560 大學(xué)生方程式賽車設(shè)計(jì)（發(fā)動(dòng)機(jī)匹配試算與裝配設(shè)計(jì)）（有cad圖+三維圖）,560,大學(xué)生方程式賽車設(shè)計(jì)（發(fā)動(dòng)機(jī)匹配試算與裝配設(shè)計(jì)）（有cad圖+三維圖）,大學(xué)生,方程式賽車,設(shè)計(jì),發(fā)動(dòng)機(jī),匹配,裝配,cad,三維 汽車空調(diào)的二氧化碳冷卻系統(tǒng)的 工程和濕氣-壓縮吸收的測試 摘要 跨臨界的二氧化碳冷卻循環(huán)對環(huán)保來說是相當(dāng)重要的，但是在高達(dá)120bar的高操作壓力下它的應(yīng)用具有很大的挑戰(zhàn)性。濕氣-壓縮吸收 (WCA) CO2 冷卻循環(huán)是通過把非揮發(fā)性液體加入 CO2 冷卻循環(huán)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的。CO2在液體中溶解度很高并且也很容易被解析。在 WCA CO2 冷卻循環(huán)中，較高的壓力少于35bar，大大低于跨臨界的二氧化碳冷卻循環(huán)。 在這篇論文中，根據(jù)對工作液體的各項(xiàng)熱力學(xué)分析，WCA CO2 冷卻實(shí)驗(yàn)設(shè)備是通過限制現(xiàn)有汽車?yán)鋮s單元的外形和操作包裝構(gòu)造的。正確的操作這個(gè)獨(dú)特的設(shè)備為汽車空調(diào)傳遞足夠的冷卻條件。系統(tǒng)性能和周期律的關(guān)系及內(nèi)部熱交換器的效率要經(jīng)過測試。設(shè)備使用的成分完全以現(xiàn)有的成份為基礎(chǔ)而不是為提高效率追求最大化的潛在物質(zhì)。 關(guān)鍵字: 二氧化碳; 壓縮-吸收的周期; 測試; 車輛; 空調(diào) 1、簡介 與其他的冷卻系統(tǒng)相較, 比如吸收或熱電的冷卻系統(tǒng)，蒸汽壓縮系統(tǒng)由于他們的高效率而廣泛的被使用。但是傳統(tǒng)的蒸汽壓縮系統(tǒng)對碳氟化合物的使用易對環(huán)境造成污染而逐步被淘汰。基于環(huán)境友好的潛在選擇性冷卻系統(tǒng)目前具有較低的性能需要發(fā)展更新的有更高價(jià)值的成分。這些問題很顯然存在于傳統(tǒng)的汽車空調(diào)的二氧化碳冷卻系統(tǒng)中，即使CO2目前是替代CFC/HCFC的最好辦法，跨臨界的二氧化碳冷卻系統(tǒng)承受較高的操作壓力，不同于現(xiàn)有成分的成分具有較低的性能。 為了減少跨臨界的二氧化碳冷卻循環(huán)系統(tǒng)的操作壓力和費(fèi)用，本論文經(jīng)過研究將濕氣-壓縮吸收 (WCA) CO2 冷卻循作為汽車空調(diào)。此循環(huán)將跨臨界的二氧化碳冷卻循環(huán)和吸收冷卻循環(huán)聯(lián)系在了一起。由于吸收劑吸收了二氧化碳在吸收體里，WCA CO2 系統(tǒng)解除壓力重要地減少到不高于35bar以便那現(xiàn)有的成份為基于蒸汽壓縮系統(tǒng)的碳氟化合物直接地被吸收。混合液體在系統(tǒng)各處流通。吸收體和解吸蒸發(fā)器分別地代替?zhèn)鹘y(tǒng)系統(tǒng)的凝結(jié)器。 這不是第一次聯(lián)合蒸汽壓縮和吸收周期在冷卻系統(tǒng)中。大部分共同的系統(tǒng)是 帶有VCCSC的蒸汽壓縮循環(huán)。 命名法 一 區(qū)域 (m 2) x 離心因素 C 周期 Dp 差別的壓力 (Pa) d 公斤 kgA 1 干空氣 h 特性焓 (kJ kgA 1) 腳注 m 塊 (公斤) a 空氣 M 摩爾 (g molA 1) c 冷卻；重要狀態(tài) P 壓力 (Pa) 壓縮物 q 空氣流程率 (m 3 sA 1) h 高溫 Q 熱流出 (千瓦) I 工作液體 T 溫度 (K) 物體內(nèi)部 V 體積 (m 3) 1 低溫 W 力量 (千瓦) n 混合的成分編號 x 摩爾分?jǐn)?shù) 物體外部 q 密度 (公斤) g 效率 r 比率 Groll 發(fā)展了一個(gè)樣品單位并總結(jié)了1998年之前的研究成果。