仪器的选择··························163汽车空调实验台的总设计方案·····················184总结································21V参考文献······························22学位论文数据集····················错误!未定义书签。中国计量学院本科毕业设计（论文）11绪论1.1研究背景1.1.1汽车空调的介绍汽车空调是用来调节汽车车内温度、湿度和舒适度的安装在汽车上的制冷空调系统。随着现代科技与经济的发展，人们对汽车空调的要求越来越高，如今汽车空调基本已经可以实现跟普通家用空调的功能，如制冷、制热、调节湿度、空气清洁[1]。同时，汽车空调也有跟普通空调不一样的地方：因为汽车空调的工作环境与运行安装有很大的不同，所以汽车空调就需要有一下几点特点：[2]1、能够承受比较大的振动和冲击。汽车作为交通工具需要在不同的路上行驶，这就导致汽车在行驶过车中汽车空调有很大的振动和收到冲击。所以，汽车空调系统中个部件和连接件都要能承受比较大的振动与冲击，以防止空调系统的损坏和制冷剂的泄漏；2、汽车空调需要有较大的制冷量。汽车空调的工作环境比较恶劣，室外温度高，且车内人员密度大。这种工作环境使得汽车空调要负担的排热量要比室内空调大得多。因此，汽车空调需要有较大的制冷量，要能在短时间内把车内温度降下来；3、汽车空调压缩机的动力不是电力，而是汽车发动机。汽车空调不能使用电网上的电，只能用发动机作为动力源，但这样汽车空调使用的动力将减少汽车行驶的动力，而且如果空调效率不高时，空调的使用会增加很多油耗；4、汽车空调结构要求高。因为汽车的体积比较小，特别是小型汽车在保证乘客使用空间的情况下留给汽车动力和其它装置的空间是非常小的。所以，对汽车空调结构的要求就比较高，需要它能结构紧凑、设计合理、质量可靠。1.1.2本课题的由来及意义根据汽车空调H型热力膨胀阀生产厂家提供的信息，膨胀阀在某些特殊情况下会出现“啸叫”的现象。还有，考虑到汽车空调压缩机转速会根据发动机转速的变化而变化，所以有必要对汽车空调压缩机在变转速时的空调整体效率以及换热器效率做一些研究。针对以上两个问题做了以下了解：汽车空调中H型热力膨胀阀“啸叫”的问题一直困扰着膨胀阀制造行业。据调查，消费者对有关膨胀阀噪声的投诉是最多的，这也是整个行业中最普遍的问题[3]。目前实验室现有的试验台只有小型空调实验台和小型冰箱实验台，没有汽车空调实验台。而市场上的汽车空调实验台一般只是教学实验台，且实验台中带动压缩机的电机转速不变，而汽车在真实的使用过程中车速是在不断变化的，这也让汽车空调压缩机的转速在不断变化。中国计量学院本科毕业设计（论文）2因此，本课题就针对这些问题设计一台综合型的汽车空调实验台以实现以下功能：1、用以模拟出膨胀阀“啸叫”的状态并分析这种状态时汽车空调系统各部件特别是膨胀阀的运行参数；2、用以教学演示，分析汽车空调有别于普通空调的特性；3、模拟汽车空调启动与关闭以及汽车发动机变速时空调的运行状态，并予以记录，用以分析变转速时汽车空调各部件的工作状况；4、作为一台综合性的实验台，在变工况时对制冷系统的制冷量和冷凝器性能进行测试研究。1.2国内外关于汽车空调膨胀阀“啸叫”的研究现状1.2.1国外汽车空调膨胀阀“啸叫”的研究在汽车空调啸叫的问题上，Fuchs等对节流短管的稳态噪声进行了研究，获得了节流短管内径、长度与噪声特性的关系。Amini对以空气为工质的节流阀进行了实验研究。对阀的阀头，阀座结构进行了改进，噪声降低了约10%。[3]在热力膨胀阀噪声产生的机理以及控制方法上，美国Illnois(伊利诺斯学院)制冷空调中心对热力膨胀阀在不同工况下的稳态噪声进行了实验研究，并对实验结果进行了初步分析，获得了热力膨胀阀的稳态噪声与系统工作条件关系的定性结果。[3]Kam总结了阀内噪声的声源可能是涡流混合，涡流/壁面相互作用，运动部件振动，运动部件振动/壁面相互作用，流动分离，漩涡脱离，或声学共振。相关研究多集中在管系共振。[4]为了方便分析，管道被模拟成有端部支撑的薄壁圆柱形壳体，Greespon研究了圆柱形壳体的固有频率并建立了相关的预估理论。[5]Heckle建立了基于薄圆柱壳体径向及轴向波数变化来预测固有频率的简单关联式。[6]Enrique研究了声模态与管壁结构模态的祸合，并研究了噪声通过节流机构管道或蒸发器壁面传播的机理。[7]1.2.2国内汽车空调膨胀阀“啸叫”的研究叶奇昉，陈江平建立了热力膨胀阀瞬态噪声试验台，对制冷系统开机过程中热力膨胀阀啸叫噪声进行了实验研究。获得了热力膨胀阀参数对瞬态噪声的影响，获得如下结论：1）系统启动过程中热力膨胀阀将产生啸叫，啸叫噪声频率在530Hz左右，持续时间4s左右。2）系统启动过程中产生的啸叫受到热力膨胀阀温包充注方式的影响。采用交叉式充注以及低蒸干压力充注能够有效的降低膨胀阀噪声频率与幅值。中国计量学院本科毕业设计（论文）33）在