基于KULI的 的R134a与
R1234yf? 调系统仿真分析
黄宇杰，苏林
(上海理工大学能源与动力工程学院，上海200093)
摘要：使用K U LI软件建立了带回热器的一维汽车空调仿真模型，通过试验数据验证了该模型的可靠性，并分
别对R134a J R12342的系统性能进行了仿真分析。仿真结果表明：R1234yf系统的冷凝压力比R134a低，蒸
发压力比R134a高；R134a系统的排气温度比R1234yf高10.5 ] 17.9 O $R134a系统的制冷量比R1234yf高1.
6h]3.4h$R134a 系统的COP 比R12342 高0.2h]4.2h。
关键词：汽车空调；KULI;R134a;R12342;*0P(性能系数）；回热器
中图分类号：TB61 文献标识码：A 文章编号：1004 -3950(2018)03-0048 -05 Application analysis of refri^^erant R134a and R1234yf in automobile
air conditioning system witli internal heat exchanger based on KULI
HUANG Yv-fie，SULrn
(School of Energy and Power Engineering，University of Shanghai for Science and Technology，Sh Abstract： A simulation model of the automobile air conditioning system witli the internal heat exchanger was establislied
by using the components library 〇f a one-dimensional software( KULI)，and its feasilDility was proved by the experimen
tal data. Performance w as assessed by charging the model with the refrigerants R134 a and R1234yf，respectively，to compare the characteristics of the refrigeration cycle of the two refrigerants. Th pressure of R1234yf was l ower than that of R134a and the evaporation pressure of R1234yf was higher than that of
R134a. Thedischarge temperature of R1234yf was lower than that of R134aby10. 5 ] 17. 9 of R134aw
as higher than that of R1234yf by 1.6h] 3. 4h. T heC O Pof R134aw as higher than that of R1234yf by 0.
2h]4. 2h.
Key words：automobile air conditioning system；KULI；R134a$ R1234yf；COP；internal heat exchanger
〇引言
近年来，全球变暖已成为人类面临的最大问题。R134a作为目前在汽车空调上普遍使用的制 冷剂，由于其全球变暖系数为1430大量使用必然 加剧全球变暖，因此需要 加环保的制冷剂去替代R134a。而R1234y f作为一种新型环保制 剂，其全 变暖 数 为 4，
替代R134a的制冷剂。由于R1234y f本身物理性 异，替 明R1234y f能力约比R134a下降10%[1]。为了提升R1234yf 汽车空调系统的制冷能力，可以在系统中加人回 热 升制冷性能[2]。但是目前R1234y：f价格较高，还 合大规模推广。
与此同时，压机技术的进步，在R134a 汽车空 设回热 ； 高系统制冷量约5%，提高性能系数（COP)约16%，这使得 回热器技 HFC134a.也有较大程J 推广使用[3-4]。为了对 R134a和R1234yf 制 剂 热 汽车
空 性能，本文使用KULI软件建立 热 汽车空 ，分别对R134a系统
收稿日期=2017 -04 - 18
作者简介：黄宇杰（1992 -)，男，硕士研究生，主要研究方向为汽车空调。
通讯作者：苏林（1962 -)，男，教授，博导，研究方向：汽车热管理技术、车用空调热泵技术、汽车热管理系统、零部件设计及优化-48 -
和R 1234y f 系统进行不同工况的仿真计算，以期 能为新
制冷剂替
发提供参考。
1制冷系统建模
能，所以蒸发器空气侧的鼓风机和冷凝器空气侧 机分别使用定风量
量点代替，并忽略空调
箱漏热及空气侧阻力等多种因素。
1.1 建模假设
模型的建立基于以下假设：（1)制冷剂在换热 器内部做 动，其流动
沿管 变
化；（2)空气做 动，并匀地流过散热器;(3)压机的工作特性由压
、压机
