竖直多波纹板式换热器内R134a的流动沸腾实验研究

针对竖直多波纹板片内R134a的流动沸腾进行实验研究,采用高速相机捕捉并分析两相流型的衍变规律,分析干度对换热系数、压降的影响。结果表明:板片内部的汽液相于其所处平面沿水平方向存在交替分布特征;随着干度上升,板片左上角部分流域出现相对停滞的液膜区,其面积随着干度的增加而扩大;波纹板片内的主导换热机制由核态沸腾逐渐转变为对流沸腾。当干度x较低时(x<0.4),换热系数随干度的增加缓慢增加;随后换热系数随干度的上升速率加快(0.4<x<0.6),并于x=0.6时达到最大值;高干度时(x>0.7),板片内出现局部干涸现象,换热系数迅速下降。当质量通量相同时,板片的摩擦压降随干度的增加而增加,而饱和压力的上升会使得摩擦压降有所降低,最大降幅为20.4%。

电动汽车热泵空调系统冬季采暖性能实验研究

本文通过实验研究了电动汽车三换热器热泵空调系统在冬季运行时的采暖性能,研究分析了压缩机在不同转速(2000~5000 r/min)下,室内外环境温度和相对湿度对系统内压缩机排气特性、汽车HVAC总成出风温度和COP等系统性能参数的影响。结果表明:较高的压缩机转速使出风温度和制热量明显上升,但系统COP有所降低;当保持压缩机转速不变时,环境温度每升高5℃时,制热量升高9%~22%,出风温度上升6~9℃,COP上升7%~11%;室外相对湿度由40%增至80%时,制热量增加了15%~20%,出风温度上升2~3℃,COP上升6%~9%。

电动汽车热泵空调系统室外换热器结霜特性实验研究

针对电动汽车热泵空调系统在冬季运行时室外换热器易结霜而影响系统制热性能的问题,本文设计搭建实验系统并进行研究,分析了多流程微通道换热器的结霜特性。实验结果表明:室外换热器表面霜层生长和表面温度下降两个因素之间为联动关系,各流道霜层分布呈不均匀状态,换热器内两相制冷剂密度不同且受重力影响,导致产生气液相分离和在流道内分布不均的状况。另外,室外换热器表面霜覆盖率的增长会导致室外换热器制冷剂侧的温度、压缩机吸排气压力、制热量等降低,引起导致压缩机单位功耗增加,以环境温度为0℃的数据为例,当霜覆盖率达77.4%时,吸气压力、排气压力和制热量的降幅分别为33.4%、12.1%和25.8%,单位功耗增幅为32.0%,导致系统运行的稳定性降低,使制热量无法满足乘员舱制热需求。

某电动汽车热泵空调系统制冷剂充注量试验研究

通过试验探究了某小型电动汽车热泵空调系统内制冷剂充注量对系统热性能的影响,分别在制冷和制热工况下分析充注量6与系统内空调箱出风温度、制冷/制热量和COP等性能参数的关系.结果表明:制冷模式下的最佳充注量为750 g,而制热模式为650 g,与计算结果误差在7%以内.在此最佳充注量下,空调箱制冷模式下出风温度最低可达14℃,制热模式下最高可达23℃;系统内制冷和制热量最高可达2.63 kW和3.22 kW,COP分别为3.1和3.3.

电动汽车补气增焓型热泵系统低温制热性能研究

试验研究了电动汽车补气增焓型热泵空调系统在低温(5~-20℃)运行时的制热性能,研究室外环境温度和压缩机转速对系统制热性能参数和主要零部件运行特性的影响,并与传统热泵系统进行对比。结果表明:补气增焓技术可以有效解决热泵系统低温下制热性能衰减和压缩机排气温度过高两大问题,但随着室外环境温度的升高,补气增焓的提升效果逐渐降低;在-20℃,4000 r/min工况下,传统热泵系统制热量为1.93 kW,COP为1.5,压缩机排气温度为104.2℃;开启补气增焓后,相对补气量为22%,系统制热量提升至2.56 kW,增幅33%,COP提升至1.88,增幅25%,排气温度降至72.6℃,降低了31.6℃。