他對在以 CO2/丙酮作為工作液體對VCCSC在實(shí)驗(yàn)和數(shù)字的研究具有顯著的成就。與 NH3/H2 O 系統(tǒng)相比,CO2/丙酮在高度溫度環(huán)境應(yīng)用下具有很大的競爭力, 像是熱邦浦。Itard 和 Machielsen 發(fā)展了以 NH3/H2 O 作為工作液體的一個(gè)實(shí)驗(yàn)的 VCCSC 樣品單位。他們發(fā)現(xiàn)對外表面的局部條件最好將全部NH3濃縮在制高點(diǎn)上。與蒸汽壓縮系統(tǒng)相較, VCCSC 的主要優(yōu)勢是較高的潛在性能、新的能力控制選項(xiàng)、操作壓力的減少。盡管VCCSC的性能具有恨得吸引力, 但系統(tǒng)對安裝空間受限制的汽車空調(diào)的系統(tǒng)條件要求叫復(fù)雜。因此, 在WCA 周期通過在VCCSC 取消解決線路, 單一化能潛在減少工作壓力的系統(tǒng)程序。 Spauschus獲得二個(gè)基于 WCA 周期 的冷卻系統(tǒng)專利. 連同 Visteon 一起,Spauschus 呈現(xiàn)他們的起始測試結(jié)果。 結(jié)果表示 CO2 WCA 周期是有能力遞送足以支撐的冷卻能力。同時(shí)地, 一個(gè)源自制高點(diǎn)的周期模型包含了CO2/能吸收的混合特性和外部的環(huán)境條件也得到了改善。后來的工作描述了一個(gè) WCA CO2冷卻系統(tǒng)周期模型。模擬展現(xiàn)了IHX 的性能和周期比在系統(tǒng)性能上具有很強(qiáng)的影響。 在這篇論文中，不是以設(shè)計(jì)和生產(chǎn)出一種商業(yè)上可行的新的冷卻產(chǎn)品。相反的，主要目的是對于汽車應(yīng)用使用的WCA CO2冷卻系統(tǒng)在概念示范上的證明，以及找到了系統(tǒng)性能、周期比和IHX性能之間的關(guān)系，哪一個(gè)對以后的研究有更深遠(yuǎn)的影響。 2、原型設(shè)計(jì)和測試設(shè)備 2.1、程序和器具圖表 圖表展示了整個(gè)測試設(shè)備的結(jié)構(gòu)。戶外的房間環(huán)境的情況由一個(gè)電的加熱器和一個(gè)空調(diào)控制著, 而戶內(nèi)的房間環(huán)境由一個(gè)電加熱器、一個(gè)增濕器和一個(gè)空調(diào)控制著。能夠驅(qū)動(dòng)風(fēng)扇的變速度馬達(dá)安裝在每個(gè)房間中的空氣輸送管中模擬不同的熱交換器在實(shí)際應(yīng)用中遇到的空氣速度。氣流率是以噴嘴測試。溫度和濕氣是以 Pt100 溫度計(jì)測試。 科里奧利塊流程公尺, 連同 T 熱電偶和壓力轉(zhuǎn)換器一起安裝在每個(gè)成份區(qū)域的冷凍邊緣的上下部分。壓縮物體的力用測力計(jì)直接地測量, 包括有帶子和沒有帶子的損失。測試臺簡單的反映了感應(yīng)器的準(zhǔn)確性和功能。 在圖中也展示了 WCA CO2 冷卻原型單位環(huán)。WCA 原型的主要的成份被挑選出來與汽車空調(diào)應(yīng)用中現(xiàn)有的 R134系統(tǒng)外部尺寸大致相配。系統(tǒng)成份的概要列在表 2。安裝了三副感光鏡來監(jiān)測工作液體的狀態(tài)。WCA 的工作程序周期是:在解吸過程中,超過了蒸發(fā)溫度工作混合液體中更多揮發(fā)性成份 (CO2)就會蒸發(fā)消失。在這之后, CO2 蒸汽和吸收了C5H9的液體被壓縮到一有利于吸收體吸收的高壓環(huán)境。