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摘 要

近年来我国汽车工业持续快速发展，汽车产销量连续多年位居世界首位，新能源汽车发展迅速，新兴造车企业规模不断扩大，人们购车选择的空间也越来越大，随之而然的对汽车舒适性要求不断提高。而空调作为影响汽车的舒适性的重要部件之一，自然备受汽车零部件厂商的关注。本文首先介绍了汽车空调的发展历史及研究现状，然后介绍蒸发器的基本原理以及制冷剂的发展历程，在空调制冷剂的应用方面，围绕R134a和R1234yf两种制冷剂进行对比分析，所得出的结论对于R1234yf能否取代R134a而广泛运用于车载空调之中具有重大的指导意义。接着文章对管翅式蒸发器进行了简单的探讨设计，采用的制冷剂为目前常用的R134a。最后，文章对蒸发器一分路进行建模，取出单个圆管在fluent之下模拟仿真实际运行的情况，并得出在给定工况之下的数据云图。

关键词：汽车空调；蒸发器；R1234yf

Abstrat

In recent years, China's automobile industry continues to develop rapidly, with the auto production and sales ranking first in the world for many consecutive years. New energy vehicles are developing rapidly. The scale of new car manufacturing enterprises is constantly expanding, and the space for people to choose to buy cars is becoming larger and larger. As a result, the requirements for automobile comfort are constantly improving. As one of the important parts that affect the comfort of automobile, air conditioning naturally attracts the attention of automobile parts manufacturers.This paper first introduces the development history and research status of automobile air-conditioning, then introduces the basic principle of evaporator and the development process of refrigerant. In the application of air-conditioning refrigerant, around R134a and R1234yf two kinds of refrigerants for comparative analysis, the conclusion is of great significance for R1234yf to replace R134a and widely used in vehicle air-conditioning. Then the paper discusses the design of the tube fin evaporator. The refrigerant used is R134a. Finally, the paper models a branch of evaporator, takes out a single round tube under fluent to simulate the actual operation, and obtains the data cloud chart under a given working condition.

Key words：Automobile air conditioning；evaporator；R1234yf

目录

摘 要 I

Abstrat II

第1章 绪论 1

1.1论文选题的目的和意义 1

1.2国内外关于该论题的研究现状 1

1.3论文主要研究内容 2

1.3.1基本内容与目标 2

1.3.2拟采用的技术方案及措施 3

第二章 蒸发器的基本原理 4

2.1蒸发器简介 4

2.2蒸发器的分类 4

2.3换热器工作特点 5

2.4蒸发器的热力学原理 5

第三章 制冷剂 7

3.1制冷剂简介 7

3.2制冷剂的基本要求 7

3.3目前常用的制冷剂及其对比 8

3.3.1制冷剂的选用 8

3.3.2 R1234yf物理性质 9

第四章 蒸发器设计 11

4.1轿车空调冷负荷计算 11

4.1.1工况条件的确定 11

4.1.2制冷量的确定 11

4.2蒸发器的设计计算 11

4.2.1确定基本工况 11

4.2.2几何参数的选定 12

4.2.3确定空气在蒸发器内的状态变化过程 13

4.2.4空气侧换热系数计算 14

4.2.5管内R134a蒸发时换热系数的计算 16

4.2.6传热系数K及传热温差的计算 16

4.2.7单位热流量及蒸发器结构尺寸的确定 17

4.2.8 R134a流动阻力及其对传热温差影响的计算 18

第五章 建模及仿真分析 19

5.1蒸发器三维模型的建立 19

5.2 仿真分析 19

5.2.1 管道模型的建立 19

5.2.2 仿真参数的选取及设定 20

5.2.3 仿真结果 21

总结与展望 22

1 总结 22

2 展望 22

参考文献 24

致谢 26

第1章 绪论

1.1论文选题的目的和意义

随着传统燃油汽车数量的增加，环境污染的状况越来越严重。我国日益增长的石油进口和不可再生的化石能源的减少已日益成为制约中国汽车工业发展的瓶颈。能源问题是影响我国长期可持续发展的首要问题。新能源的开发及应用和对传统化石燃料能源的替代，是解决和避免人类社会发展过程中上述问题的重要实现途径。我国2012年正式出台了《节能与新能源汽车产业发展规划》，首次明确了以充电、驱动为新能源汽车发展和汽车工业转型的主要战略取向。未来我国新能源汽车销量将会快速增长，新能源汽车比重将不断提升。而新能源汽车空调作为不可或缺的配套部件之一，也面临着巨大的发展机遇。新能源汽车空调也将逐步摆脱模仿和受制于外资企业，逐步成长为中国创造和中国智造的成果，与我国新能源汽车产业一起向上发展。