电动汽车热泵系统低温工况的制热性能实验研究

为研究低温时电动汽车热泵空调系统的制热性能,本文通过搭建空气源热泵空调系统实验台,实验研究了电动汽车热泵空调系统在环境温度为-10~0℃的低温工况下的制热性能,分析了压缩机转速(2000~5000 r/min)、HVAC总成进风量(300~400 m^3/h)和环境温度对该热泵系统性能的影响,最后通过推导公式,估算电动汽车在使用空调系统后的续航里程。实验结果表明:随着压缩机转速的增加,压缩机排气温度、排气压力和系统制热量均增加,而COP下降;当保持压缩机转速和环境温度不变时,HVAC总成进风量从300 m^3/h增至400 m^3/h,制热量增加约13.3%~26.0%,COP增加约0.03~0.80;在其他条件不变时,当环境温度从-10℃升至0℃,热泵空调系统的制热量增加约60.9%~71.0%,COP增加约0.51~0.63;通过公式进行计算,当环境温度为-10~0℃时,在达到相同制热量条件下,热泵空调系统可在PTC加热器的基础上使续航里程提高13.5%~20.8%。

微型电动汽车热泵空调系统设计与试验研究

为了提高某微型电动汽车有效续航里程,对其原有空调系统及换热器进行了改进设计与研究,新热泵空调系统采用4个电磁阀对其冷暖模式进行切换,通过焓差室对换热器和系统的性能进行了测试。首先比较了两种不同流程布置室外微通道换热器的换热能力;进而分别将原空调系统换热器和所设计换热器应用于该热泵空调系统,试验研究了压缩机转速和环境温度对两系统制热/制冷性能的影响。结果表明,2流程换热器压降较小、换热能力较强,优于3流程换热器。在制冷模式下两系统性能相近,而在制热模式下新换热器系统与原换热器系统相比其COP最大提升约75%,制热量最大提升约160%,出风温度最大增加约8.2℃,且能满足微型电动汽车在冬季工况和夏季工况下的热需求。

热泵用涡旋压缩机补气位置特性研究

针对热泵空调用涡旋压缩机的补气增焓技术的研究与应用,对补气增焓涡旋式压缩机的补气孔位置进行了理论研究.结果表明:相对于无补气过程,有补气过程的制热量和能效比增加,排气温度下降,排气压力上升.在所选计算工况下,与无补气热泵系统相比,补气位置在吸气腔时能够获得最大的制热量增量,补气位置在吸气腔和压缩腔时能够获得最大的EER增量,补气位置在吸气口和压缩腔时能够最大限度的降低排气温度.

平行小通道直冷板传热特性实验研究

作为两相冷却技术的核心部件,直冷板的传热特性越来越受到关注。本文基于泵循环两相流实验系统,设计了一块平行小通道直冷板,直冷板流道区域尺寸为140 mm×50 mm,包含21根通道,通道截面尺寸为1.5 mm×1.5 mm,通道间由0.5 mm厚的肋片分隔。通过改变制冷剂进口温度、流量以及热流密度,分析平行小通道直冷板流道内部不同区域壁面温度及表面传热系数的变化规律。结果表明,制冷剂热流密度0.5 W/cm^(2)、进口温度15℃、质量流量150 kg/h时,不同流道内壁面温度均沿流动方向呈单调上升趋势;当制冷剂热流密度升至6 W/cm^(2),壁面温度先升高后趋于稳定,中间流道的壁面温度均高于周边流道。在低热流密度下,直冷板流道内部不同位置的表面传热系数沿流动方向基本不变;而在高热流密度下,流道出口处的表面传热系数呈现上升的趋势,最大增幅为21%。与壁面温度相似,周边流道的表面传热系数高于中间流道,表面传热系数相差7%~24%。

采用多通道直冷板的两相循环冷却系统实验研究

本文搭建了以R1233zd(E)为工质的多通道直冷板两相循环冷却系统,并在冷凝温度为10、15、20℃,质量通量为147~882 kg/(m^(2)·s),热流密度为7.73~39.75 kW/m^(2)工况下对系统热力学循环和冷却性能进行实验研究。实验结果表明:质量通量上升,出口制冷剂焓值降低,热流密度上升,蒸发压力与出口制冷剂焓值升高。不同热流密度下冷板壁面温度随质量通量的变化趋势有所不同:当热流密度为7.73 kW/m^(2)时,制冷剂质量通量由147 kg/(m^(2)·s)增至735 kg/(m^(2)·s),局部壁面最大温差由2.9 K降至1.6 K;当热流密度为39.75 kW/m^(2)时,局部壁面最大温差由3.6 K增至5.2 K。不同质量通量下,表面传热系数随热流密度增加有不同幅度的升高:质量通量为147 kg/(m^(2)·s)时,表面传热系数由1843 W/(m^(2)·K)增至4528 W/(m^(2)·K);而质量通量为588 kg/(m^(2)·s)时,在相同条件下表面传热系数由1536 W/(m^(2)·K)增至3569 W/(m^(2)·K)。