、压
机排量、等熵效率和 效率共
定，与其他参
数无关；（4)制剂 内绝热流动。
1.2 模型建立
KULI 软件是由MAGNA 公司开发的汽车热 管 软件，集成了丰富的汽车热管
J 元件， 地用于汽车发动机
和汽车空 性能的独立计
耦合计算。图1为
建立 热 汽车空
。包含定排量压缩机、微
；
凝器、H
热力
、微
蒸发器、套管式回热
管道。因为储液干燥器集
凝
，所以
图 展示。 个蒸发器时，热力默 制该蒸发
过热度，所需要额
蒸发
。图 2 为汽车空 空 侧
， 图
1 为环境点;2为控制冷凝 量点；3为制冷
凝
点；4为控制蒸发 量点；5
为控制蒸发
点；6为控制蒸发器进风
点。
空气从1点人，
路，
返回环境。一路从2点经3点流过冷凝
1点；一
路从4点人经5、6点过蒸发
1点。
因为该汽车空
用于对
制冷剂的性
图
2
汽车空调系统空气侧模型
1.3 模型验证
热 ，
1 所示 与仿真工况下采用R 1234y f 直接替代R 134a j
仿
计算，同时与实验数
对比。
表
1
试验与仿真工况
工况
压机
：
凝凝
蒸发
蒸发
蒸发
量
/r * min 1YC
Ym • s 1干球温度/C
相对湿度/%
Ym3 • h - 1190045 2.535404602180045 4.53540460326004553540460490045 2.527504605180045 4.52750460626004552750460790035 2.527504608180035 4.527504609260035527504601090035 2.5208046011180035 4.5208046012
2600
35
5
2080
460
2018 年，第 3 期
' 49
-
1200
-400下
200
-
2400 r
2000
-1600 -
1600 -蒸发器出口
-
〇-R 134a
R1234yf 蒸发器出口
-〇-R 134a -*-R 1234y f
500
1000 1500 2000 2500 3000 3500
压缩机转速/r • min
-1
图
5 R134a / R1234yf 在不同压缩机转速下的
发器出口压力和 出口压力变化曲线
这是由R 1234y f 的热力性质所决定，即在相同饱和温 度下，R 1234y f 低压的饱和压力比R 134a 高，而 R 1234y f 高压的饱和压力比R 134a 低。
2000 r
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
工况点
图
3 R1234yf 相对于R 134a 的试验制冷能力
图3为薛晓晔[5]在微通道换热器汽车空调系 统上使用相同工 R 1234y f 直接替代的
数据， 替换R 1234y f 制冷剂 台架制
冷性能试验中，R 1234y f 制冷剂的制冷能力最大
下
降
，标准工况下降4h
。
图4给 了本
研究 计 ，从图 R 1234yf 制冷剂的制冷能力下降范围为2. 3h 〜7. 1h 。
从图3、图4
， 数相
，故，
下
。
32 36
40
44
48
52
冷凝器进风温度
/°C
图
6 R134a / R1234yf 在不同冷凝器进风温度下的
蒸发器出口压力和冷凝器出口压力变化曲线
图7给出了 R 134a 和R 1234y f 在不同压缩机 转速下的压缩机排
变
。从
图
‘以
看出，R 1234y f 系统的压缩机排气温度比R 134a 系统低10.5〜17.9 O ，并且随着转速的増加，两
排气温度的差值变大。 由于R 134a 的排
蒸发
而升高，R 1234y f 随
蒸发 而 。
图$给出了 R 134a 和R 1234y f 在不同冷凝器
下的压缩机排
变 。从图中
可以看出，R 1234y f 压缩机排
R 134a 系统低14.1〜15.4 O ，并且随着进风温度
的増加，
排
也
加
。
下，压缩机的排
过高会使其
润滑油恶化，进而损坏压缩机；压机的排气压力
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
工况点
图
4 R1234yf 相对于R 134a 的仿真制冷能力
2仿真结果与分析
使用所建立的带回热器的汽车空调系统分别
对R 134a 和R 1234y fi 计算，基
计算工况为&蒸发
过热度设置为5 O $蒸发
干
为27 O ，相对湿度为50h ，风量
为460 m 3/h ，冷凝
为350，进
为4.5 m /s ，压缩机转速为1800 r /min 。
图5给出了 R 134a 和R 1234y f 在不同压缩机 转速下的蒸发
压力和冷凝
压力的变
。
相
运行工况下，R 1234y f
的
蒸发器出口压力比R 134a 系统高6.8h 〜9.2h ， R 134a 系统的冷凝器出口压力比R 1234y f 系统高 4.3h 〜4.7h 。
图6给出了 R 134a 和R 1234y f 在不同冷凝器进 下的蒸发器出口压力和冷凝 压力的变
。 相
运行工况下，R 1234yf ]
蒸发
器出口压力约比R 134a 系统高8. 6h ，R 134a 系统的 冷凝器出口压力比R 1234y f 系统高4. 6h 〜6. 0h 。 -50 -