在吸收過程中,熱氣不經(jīng)過熱洗滌槽,并且CO2蒸汽被C5H9NO所吸收。此過程完成后最終回到吸收體中。IHX被用來傳送熱氣從高溫溶液到低溫溶液。在低溫的IHX中樣品單位利用旁路管道控制它的效率。 表 1 器具規(guī)格和功能 項(xiàng)目 準(zhǔn)確性量功能 PT100 ± 0.1 °C 4 空氣邊溫度和濕氣 T 熱電偶 ± 0.2 °C 15 冷凍的邊溫度 壓力下降轉(zhuǎn)換器 ± 2.5 Pa 2 空氣邊壓力不同完成的噴嘴 壓力轉(zhuǎn)換器 ± 0.5 酒吧 6 冷凍的邊絕對的壓力 力量公尺 ± 0.02個(gè)千瓦 1 壓縮物力量輸入 流程公尺 ± 0.8 公斤/h 1 冷凍的塊流程率 RPM 公尺 10個(gè)轉(zhuǎn)/每分 1 壓縮物速度 表 2 原型的主要部份成份 項(xiàng)目 規(guī)格 壓縮物 卷橋壓縮物, 換置 89 cc/轉(zhuǎn) 吸收體 明礬的, 六個(gè)途徑平行流程熱交換器,裝有百葉窗板的有鰭, 740. 290.(L 。 W 。 H) 使解吸 明礬的, 15條途徑帶子-管熱交換器,裝有百葉窗板的有鰭, 305. 185. 90(L 。 W 。 H) IHX 青銅碟子熱交換器, 總數(shù)熱移動(dòng)區(qū)域: 0.9 m 2 擴(kuò)充活瓣 手冊, 大頭針-活瓣 接收器 明礬的, 體積: 1500 cm 3 圖 1. 原型和測試設(shè)備。 2.2. 不確定分析 主要的實(shí)驗(yàn)結(jié)果是解吸空氣流程率q,系統(tǒng)冷卻能力Qc,壓縮物力量輸入 W補(bǔ)償和性能系數(shù)。這些叁數(shù)之間的關(guān)系是: C 是一個(gè)常數(shù), 0.99; n噴嘴的噴嘴區(qū)域;Dp經(jīng)過噴嘴的壓力差;qa在噴嘴插入處的空氣密度;hin和hout是吸收體分別在吸收和釋放時(shí)的空氣焓。Gtotal是常數(shù)0.686計(jì)入損失的力,帶子, 抓緊、二個(gè)有柔性的聯(lián)編者和發(fā)明家。根據(jù)被Moffat提出的方法精密的器具規(guī)格在表1中,性能系數(shù)的誤差是0.036。 表3 工作液體特性 2.3.工作液體 吸收劑的基本性能是CO2能快速溶解在它里面很快地達(dá)到平衡。CO2在吸收體中的可溶性對壓力是很敏感的。吸收體應(yīng)該是能夠耐高溫,比如150oC。吸收劑的其他特性是低黏質(zhì)和密度、低毒性。C5H9NO被作為吸收體在這研究中。CO2和C5H9NO的純凈度是99.99%。CO2和C5H9的主要性能列在表3中并有C5H9NO的更多性能。 3.工作液體的熱力學(xué)模型 熱力學(xué)模型的發(fā)展是基于Soave提出的EOS方程式。（P ? RTAV eV t bT e4T）模型對于CO2和C5H9NO混合的液體和蒸汽是很有效的,公式中的P是總數(shù)壓力,T是絕對溫度,V是摩爾體積,R是國際瓦斯常數(shù)。對于給定的(T,P)三個(gè)典型的摩爾體積可滿足Eq，其中最小的符合液體狀態(tài)最大的符合蒸汽狀態(tài)。叁數(shù)a和b是從標(biāo)準(zhǔn)混合規(guī)則獲得的: 在這里ai、aj和bi表示純凈的CO2和C5H9的物理特性并取決于臨界參數(shù)和表3列出的離心因素。kij是一個(gè)二進(jìn)位的交互作用叁數(shù)取決于實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù), 這里是 0.004。 xi, xj 分別表示CO2和C5H9在液體狀態(tài)下的摩爾分?jǐn)?shù)。 使用這模型,CO2/C5H9NO蒸汽-液體狀態(tài)要保持在固定的壓力下?？