轿车热负荷计算示例.docx

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1、雷诺轿车空调系统制冷热负荷计算书编写：侯海温日期：2004/10/29校核：陈孟湘日期：2004/10/31批准:设计参数:车外温度：tH=40C,相对湿度：=60%车内温度：tB=27C,相对湿度：=58%车内成员数：N=5人，车内新风量：V=N*V=5*11=55m3h太阳辐射强度：Ih=40C时，水平面上太阳辐射强度I=IOOOW/m?车速：v=40kmh.附加说明O计算制冷量时所取的车厢内容积为：V=2.5131.09=3.543w3o车内有二排座位，没有行李箱。所取的计算空间如图所示：.制冷热负荷计算由于车外温度高于车内，加上太阳辐射的作用，有大量热量会通过车身壁面、车窗等传入车内。

2、同时，乘员的汗热和湿热也会使车内温度升高。可见，影响车内热负荷的因素很多。综合各种因素，车身热平衡的方程式表达如下：Qe=QB+QG+Qv+Qp+Qm+Q1QaQe式中：储备系数，取名=1.1；Q制冷机产生的冷量；Qe车身总热负荷；Qb车体传入热量；Qg玻璃传入热量；Qv新风热；Qp人体热；QM用电设备散热量；Q1车内零件散热量。现在分别计算各部分的热负荷。一、通过车身壁面传入的热量车身壁面包括顶板、侧壁面、地板、前围(发动机罩壁在车厢内部分)、后围等几部分组成。即车身壁面热负荷表达式为：QB=。顶板+QIW面+Q地板+Q前困+Q后围车身壁面多属均匀壁面，因此，它的传热可以按照多层均匀壁面传热

3、计算。其中，顶板、侧壁面、地板、后围的传热量计算公式如下：Qi=KiFiqHF)式中：Qi一一分别表示顶板、侧壁面、地板、后围的传热量；Ki分别表示顶板、侧壁面、地板、后围的传热系数；Fi分别表示顶板、侧壁面、地板、后围的传热面积；tH一一车外空气温度，这里取为曲=40；IB一一车内空气温度，这里取为tB=27C;对于前围，由于发动机室的温度远高于车外空气温度，所以这里的传热可以单独考虑。计算时按照如下公式：Qi=KiFifTb)式中：Qi前围的传热量；i一一前围壁面的传热系数；Fi前围的传热面积；tf.发动机室内空气的温度；t1i车内空气温度，这里取为tB=27C;1、车身壁面传热系数K的计

4、算传热系数K与车身内、外表面放热系数及隔热层热阻有关，由于车身各壁面的条件不同(比如壁面外表面温度、车身隔热措施等差别很大)，所以车身各壁面的传热系数Ki是不同的。要分别计算各部分的传热系数K-对于车顶板、侧壁面、地板、后围，传热系数计算式如下；K1，一IZIX-1aHAaB式中：aH外表面放热系数，与表面相对气流速度有关。当车速为v=40kmh时，可取为146kJ(mahC)o%内表面放热系数，在汽车空调状态，可取为660kJ(m?-h-C)。隔热材料厚度(m)。2隔热材料导热系数W(mC)0对于前围，传热系数可以按照下式计算：fxFA为式中：密表示发动机侧壁面对流放热系数，取为=ookj(

5、r-h)；%一一车身内表面放热系数，在汽车空调状态，取为460口/(什h-C)。隔热材料厚度(m)。隔热材料导热系数W(mC)e(1)、顶板计算中，对顶板的构成进行了简化，取其厚度为30丽。并具有以下结构：1mm钢板+24mm空气夹层+5mm内饰板各材料导热系数如下：钢板4=54W(m)；空气2=6.4W(mr)；内饰板取经验数据，=0.03W(mC)o对于这部分结构，可以按照多层均匀平壁计算，代入各材料厚度及导热系数,则有：Kx=!-=-1=14.08kJ(m2h)+Y+0.047+aHiaB14660车身顶板处有些结构，金属面直接和内饰板相连，中间没有空气夹层，则该部分构成为：1mm钢板+

6、5mm内饰板1+0.046+14660各部分材料导热系数同上。则传热系数为:14.3kJ(m2h*C)顶板的外表面积为F顶=1.95*1.00=1.95而。计算中，取车身侧壁面的1/5为金属面和内饰板直接相连考虑，其余部分按照多层均匀平壁计算。则车顶板的传热系数为：-=ZM=14.12kJ(m2h)F(2)、车身侧壁面、后围由于车身侧壁面和后围结构相近，计算时按照相同结构进行处理。将其构成进行了简化，取其厚度为IOOm1n。并具有以下结构：1mm钢板+94mm空气夹层+5mm内饰板各材料导热系数如下：钢板4=54W(mr)；空气=6.4W(m)；内饰板取经验数据，=0.03W(m-)。对于这部

7、分结构，可以按照多层均匀平壁计算，代入各材料厚度及导热系数，则有：K,=_-=13.51kJ(m2h)+y-+0.050+aHJiaR14660车身侧壁和后围处有些结构，金属面直接和内饰板相连，中间没有空气夹层，则该部分构成为：1mm钢板+5n内饰板各部分材料导热系数同上。则传热系数为：K2=-=-i!r=14.3kJ(m2hC)-y-+-+0.046+a1tJiaB14660车身侧壁面的外表面积为F=(2.18*0.7)*2=3.052m2o后围表面积为FF=0.47*1.33=0.63肝。计算中，取车身侧壁以及后围面积的1/5为金属面和内饰板直接相连考虑，其余部分按照多层均匀平壁计算。则车