车用大尺寸软包锂离子电池在高低温升工况下的生热率测定

提出了一种电动汽车用大尺寸软包锂离子电池的生热率测量方法——热补偿法,研究了电池生热率与工作电流、温度之间的曲线关系,其有效性得到了常规热流计法的验证,最后结合这两种方法研究了电池在高、低温升工况下的生热特性。研究结果表明,基于热补偿法的电池生热率平均测算偏差低于5.6%;电池的生热率随工作电流的增大而增大,二者呈二次非线性关系;电池在高温升工况下的生热率随放电深度呈先降后升趋势,形似U型曲线;电池在低温升工况下的平均生热率较其在高温升工况下高约13.7%。提出的热补偿法具有精度高、成本低、简便灵活等优势,研究成果可为大尺寸软包锂离子电池的热模型建立和热管理系统设计给予指导。

R1233zd(E)在平行小通道中的流动沸腾可视化研究

本文对低压制冷剂R1233zd(E)在平行小通道内的流动沸腾换热过程进行了可视化实验研究,分析了制冷剂在平行通道内流型的演变与分布,在此基础上讨论了流型对换热特性的影响。结果表明:随热流密度的增加,在通道内观察到泡状流、段塞流、搅拌流和波形环状流;在较高的热流密度下,部分通道出现回流现象。此外,不同通道内流型的分布规律略有不同;通道中局部表面传热系数变化趋势随流型的演变可分为不同阶段,中部与出口处的局部表面传热系数呈现不同的变化趋势;当干度小于0.1时,表面传热系数几乎不受质量通量的影响;随着干度增加,表面传热系数与质量通量呈正相关。

平行通道直冷板内R1233zd(E)流动沸腾换热压降特性实验

为研究平行通道直冷板的压降特性对换热的影响,本文对不同质量通量(118~1300 kg/(m^(2) s))、入口过冷度(2.5~8 K)条件下低压制冷剂R1233zd(E)在平行通道直冷板内的摩擦压降进行了实验研究,分析了单相及两相摩擦压降以及气液相速度的变化规律。结果表明:在制冷剂单相情况下,随热流密度的增加,通道内的摩擦压降先减小后增加。当制冷剂进入两相状态后,摩擦压降随热流密度的增加而快速增长;质量通量的增加会使汽化核心的位置延后,导致摩擦压降变化趋势突变点的出现有所推迟。此外,在高热流密度下,制冷剂液相速度和气液相相对速度均有所增加;相同干度条件下,较高的质量通量使气液相相对速度增加,摩擦压降增速变快。

18650型锂动力电池热特性实验研究

为了研究动力电池在放电过程中的热特性,以18650型锂离子动力电池作为研究对象,进行了表面温升实验,研究了环境温度和放电倍率对电池表面温升的影响。结果表明:当电池在合适的环境温度范围内工作时,电池的放电倍率越大,放电过程中电池表面温升增长速率也越大,最终的表面温升值也越大。同时,处于放电过程中的电池,其侧面的表面温升要高于其正、负极的表面温升,且其负极的表面温升要高于其正极的表面温升。为锂离子电池的热分析建模和后续锂离子电池热管理系统的设计提供了理论依据。

车载动力电池内阻特性实验研究

以18650锂离子动力电池为试验对象,采用HPPC法(Hybrid Pulse Power Characteristic,混合脉冲功率特性法)进行了放电状态下的内阻实验。主要研究了环境温度、放电倍率和荷电状态对欧姆内阻、极化内阻以及总内阻的影响,并在此基础上,进一步分析了不同工况下欧姆内阻和极化内阻对总内阻的影响。结果表明:荷电状态对总内阻中欧姆内阻和极化内阻的占比影响较大,也正因如此,最终导致了在不同工况下欧姆内阻和极化内阻对总内阻影响程度上的差异。本研究为锂离子动力电池的热分析建模及其热管理系统的设计提供了依据。

