电动汽车引射热泵系统设计与仿真研究

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本文提出了电动汽车引射热泵系统,制冷剂为R134a,该系统通过两个四通阀的切换可实现制冷、制热、除雾/除湿和除霜四个模式,应用引射器可提高压缩机吸气压力,回收膨胀功,且冷凝器侧充分利用了除湿换热器,增大了冷凝换热面积。首先完成了电动汽车引射热泵系统的设计,选择了合适的压缩机,对换热器、电子膨胀阀进行了计算选型,对毛细管节流装置和引射器进行了计算设计,对辅助设备和测量装置进行了选择,并完成了实验系统的设计。其次,建立电动汽车引射热泵系统仿真模型,部件仿真模型采用稳态数值模型,包括压缩机仿真模型、冷凝器仿真模型、蒸发器仿真模型、毛细管节流装置仿真模型、电子膨胀阀仿真模型和引射器仿真模型,根据顺序模块法建立系统仿真程序。最后,根据仿真模型,用Matlab编写仿真程序,通过仿真模型模拟研究了压力提升比对引射热泵系统性能的影响,并研究了蒸发温度、冷凝温度和压缩机转速对电动汽车引射热泵系统制热性能及制冷性能的影响,同时,将引射热泵系统性能与传统系统性能进行了比较,得到以下结论:(1)在不同压力提升比工况下,引射热泵系统制热及制冷COP均高于传统热泵系统COP,分别最大可提高21.93%和27.74%,说明不论是在冬季制热工况还是夏季制冷工况下引射器都能够提高系统性能。(2)制热模式下,随着蒸发温度升高,引射热泵系统引射比降低,系统质量流量增大,当蒸发温度每升高2℃,压缩机转速为1800rpm、2300rpm和2800rpm制热量分别增长了8.1%~9%,8.23%~8.95%及8.15%~8.93%,系统COP分别提高了6.26%~7%、6.56%~7.41%及6.44%~7.74%。(3)制冷模式下,蒸发温度每升高2℃,压缩机转速为1800rpm、2300rpm和2800rpm制冷量分别增长了6.93%~9.49%,7.29%~9.05%及7.53%~8.65%,系统COP分别提高了5.05%~8.29%,5.71%~7.18%及5.83%~6.47%。(4)制热模式下,随着冷凝温度升高,引射热泵系统引射比升高,系统质量流量减小,制热量略下降,耗功量增大,当冷凝温度每升高2℃,压缩机转速1800rpm、2300rpm和2800rpm耗功量分别增长了3.67%~4.46%、3.56%~4.22%及3.5%~4.08%,系统COP分别下降了3.71%~7.58%、4%~7.47%及3.87%~7.4%。(5)制冷模式下,冷凝温度每升高2℃,压缩机转速1800rpm、2300rpm和2800rpm耗功量分别增长了4.08%~4.56%,3.98%~4.45%及3.91%~4.38%,系统COP分别下降了5.77%~6.41%,6.02%~6.25%及6%~6.28%。
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