ارائه یک مدل حرارتی کوپل شده برای چرخه تبرید و کابین اولین محصول مبتنی بر پلتفرم ملی خودرو

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

دانشکده مهندسی خودرو، دانشگاه علم و صنعت ایران، تهران، ایران

چکیده

امروزه عملکرد سیستم تهویه مطبوع خودرو به عنوان یکی از مهمترین عوامل تأثیرگذار بر آسایش و راحتی سرنشینان خودرو، بیش از پیش مورد توجه میباشد. در این مطالعه، یک مدل عددی حرارتی گذرا برای چرخه تبرید و کابین اولین محصول مبتنی بر پلتفرم ملی خودرو توسعه داده شده و ارائه گردیده است. بدین منظور، هر یک از اجزای چرخه تبرید مدل‌سازی شده است. در گام بعدی، بارهای حرارتی وارد بر کابین خودرو محاسبه شده و همچنین بار حرارتی ناشی از تابش خورشید برای تمامی نقاط کشور و تمامی ساعات روز در نظر گرفته شده است. مدل پیشنهادی برای بررسی خنک کنندگی سیستم تهویه مطبوع اولین محصول مبتنی بر پلتفرم ملی خودرو استفاده شده است. همچنین، برای تحلیل ترمودینامیکی مبدل‌های حرارتی به کار رفته در مدل، از روش ε-NTUاستفاده شده است. مدل ارائهشده در این مقاله می‌تواند به عنوان یک ابزار مؤثر در زمینه مهندسی به کمک رایانه جهت تجزیه و تحلیل عملکرد سیستمهای تهویه مطبوع سایر خودروها استفاده گردد. در انتها، مقدار 5/239 کیلووات بار حرارتی وارد شده به کابین خودرو به دست آمد. همچنین مشخص گردید که سیستم تهویه مطبوع توانایی رساندن دمای کابین خودرو را از 60درجه سانتیگراد به 25درجه سانتیگراد ظرف مدت 25دقیقه داراست.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

A Coupled Thermal Model for Refrigeration Cycle and Cabin of the First Produced Vehicle Based on the National Vehicle Platform

نویسندگان [English]

  • M. H. Shojaeefard
  • G. R. Molaeimanesh
  • A. Yarmohammadi
  • S. Changizian
Automotive Engineering School, Iran University of Science and Technology,Tehran, Iran
چکیده [English]

