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【24h】

Massenstrombestimmung eines thermostatischen Expansionsventils in Fahrzeug-Klimaanlagen

机译:车辆空调系统中恒温膨胀阀的质量流量的确定

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摘要

Die wachsenden Anforderungen an das Geräuschverhalten der Klimaanlagen in Fahrzeugen stellen zunehmend höhere Anforderungen an deren akustische Optimierung. Dabei führen die gestiegenen Komfortanforderungen der Kunden hinsichtlich Klimatisierung und Innenraumgeräusch einerseits zu immer komplexeren Anlagen, während andererseits das Geräuschniveau der Fahrzeuge selbst stetig weiter gesenkt wird und dadurch die Geräusche der Nebenaggregate immer stärker in den Vordergrund treten. Diese Tendenzen werden durch die Hybridisierung der Fahrzeuge bis hin zur Einführung reiner Elektrofahrzeuge noch weiter verstärkt. Eine wichtige Komponente im Zusammenhang mit der Geräuschentwicklung von Klimaanlagen stellt das Expansionsventil dar, da es in unmittelbarer Nähe zum Verdampfer und damit zum Fahrzeug-Innenraum verbaut wird. Um zukünftig in der Lage zu sein, das Geräuschverhalten der thermostatischen Expansionsventile besser vorhersagen zu können, soll in einem ersten Schritt ein geeignetes CFD-Berechnungsmodell aufgebaut werden, mit dem der zu erwartende Massenstrom durch ein solches Ventil bei unterschiedlichen Betriebsbedingungen berechnet werden kann und so die zuverlässige Vorhersage des strömungsmechanischen Verhaltens von thermostatischen Expansionsventilen in Fahrzeug-Klimaanlagen möglich wird. Diese Berechnungen werden zunächst jeweils für ein inkompressibles Fluid (Wasser) und für ein kompressibles Fluid (Luft) durchgeführt, wobei jeweils eine erste analytische 1D-Berechnung, eine 2D-CFD-Simulation und eine 3D-CFD-Simulation durchgeführt wird. Die erhaltenen Simulationsergebnisse werden dann für die Luftströmung mit geeigneten Prüf- standsversuchen verifiziert. Für die Durchströmung des Ventils mit Luft werden sehr gute Simulationsergebnisse für den berechneten Massenstrom erzielt. Die betragsmäßigen Abweichungen des Luftmassenstroms zwischen den erhaltenen Prüf- standsergebnissen und den Simulationsrechnungen betragen sowohl bei der 2D- als auch bei der 3D-Berechnung maximal ca. 4 %. Dabei kann festgestellt werden, dass die größten Abweichungen bei hohen Massenströmen vorliegen. Auf dieser Basis werden auch erste Berechnungen des Massenstroms mit einem Kältemittel durchgeführt, um den Phasenübergang im Ventil berücksichtigen zu können. Die im Vergleich zu den Messungen mit Kältemittel vorhandenen Abweichungen werden dargestellt und es werden Maßnahmen diskutiert, wie die Simulationsergebnisse noch weiter an die gemessenen Werte angenähert werden können.
机译:对车辆中空调系统的噪声行为的要求不断提高,对其声学优化也提出了越来越高的要求。客户对空调和内部噪音的舒适性要求不断提高,一方面导致系统日益复杂,另一方面,车辆本身的噪音水平也在不断降低,辅助设备的噪音也越来越高比较突出。通过混合动力车辆到引入纯电动车辆,这些趋势进一步加剧。膨胀阀是与空调系统产生的噪音相关的重要组件,因为它安装在蒸发器的紧挨着的位置,因此安装在车辆的内部。为了能够更好地预测将来的热力膨胀阀的噪声性能,第一步将建立合适的CFD计算模型,通过该模型,可以在不同的操作条件下计算通过这种阀的预期质量流量在车辆空调系统中,可以可靠地预测恒温膨胀阀的流体力学性能。首先针对不可压缩的流体(水)和可压缩的流体(空气)进行这些计算,首先进行一维分析计算,2D CFD模拟和3D CFD模拟。然后,使用合适的台式测试对获得的模拟结果进行空气流验证。对于通过阀的空气流,对于计算出的质量流,可以获得非常好的模拟结果。在2D和3D计算中,获得的试验台结果与模拟计算之间的空气质量流量偏差最大约为4%。可以确定,最大偏差发生在高质量流量下。在此基础上,还进行了带有制冷剂的质量流量的第一计算,以便能够考虑阀中的相变。显示了与制冷剂测量值相比的现有偏差,并讨论了如何使仿真结果更接近测量值的措施。

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