8、身侧壁面的传热系数为：K侧=13.67kJ(m2h0C)(3)、地板计算中，对地板的构成进行了简化，取其厚度为6mm。并具有以下结构:1mm钢板+1Omm隔热材料+5mm地毯各材料导热系数如下：钢板2=54W(m)；隔热材料、地毯取经验数据，4=0.139W(m-C)按照多层均匀平壁计算，代入各材料厚度及导热系数，则有：地板的表面积为F地=2.1*1.25=2.625H120(4)、前围发动机罩壁在车厢内部分按照以下结构组成:1mm钢板+10Inm隔热材料其中，各组成部分导热系数如下:钢板/1=54W(m)；隔热材料的导热系数取为经验数据=0.139W(mC)。式中：如发动机侧壁面对流放热系数

9、，取为=IOOkJ/(fhC)。%车身内表面放热系数，在汽车空调状态，取即弋60口/(肝h)o经计算得到：Ki=-=!-=21.4kJ(m2h*C)-+y-+-+0.02+aFJia1iIOO60发动机罩壁表面积为Ff=1.35*0.4=0.54m2o2、日照表面综合温度的计算考虑到太阳辐射的作用，通过车身壁面传入的热量由两部分组成。(1)由于车身内外空气的温差，通过车身外表面以对流换热方式从大气中得到的热量：Qi=FK(t-tB)(2)车身外表面从太阳辐射中吸收的热量：Q2=FK(tc-tH)则传入的总热量：Q=Qi+Q2=FK(tc-Ib)由于太阳辐射使车身外表面温度升高，将太阳辐射强度转

10、化成相当的形式，与车外温度迭加在一起，组成太阳照射表面的综合温度，即tc。式中：p车身外表面吸收系数，与表面颜色、粗糙度有关，取为P=09I太阳总的辐射强度，I=Id+kId为太阳直射辐射强度，k为太阳散射辐射强度。I水产3600kJ(m,h),I阳=974kJ(mih),I阴=253kJ(m2h)对于车顶、车侧壁面(包括后围)，由于太阳射入的角度不同，太阳辐射强度是不同的。具体如下：tc=tHp顶I顶/(hh+K顶)其中，I顶二I水平tcw=tHpwI(aH+Kw)其中，I忸=(IRI阴)/2对于地板，没有受到太阳辐射的影响，但受到地面反射热以及发动机热的影响，使得地板外表面温度比大气温度高

11、一些。可取：tcj=tn+2.5*C经计算得到：tcw=425Ctcw=60.2oCtcw=43.5oC3、车身壁面传热量的计算 综上所述可知，顶板、侧壁面(包括后围)、地板的热负荷包括温差传热和太阳辐射两部分，则用日照表面综合温度代替车外空气温度，它们的传热量分别为：Q顶二F顶K顶(tc预b)=254WQWj=F1K闻(tcftrt)=231WQ地=FjftK地(tc地Yb)=209W由于计算过程中有一定近似性，对于顶板、侧壁面、地板的传热可以进行修正，则有：Qbi=3(Q为+Q闾+Q)=902W式中：%修正系数，取出=13。 而对于前围，没有受到太阳辐射的作用，只考虑温差传热的影响，通过这

12、部分传入的热量为：Q产F前K赭(tF-t)=670kJh=186W式中：发动机室的空气温度，取%=85C 则车身壁面传入的总热量为：QB=。顶板。侧壁面+Q地板+Qm。后困=902+186=1088W二、通过门窗玻璃传入的热量考虑到太阳辐射，通过门窗玻璃传入的热量由两部分组成：Qg=Qgi+Qg2(1)由于车内外温差而传入的热量Qgi：QG1=K-F.(tH-t)(2)由于太阳辐射通过玻璃传入的热量Qgz：Qg=SU+p-U)SU=FI+(F玻-F%)Is沏式中：太阳辐射通过玻璃的透入系数，=0.84。p玻璃对太阳辐射热吸收系数，p=0.08aS遮阳修正系数，取S=0.97I车窗外表面的太阳辐

13、射强度，取为I=974kJ(fh)。Is车窗外表面的太阳散射辐射强度，取Is=167kJ(m2-h)oU一车窗的太阳辐射量。F破阳面车窗面积。F,=1.32*0.9+(0.9*0.5+1.25*0.47)=2.23m2F跛车窗总面积。F破=1.24*0.6+(0.9*0.5+1.25*0.47)+F%=4.01m2Ka玻璃的传热系数，取Kift=23kJ(m2-hC)oa一一外表面放热系数，与表面相对气流速度有关。当车速为v=40kmh时，可取a”146kJ(mjh-C)oafi内表面放热系数，在汽车空调状态，可取即七60kJ(fhC),代入相关参数，得到：Qgi=I198kJ/hU=2469

14、kJ/hQg2=2090kJ/hQg=3288kJh=913W三、新风热新风热Qv的计算式：Qv=Vp(w-J式中：p空气密度，当Z=4(TC时，p=1.128kgm3oV车内新风量：V=N*V=5*11=55m3h砥、一一车内外空气的焰值。当tH=40C,相对湿度=60%时，w=115kJkgDA;当tB=27C,相对湿度=58%时，=60kJkgDAo得到：Qv=3412kJh=948Wo四、乘员人体散发的热量人体散发的热量与劳动强度、周围空气温度、性别、年龄、衣着等很多因素有关。一般按每人每小时发热量418kJ计。Qp=418NkJ/h式中：N乘员人数，按照5人计算。则有：Qp=2090kJh=581Wo五、车内零件散热量方法一：座椅蓄热量由于空调起动时，车内温度很高，则车内座椅等要储存一部分热量。这部分热量也应该列入车身热负荷的范围。这里取车内初始温度为60,经过半个小时