Nowadays, a lot of efforts have been spent to develop effective automotive air conditioning systems due to their critical role in passengers comfort. In this study, a transient numerical thermal model has been developed for the first produced vehicle based on the national vehicle platform. At first, each component of the refrigeration cycle is modeled. In the next step, thermal loads for the vehicle’s cabin are calculated along with the solar load at every location of Iran and every hour of the day. The proposed model is used for thermal analysis of the heating, ventilation and air conditioning performance of the first produced vehicle based on the national platform. Also, for thermal analysis of the heat exchangers which are used in the model, ε-NTU method has been used. The proposed model can be an effective computer-aided engineering tool for analyzing the performance of automotive the heating, ventilation and air conditioning systems. Finally, the amount of 5.239 kW thermal load acting on the vehicle cabin is calculated. Also, results indicate that the proposed model can reduce the vehicle cabin temperature from 60 °C to 25 °C within 25 minutes.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Heating
  • Ventilation and air conditioning
  • thermal model
  • transient numerical model
  • Thermal comfort
  • National vehicle platform
[1] G. Lee, J. Yoo, Performance analysis and simulation of automobile air conditioning system, International journal of refrigeration, 23(3) (2000) 243-254.
[2] J.S. Jabardo, W.G. Mamani, M. Ianella, Modeling and experimental evaluation of an automotive air conditioning system with a variable capacity compressor, International Journal of Refrigeration, 25(8) (2002) 1157-1172.
[3] H.J. Kim, C.-J. Kim, A numerical analysis for the cooling module related to automobile air-conditioning system, Applied Thermal Engineering, 28(14-15) (2008) 1896-1905.
[4] M. Kakaee, M. Seifi, Simulation of refrigeration cycle and cabin temperature and relative humidity of Peugeot 405 and the effect on system performance, Proceedings of The 17th Annual Conference of Mechanical Engineering (ISME2009), Tehran University, (2009) (in Persian)).
[5] E.B. Ratts, J.S. Brown, An experimental analysis of cycling in an automotive air conditioning system, Applied Thermal Engineering, 20(11) (2000) 1039-1058.
[6] C.-Y. Yang, R. Webb, A predictive model for condensation in small hydraulic diameter tubes having axial micro-fins, Journal of heat transfer, 119(4) (1997) 776-782.
[7] Y.-Y. Yan, T.-F. Lin, Condensation heat transfer and pressure drop of refrigerant R-134a in a small pipe, International journal of heat and mass transfer, 42(4) (1999) 697-708.
[8] T. Skiepko, Thermal design of automotive HVAC condensers for mixed flow regimes in minichannels, Archives of Thermodynamics, 27(1) (2006) 53-74.
[9] P. Saechan, S. Wongwises, Optimal configuration of cross flow plate finned tube condenser based on the second law of thermodynamics, International Journal of Thermal Sciences, 47(11) (2008) 1473-1481.
[10] S. Sanaye, H. Hajabdollahi, Thermal-economic multi-objective optimization of plate fin heat exchanger using genetic algorithm, Applied Energy, 87(6) (2010) 1893-1902.
[11] Z. Tian, B. Gu, L. Yang, F. Liu, Performance prediction for a parallel flow condenser based on artificial neural network, Applied Thermal Engineering, 63(1) (2014) 459-467.
[12] M.H. Shojaeefard, J. Zare, Modeling and combined application of the modified NSGA-II and TOPSIS to optimize a refrigerant-to-air multi-pass louvered fin-and-flat tube condenser, Applied Thermal Engineering, 103 (2016) 212-225.
[13] W.M. Kays, A.L. London, Compact heat exchangers, (1984).
[14] J. Dong, J. Chen, Z. Chen, W. Zhang, Y. Zhou, Heat transfer and pressure drop correlations for the multi-louvered fin compact heat exchangers, Energy Conversion and Management, 48(5) (2007) 1506-1515.
[15] Y.-J. Chang, C.-C. Wang, A generalized heat transfer correlation for Iouver fin geometry, International Journal of heat and mass transfer, 40(3) (1997) 533-544.
[16] A. Gholap, J. Khan, Design and multi-objective optimization of heat exchangers for refrigerators, Applied Energy, 84(12) (2007) 1226-1239.
[17] M.A. Fayazbakhsh, M. Bahrami, Comprehensive modeling of vehicle air conditioning loads using heat balance method, 0148-7191, SAE Technical Paper, 2013.
[18] J.S. Jabardo, W.G. Mamani, M. Ianella, Modeling and experimental evaluation of an automotive air conditioning system with a variable capacity compressor, International Journal of Refrigeration, 25(8) (2002) 1157-1172.
[19] R.K. Shah, D.P. Sekulic, Fundamentals of heat exchanger design, John Wiley & Sons, 2003.
[20] H. Grog, JA duffie and WA Beckman, Solar Engineering of Thermal Process, in, Wiley-inter science, New York, NY, USA, 1991.
[21] K.K. Jha, V. Bhanot, V. Ryali, A simple model for calculating vehicle thermal loads, 0148-7191, SAE Technical Paper, 2013.
[22] S. Sanaye, M. Dehghandokht, Thermal modeling for predication of automobile cabin air temperature, International Journal of Automotive Engineering, 1(3) (2011) 152-164.
[23] S. Sanaye, M. Dehghandokht, Thermal modeling of mini-channel and laminated types evaporator in mobile air conditioning system, (2012).