汽车空调行业的规模是由汽车的生产和销售规模以及汽车的配置决定的。 在普通乘用车中，空调系统是必不可少的配置。随着新能源汽车的发展，新能源汽车空调产业的规模正在迅速扩大。尽管新能源汽车的空调行业发展迅速，但仍然存在一些问题限制了新能源汽车的开发和推广。现阶段，纯电动汽车占据了新能源汽车销售的大部分，汽车所有部件的工作能量来源是汽车的动力电池。不过，受汽车电池的限制，普通电动车的巡航里程约为300公里。一般来说，纯电动汽车在夏季因制冷要减少大约100公里的行驶里程，冬季因取暖续航里程最多可减少1/2。这大大限制了新能源汽车在实际使用中的便利性和行驶范围，通常只能在城市地区短距离行驶。如何减少新能源汽车空调的能耗而不降低乘客的舒适体验已成为行业研究的重点。只有解决新能源汽车空调的发展瓶颈，才能大规模推广新能源汽车，有效地促进新能源汽车产业的发展和技术进步。只有平衡能源消耗和续航里程之间的矛盾，电动汽车的销量才能迅速增长。

1.2国内外关于该论题的研究现状

自汽车空调诞生以来，汽车空调在实际运用之中得到了不断地改良和发展，通过分析其发展历程，我们大致可以划分出五个阶段：单一取暖阶段、单一冷气阶段、冷暖一体化阶段、自动控制阶段、计算机控制阶段。空调的控制方法也经历了自动化程度不断提高，人为操作的要求不断降低。另外，制冷剂作为汽车空调重要组成，也在不断更新和改进。

随着中国新能源轿车的大力推广，新能源轿车已逐渐进入千家万户。新能源轿车的热销也推动了汽车空调的发展。由于新能源汽车电池容量的限制，对高效节能的新能源汽车空调的需求也在不断增长。作为车辆辅助系统，同时又是耗能主要部件之一的空调系统，也应该从新能源汽车的需要和自身降低能耗的角度进行改进。本设计基于此目的，针对新能源轿车应用所需，对空调蒸发器进行探讨性设计。

空调蒸发器中最重要的无非是冷却介质即制冷剂，R134a是市面上常用的制冷剂，我国广泛使用的汽车空调制冷剂主要也是R134a，R134a虽然可以很好的替代以前的R12，但在《京都议定书》签署后，GWP值近1430的R134a将会被逐步淘汰。欧盟在2006年7月4日颁布了关于汽车空调系统排放物的法规DIRECTIVE2006/ 40/ EC，规定从2011年1月1日起，禁止新设计的车型采用GWP值高于150的制冷剂，从2017年1月1日起，所有新生产的汽车禁止采用GWP值高于150的制冷剂^[1]。在美国，环境保护部（EPA）负责制定相关的环境法规。美国环境保护部通过其政策调整在2011年将R1234yf用作汽车空调制冷剂，并在2012年将CO₂用作汽车空调制冷剂。

企业方面，美国杜邦公司和霍尼韦尔公司联合研发了热物性与R134a相似的R1234yf，用于汽车空调制冷剂应用中替代R134a，得到了通用汽车公司的积极响应^[2]。目前在欧盟销售的新设计车型大多采用R1234yf作为制冷剂。霍尼韦尔已经对典型欧洲车型的R134a进行了R1234yf直接替换。台架试验和实车试验结果表明，系统性能与R134a非常接近。在R1234yf的应用研究上，上海桑登·贝尔和上海交通大学建立了R1234yf汽车空调微通道冷凝器的仿真模型。华中科技大学张庆等对家用空调中R1234yf替代R22的性能进行了理论分析;东风汽车公司孙锡峰等人比较了R1234yf和R744的空调性能，以取代汽车空调中的R134a。目前，世界各国都有逐步限制和禁止使用R134a作为汽车空调制冷剂的趋势，但替代制冷剂的发展方向还没有统一。

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