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电动汽车克服了燃油汽车的化石燃料依赖问题和环保问题,能源利用多元化,安静无污染,代表着未来汽车的发展趋势。电动汽车没有发动机余热可以利用,需要采用热泵型的空调系统在冬季供热除霜除雾,高性能的电动汽车热泵空调系统可以减轻蓄电池的负荷,从而增加续驶里程。热泵系统在冬季低温工况下会有结霜现象,降低了车内人体舒适性,同时也增加了汽车空调能耗,电动汽车热泵空调系统冬季结霜问题是制约其应用的重要因素。本文采用实验和理论相结合的方法重点探究结霜过程微观机理,研究电动汽车热泵空调系统制热工况的结霜现象及控制策略。微观实验采用CCD拍摄技术探究冷壁面结霜及融霜机理,分析亲水表面和疏水表面对结霜情况的影响,分析冷壁面温度对结霜的影响;宏观实验方面搭建了电动汽车热泵空调实验平台,实验分析环境温度、环境湿度及换热器迎风量对换热器结霜的影响,在线测试室外换热器结霜过程表面温度场分布,探究室外换热器表面相变临界温度及临界水蒸气分压力,找出结霜临界曲线的规律。并提出了一套热泵空调霜层厚度图像识别及传输除霜方案。主要研究结论如下:结霜相变驱动力在水滴固液相变过程中由系统过冷度控制,在水蒸气固气相变过程中受水蒸气分压力和水蒸气温度控制。微观结霜实验发现水蒸气过冷度为-7℃是结霜临界相变点,此时水滴固液相变驱动力为153J/mol,水珠表面瞬间凝结成冰。在融霜阶段霜层温度为1℃是融霜临界相变点,此时霜层迅速完全融化成水。亲水(丙三醇涂层)表面和疏水(车蜡涂层)表面上都能有效的抑制霜层的生长,亲水表面霜层较疏水表面稀疏,分布不均匀,结霜量较表面少,但疏水表面的结霜时间较亲水延迟10s,霜层较为均匀。在电动汽车热泵空调结霜实验中发现换热器表面霜层成不规则“W”形状分布。当换热器表面水珠温度在-6.8~-7.2℃之间,即饱和水蒸气分压力为331~343Pa之间时,水珠会瞬间凝结成霜,与微观实验观察现象相符,霜层在换热器表面的发展就是-7℃临界等温线在换热器表面的推移过程。结霜过程降低了热泵系统运行能效,实验数据表明:在标准制热工况下,当室外风机功率恒定时,车外换热器结霜后通风量从1500m3/h衰减到950m3/h,系统流量由1.5kg/min衰减至0.4kg/min,系统制热量从2300W降低至1500W,制热量下降了34.7%,系统COP从4.8降至3.3,能效比下降了31.2%。车外环境温度、湿度和车外微通道换热器迎风侧风量都会影响换热器的结霜性能:在车外环境温度低于0℃的工况下,车外换热器无结霜现象。环境温度从9℃降低至3℃的过程中,车外换热器有结霜的现象且温度越低,结霜的现象越严重。相对湿度的增大会导致霜层生长速度较快。车外换热器迎风量从900~1500m3/h范围内变化时,结霜速度随着迎风量的增加而减小。融霜过程中当冷表面温度上升至1℃时,霜层迅速融化成水,与微观实验观测相符热泵系统融霜过程冷凝水排水不完全是降低系统连续制热效率的重要因素,采用降低风量方法清除残留水时,换热器通风风量降至600m3/h,车外换热器的出口温度较通风量为1500m3/h时提高了22℃,可以将换热器底部冷凝水蒸发;采用遮挡换热器表面方法清除冷凝水时,换热器底部的温度可达到35℃,也可以将换热器底部冷凝水蒸发。采用这两种方法清除残留水时需注意通风量的最小值和遮挡面积的大小,以免引起压缩机过压保护。本文设计了一套热泵空调霜层厚度图像识别及传输除霜方案,利用计算机程序将连续色调的模拟图像经采样量化后转换成数字影像,并用数学统计方法得到换热器表面结霜面积数值,高效无误的判断换热器表面结霜情况,可与系统其他性能参数作为判断换热器除霜切入点的依据。