1/
§
20
00
汽车的00
1/§
%/只韶
愈羅
%/只器
愈
羅
图
9 R134a / R1234yf 在不同压缩机转速下的系统制 变化曲线
压缩机的输入功率高于R 134a ，并且随着压缩机转
升高，
蒸发
，而 蒸发 ：的降低，R 1234y f 的压缩机输入功率与R 134a 的差
大[6)。图12为 凝 下 ，
压缩机功率的变 。从图 看出，两系
压缩机的功率基
。
—
〇—R134a
-•-R 1234y f
1500 -
Z
1000 ------------1------------1------------1------------1------------1------------1
500 1000 1500 2000 2500 3000 3500
压缩机转速/r •
min -1
图
11 R134a / R1234yf 在不同压缩机
速下的压 变 曲线
名<；言
2018年，第3
期
—
51 -
500
1000 1500 2000 2500 3000 3500
压缩机转速/r • min
-1
图
7 R134a / R1234yf 在不同压缩机
转速下的压 度变化曲线
过高则容易引起制冷剂的泄漏等问题。从图5〜 图8
，
热
汽车空
R 12342
排气压力和排
R 134a 低，所以其系
统的可靠性比R 134a 系统高。
130 r
120-
32
36
40
44
48
52
冷凝器进风温度
/°C
图
8 R 134a / R1234yf 在不同冷凝器
进风温度下的压 度变化曲线
图9给出了 R 134a 和R 1234y f 在不同压缩机 转速下
制冷量变化曲线。从图9
，
R 1234y f 系统的制冷量比R 134a 系统小1.6h 〜 2.3h 。这是由于R 1234y f 的蒸发潜热比R 134a 低。图10给出了 R 134a 和R 1234y f 在不同冷凝
下
制冷量变 。从图10可知，R 1234y f 系统的制冷量比R 134a 系统低2.
2h 〜3.4h ，并且 凝 力口，两系
统的制冷量
也逐 大。
压缩机
下
压缩机功率的变化曲线见图11。从图11
看出，当
压
机
：小
于2100 r /min ，两系统压缩机的功率基本一致。但 是当压缩机转速达到3300 r /min 时，R 1234y f 系统 的压缩机功率比R 134a 高2h 。这是因为R 1234yf
o o
o o o o C
2 1 0 9 8 7 ^
1X 1x
1
x
o
o o o
1
0 9 81
1
1
13。/
制璉
r 眾运i f w
M /義
愈羅塚
4000 - 3500 - ^ 3000 ^ 2500i
田 2000
1500 -1000 I -------------1-------------1-------------1-------------1-------------1
32
36
40
44
48
52
冷凝器进风温度
/°C
图
12 R134a / R1234yf 在不同冷凝器
进风温度下的压缩机功耗变化曲线
图13给出了 R 134a 与R 1234y f 在不同压缩机 转速下的系统COP 。从图13可知，R 134a 的COP 比 R 1234y f 高0.3h 〜3.8h ，并在高转速时COP 差值
时大。图14给出了 R 134a 与R 1234y f 在不
同冷凝器进风温度下的系统COP 。从图14可知， R 134a 的 COP 比 R 1234yf 高 2. 0h ] 4. 2h ，并在进
高时COP :
时大。
-〇-R 134a -•-R 1234y f
500
1000 1500 2000 2500 3000 3500
压缩机转速/r •
min -1
图
13 R134a / R1234yf 在不同压缩机
转速下的系统COP
40
44
48
冷凝器进风温度
/°C
图
14 R134a / R1234yf 在不同冷凝器
进风温度下的系统COP
52
3
结论
本研究使用K U LI 软件分别对R 134a 和 R 1234y ff 热器的汽车空 了仿
真，计
下
&
(1) R 1234y f 系统的冷凝压力比R 134a 低，蒸 发压力比R 134a 高；
(2) R 134a 系统的排气温度比R 1234y f 高10.5〜17. 9 0， 压机转速和冷凝
温度的增加而增加；
(3) R 134a 系统的制冷量比R 1234y f 高1.6h 〜3.4h ，并且 凝
力口，两
制冷量
也逐
大；
(4) R 134a 系统的 COP 比 R 1234yf 高 0.2
4.2%。
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[10] Magna Powertrain Engineering Center Steyr GmbH &
Co KG. KULI V 11.0 Tutorial[ Z] .2015 -2016.
(责任编辑
丁丽霞&
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