Instationäre Modellierung und Sensitivitäsanalyse regelbarer CO2-Axialkolbenverdichter

Cavalcante, Peterson

Im Rahmen dieser Arbeit wird eine dynamische Modellierung eines regelbaren PKW-Axialkolbenverdichters mit Schwenkscheibenmechanismus für das Kältemittel CO2 durchgeführt, die den Verdichter in seiner Gesamtheit beschreibt. Das erstellte Gesamtmodell setzt sich dabei aus mehreren Teilmodellen zusammen, die unter anderem die Thermodynamik der Zylinderräume, der Saug- und Druckkammer sowie des Kurbelgehäuses, die Wärmeübertragung, die Dynamik und Reibung von Schwenkscheibe und Kolben, das Ventilverhalten, die Kolbenleckage und die Regelmassenströme beschreiben. Das Gesamtmodell wird anhand von Messdaten aus der Literatur für den stationären Volllastbetrieb und teilweise auch für den dynamischen Betrieb validiert. Wesentliche Schwerpunkte und Fortschritte im Vergleich zum bisherigen Stand des Wissens sind die simulative Verknüpfung von Detailmodellen zu einem umfassenden Gesamtmodell, die dynamische Modellierung von Kolben und Schwenkscheibe, wobei auch die Beeinflussung der einzelnen Kolben untereinander berücksichtigt wird, sowie die Durchführung einer umfassenden Sensitivitätsanalyse. Einen wichtigen Teil der Untersuchung bildet die Diskussion der durchgeführten Sensitivitätsanalyse, mit deren Hilfe der Einfluss von Modell- und Geometrieparametern der Teilmodelle auf Bewertungsgrößen und wichtige Variablen identifiziert wird. Außerdem werden im Rahmen einer Kennfeldanalyse Kennfelder für Güte- und Wirkungsgrade generiert.

The focus of this investigation is the development of an advanced dynamic model to describe the operation of a controlled swash plate compressor for an automotive air-conditioning system using the natural refrigerant CO2. The over-all model consists of several partial models, that describe the thermodynamic laws in the control volumes of the cylinders, the suction and discharge chamber as well as the crankcase, the heat transfer, the dynamics and friction of the swash plate and the pistons, the valve behavior, the piston leakage and the control valve mass flows. Based on measured data from the literature a validation is carried out under stationary full load as well as for dynamic operation conditions. The main focus of this investigation and the achieved progress compared to the state-of-the-art are the simulative linkage of the submodels in one complete model: the dynamic modeling of pistons and swash plate taking into account the impact of each individual piston on each other. An extensive sensitivity analysis was carried out to achieve a better understanding of the over-all compressor model behavior. Based on this analysis, the model and geometric parameters with a significant impact on the main model’s variables and efficiencies were identified in each submodel. A subsequent goal is the generation of a compressor characteristic to provide compressor efficiencies for cycle simulations.

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Cavalcante, Peterson: Instationäre Modellierung und Sensitivitäsanalyse regelbarer CO2-Axialkolbenverdichter. 2008.

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