引言为了保障花果蔬菜、生鲜医药在运输过程中的品质，冷链运输逐渐融入人们生活[1]。冷藏系统作为冷链运输车的重要组成部分，其性能直接对冷链车的高效节能产生影响。高温工况下，冷藏系统运行时，传统的节流元件已无法满足冷藏系统性能要求。电子膨胀阀具有操作便捷、响应时间短和适用范围广等优点[2-3]。冷藏系统运行时，不合理的电子膨胀阀过热度设定值会造成系统排气温度高、排气压力大、系统耗能高和制冷量不足等问题。该问题引起国内外大量学者关注。刘登辉[4]等通过对比实验分析H形热力膨胀阀和电子膨胀阀对纯电动空调系统性能的影响，结果表明，系统运行时，电子膨胀阀比H形热力膨胀阀的自我调节能力强，达到稳定的时间短，稳定后过热度的波动小，且压缩机转速越低，采用电子膨胀阀的制冷系统制冷量越大。袁朝阳[5]等研究最佳制冷剂充注量下电子膨胀阀的调控方式对热泵系统制热性能的影响，结果表明，制冷剂的最佳充注量为1.1时，电子膨胀阀采用定过热度值调控具有更优的制热性能。李文清[6]对热力膨胀阀和电子膨胀阀进行了详细的实验研究，分析制冷系统的稳定性和性能，当环境工况发生变化时，电子膨胀阀的过热度设定值几乎不变，而热力膨胀阀的过热度存在较大的波动；采用电子膨胀阀系统比热力膨胀阀系统的制冷效能更高，能耗更低。杨春华[7]等对汽车空调系统主要部件（电动压缩机和电子膨胀阀）进行研究，结果表明，压缩机转速和电子膨胀阀的开度合理匹配时，可以降低排气温度，使系统运行更加稳定。刘芳[8]指出，膨胀阀在制冷系统中发挥重要作用，其参数直接影响系统的制冷性能，在制冷系统运行时，电子膨胀阀可以进行自我调节，加快制冷，实现精确控温，使制冷系统始终保持最佳运行工况，是智能化制冷系统的重要组成部件。章晓龙[9]等研究电子膨胀阀运行时各项指标参数的变化，结果显示，可以通过优化电子膨胀阀的控制条件提高冷藏系统的稳定性和制冷性能。在不同的环境温度下，穆文杰[10]等研究发现，压缩机转速为3 000 r/min，库外温度工况为10 ℃、电子膨胀阀开度为60%时，系统的制热效果最好，制热量和COP分别为2.9 kW和3.1。李海军[11]等研究发现，车外高温工况下，主阀过热度设定值为5 K，补阀过热度设定值为20 K时，制冷系统性能最佳，制冷量和COP的最大值分别为17.78 kW和2.62。目前，电子膨胀阀开度对纯电动冷藏运输车冷藏系统制冷性能的影响较少。上述文献从不同角度研究分析了电子膨胀阀的作用，文中以R404A为系统制冷剂，采用三花牌电子膨胀阀作为节流元件，换热器库外使用微通道平行流式，库内使用铜管翅片式，搭建中压补气型冷藏系统试验台，研究主补路电子膨胀阀过热度设定值与开度对冷藏系统制冷性能的影响。1冷藏系统循环原理冷藏系统制冷循环原理如图1所示。高温高压制冷剂从压缩机排气口排出，经过车外换热器，制冷剂在换热器中进行热量交换，变为低温高压的过冷工质，流向经济器，经过单向阀、储液器和干燥过滤器，从经济器流出后制冷剂开始分流，主路向上经过蒸发器电子膨胀阀，补路向下经过经济器电子膨胀阀。补路制冷剂经补阀节流降压后与经济器中的主路制冷剂进行换热，完成换热后进入压缩机中间腔；主路制冷剂经主阀节流降压后流入车内换热器，与库内环境进行热量交换后从压缩机进气口进入压缩机，与补路制冷剂混合后再次进行循环制冷。10.3969/j.issn.1004-7948.2023.12.007.F001图1冷藏系统制冷循环原理2实验过程2.1设备及测量装置为了保证实验数据的精确性，实验在标准焓差实验室中进行。冷藏系统主路电子膨胀阀型号为DPF2.4C-40，补路电子膨胀阀型号为DPF2.1.65C-36，在压缩机吸气口前安装主阀的压力传感器和热电阻，排气口后安装补阀的压力传感器和热电阻。主要设备及测量装置参数如表1所示。10.3969/j.issn.1004-7948.2023.12.007.T001表1主要设备及测量装置参数设备名称规格型号生产厂家涡旋压缩机DTH356LDPC9FQ，适用工质R404A，排气量15.4 m³/h。上海海立主路膨胀阀DPF（TS1）2.4C-40，额定制冷量11.6 kW，调节范围0~100%。三花补路膨胀阀DPF（TS1）1.65C-36，额定制冷量6.2 kW，调节范围0~100%。