电动汽车PTC加热水箱的有限元分析

针对部分电动汽车采用PTC水加热器系统对乘员舱进行有效供暖问题,对系统中的PTC加热水箱进行有限元分析,确保PTC加热水箱在安装使用过程中的可靠性,避免出现塑性形变以及共振等现象。首先对PTC加热水箱进行模态分析,研究在不同共振频率下PTC加热水箱箱体的振动特性,提取出该加热水箱前10阶的固有频率,然后通过静力分析对该PTC加热水箱在不同方向受力的应力分布特征进行归纳,对水箱安装脚和安装脚加强筋等主要应力集中部位进行受力分析,研究其在不同强度应力冲击条件下的应力特征变化情况。

润滑油对R1234yf汽车空调系统性能影响的仿真分析

使用仿真软件建立了一维的汽车空调系统仿真模型,分析了润滑油对R1234yf汽车空调的制冷量、压缩机功耗、换热器压降以及压缩机排气压力和温度的影响。仿真结果表明:润滑油含量对汽车空调的制冷能力有较大影响,含油率越大,其制冷量越低;含油率对压缩机功耗以及排气压力和排气温度影响较小;相对于冷凝器,蒸发器的性能受润滑油的影响较大,对压降的影响更为明显。

电子膨胀阀用于电动汽车热泵系统的实验研究

以R134a电动汽车热泵空调系统为研究对象,在不同压缩机转速和室外环境温度下,实验研究了电子膨胀阀开度对热泵系统性能的影响规律。结果表明:在不同压缩机转速和室外温度下调节电子膨胀阀开度,压缩机吸排气特性变化趋势一致。随着电子膨胀阀开度的增加,压缩机吸气压力缓慢上升,吸气温度基本维持不变,而排气压力先增加后减小,排气温度显著降低。压缩机转速为2000 r/min和3000 r/min时的最佳EXV开度分别为40%和60%,且最佳电子膨胀阀开度与室外环境温度无关。低室外温度下将压缩机转速由2000 r/min提升至3000 r/min,同时调整EXV至最佳开度,空调箱出风温度上升2~6℃,制热量增加5%~36%,COP提高4%~11%。

平行微通道内气泡撞壁分裂行为数值模拟

本文基于体积分数法(VOF)模型,对流动沸腾中气泡撞击加热肋面的过程进行了数值模拟,研究了不同流速和初始尺寸下气泡撞击行为对流动沸腾换热特性的影响。通道入口主流速度设为0.1 m/s和0.2 m/s,气泡无因次直径设为db*为1.6和2.0。结果表明,气泡在撞击过程中发生内凹,最终分裂为2个子气泡;在撞击时,气泡与撞击肋面端点处形成了薄液膜层,增强了蒸发效应,但同时使气泡更易破裂,从而造成局部干涸并形成高温;在较高流速下,气泡破裂现象会有所延迟,db*为1.6和2.0时,换热性能分别提高了2.57%和6.60%,较低流速下则分别减弱了25.98%和23.67%。

迎面风速对电动汽车热泵系统蒸发器除霜特性影响的实验研究

针对电动汽车热泵空调系统在冬季室外换热器结霜后除霜效率低的问题,课题组设计并搭建了电动汽车热泵空调系统的实验台架,研究了在环境温度2.0℃和相对湿度85%下,电动汽车热泵空调系统中的蒸发器结霜后,蒸发器迎面风速对除霜特性的影响。实验结果表明:在实验工况下,室外换热器所结霜层呈间隔式分布;在系统逆循环除霜过程中,压缩机吸排气压力和换热器进出口温度逐渐升高,但随着蒸发器迎面风速的增高而降低,同时系统的制冷量出现波动现象;在相同的结霜工况下,较高的蒸发器迎面风速能缩短除霜时间,蒸发器迎面风速从0.8 m/s增加至2.3 m/s,除霜时间缩短37.4%,但此时的HVAC出风温度降低3.8℃,因此较低的蒸发器迎面风速则能提高HVAC出风温度,提高乘员舱舒适度。