紤]到成份操作壓力和溫度限制,原型操作設(shè)備能在預(yù)計(jì)的理想情況下有幫助于控制CO2量和吸收的費(fèi)用。圖2表示平衡圖表和操作設(shè)備用交叉線標(biāo)記。最大值操作溫度和壓力分別是60°C和35bar。在這里,模型的主要作用是確定了原型的操作設(shè)備。熱力學(xué)模型的更多細(xì)節(jié),如何描述焓,熱力學(xué)函數(shù)改變與溫度和壓力之間的關(guān)系和蒸汽-液體狀態(tài)有關(guān)研究方面的著作。 從圖2可看出,考慮到樣品單位的操作壓力和溫度限制，最大值 CR(周期比) 大約 是0.16. CR 是有計(jì)算得出的。mCO2和mC5H9分別表示CO2和C5H9的質(zhì)量。周期比根據(jù)CO2和C5H9之間的比例而改變。 4. 測試結(jié)果和討論 原型的測試真值表是根據(jù)汽車空調(diào)操作條件和原型操作的壓力限制制作的。真值表結(jié)果列在表5中。表4給出了每個(gè)標(biāo)準(zhǔn)值。表4中在IHX效率專欄中, ''0'' 表示沒有IHX, ''總數(shù)''表示使用所有的那熱交換器。IHX的效率由計(jì)算得出。熱量計(jì)測試結(jié)果在表6中。它顯示了研究獲得的最初性能。一個(gè)獨(dú)特有能力遞送持續(xù)不斷的冷卻的 WCA CO2 冷卻系統(tǒng)有和現(xiàn)有的HFC134a冷卻單元相當(dāng)?shù)耐庑卧O(shè)備構(gòu)成。 從例1, 2 和 3,顯示系統(tǒng)周期比對系統(tǒng)性能有很大的影響。系統(tǒng)周期比變化在 8-13%范圍內(nèi),系統(tǒng)能力增加21.6%。同時(shí), 尤其在高壓縮物旋轉(zhuǎn)速度下增加系統(tǒng)周期比，系統(tǒng)壓力將不再增加。因?yàn)椴僮鲏毫ο拗? 例9測試不能實(shí)現(xiàn)。有和沒有IHX,系統(tǒng)能力和性能系數(shù)分別是9%和19.3%，體現(xiàn)在例1,4和5。在例1和4,IHX 效率是95%和34%；例5沒有IHX。最大性能值在例8中,在高壓縮物速度和系統(tǒng)周期 比。 總之， WCA CO2 冷卻系統(tǒng)的效率和冷卻性能不太可能適合全負(fù)荷操作下設(shè)計(jì)完好的蒸汽-周期系統(tǒng)，這就是為什么蒸汽-周期系統(tǒng)領(lǐng)先了數(shù)十年。 然而,這個(gè)系統(tǒng)并不是最優(yōu)的在將來的工作中有待于改善,WCA CO2 系統(tǒng)的環(huán)境利益可能是在實(shí)踐中獲得。 5、總結(jié) 使用CO2和C5H9作為工作液體的汽車空調(diào) WCA 冷卻原型已得到發(fā)展。測試結(jié)果表示系統(tǒng)能補(bǔ)給足以支撐的冷卻能力。WCA系統(tǒng)在汽車應(yīng)用中有優(yōu)勢并發(fā)揮重要作用，硬件能夠兼容R134a蒸汽壓縮系統(tǒng)。 從測量,發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)周期比和IHX性能對系統(tǒng)容量和性能有重要影響。在特定的情況下存在一個(gè)最適宜的性能系數(shù)和IHX量。通常,對CO2和C5H9最適宜的系統(tǒng)周期比是10 – 20%。對IHX 含量, 應(yīng)考慮到系統(tǒng)效率和經(jīng)濟(jì)因素。通常效率可達(dá)到85%。 為了改善系統(tǒng)性能和容量適合R134a系統(tǒng),長期研究為了找到更好的吸收體找到控制CO2集中的方法,優(yōu)化壓縮物適和濕氣壓縮并校訂加熱交換器兼容CO2吸收混合體。 參考文獻(xiàn) [1] G. Lorentzen,天然制冷劑的使用:對氟氯碳化物/HCFC 替換的完全解決辦法 ,Int。 J. Refrig。 18(3)(1995)190 – 197.