三花车外换热器平行流换热器，940 mm×469 mm×20 mm，翅片高度8 mm，换热面积2.6 m3。郑州科林车内换热器管翅式换热器，1 230 mm×546 mm×195 mm，翅片数314，换热面积1.57 m3。郑州科林车内风机LNF1201XF3，额定风量2 500~3 000 m3/h。伟力车外风机LNF1209BF2，额定风量3 500~4 000 m3/h。伟力经济器B3-020G，换热面积0.16 m2。唯益四通换向阀SHF-11H-45D1，名义容量9.5 kW。三花压力传感器PT5-30M/T，测量精度≤±1% FS。艾默生温度传感器T形，测量精度≤±0.5 ℃。自制数据采集仪Agilent 34972A美国安捷伦2.2实验工况实验参考《冷库设计标准》（GB 50072—2021）、《保温车、冷藏车技术条件及试验方法》（QC/T 449—2010）、《汽车空调制冷装置试验方法》（QC/T 657—2000）等行业规范和标准。实验使用R404A作为制冷剂，压缩机转速保持4 200 r/min，车外风机风量为100%，车内风机风量为95%。车厢外温度设置43 ℃，车厢内温度设置0 ℃。固定主阀过热度设定值为6 K，补阀开度分别取5%、10%、15%和20%，此时采用中压补气；确定补阀开度为0，主阀过热度设定值分别取4 K、6 K、8 K和10 K，此时不补气。3结果与分析3.1主阀过热度设定值对冷藏系统性能的影响主阀过热度设定值对排气温度的影响如图2所示。随着主路电子膨胀阀过热度设定值增大，排气温度呈先缓后急上升趋势。主路电子膨胀阀过热度设定值分别为4 K、6 K、8 K和10 K时，系统排气温度分别为70.6 ℃、72.3 ℃、75.8 ℃和78.9 ℃。过热度设定值为4~6 K时，排气温度上升缓慢；为6~10 K时，排气温度迅速上升。原因是过热度设定值越大，电子膨胀阀开度越小，通过主阀的制冷剂质量流量越少，蒸发器换热效果变差，制冷剂的温度变高，经压缩机压缩后排气温度升高。10.3969/j.issn.1004-7948.2023.12.007.F002图2主阀过热度设定值对排气温度的影响主阀过热度值设定值对制冷量的影响如图3所示。随着主阀过热度设定值的增大，系统制冷量呈先升后降的趋势，主阀过热度设定值为6 K时，系统制冷量最大，为4.2 kW；与6 K时相比，主阀过热度设定值为4 K、8 K和10 K时，制冷量分别下降了0.3 kW、0.7 kW和1.6 kW。主路电子膨胀阀过热度设定值越大，开度越小。主阀过热度设定值为4 K时，主阀开度较大，造成换热器换热温差降低，制冷量下降；主阀过热度设定值为8 K和10 K时，主阀开度较小，制冷剂无法在蒸发器中进行充分换热，造成制冷量下降。10.3969/j.issn.1004-7948.2023.12.007.F003图3主阀过热度设定值对制冷量的影响主阀过热度设定值对压缩机功率的影响如图4所示。随着主阀过热度设定值的增大，系统压缩机功率呈现先缓慢后快速下降的趋势。主阀过热度设定值从4 K提高到6 K时，压缩机功率下降了1.3%；主阀过热度设定值从6 K提高到8 K时，压缩机功率下降了7.49%；主阀过热度值从8 K提高到10 K时，压缩机功率下降了7.14%。原因是主路电子膨胀阀过热度设定值增大时，主阀的开度减小，流入压缩机的制冷剂减少，造成压缩机功率减小。10.3969/j.issn.1004-7948.2023.12.007.F004图4主阀过热度设定值对压缩机功率的影响主阀过热度设定值对系统COP的影响如图5所示。系统COP值随着主阀过热度设定值的增大呈现先上升后下降的趋势。主阀过热度设定值为6 K时，系统COP最大，为1.85。主阀过热度设定值从4 K提高到6 K时，COP上升了8.82%；过热度从6 K上升到8 K时，系统COP下降了9.73%，过热度设定值从8 K上升到10 K时，系统COP下降了20.36%。COP值受制冷量和压缩机功率的影响。主阀过热度设定值从4 K提高到6 K时，制冷量呈上升趋势，压缩机功率呈下降趋势，COP值增大；主阀过热度设定值从6 K增加到8 K时，相比制冷量，压缩机功率下降的变化趋势更大，COP值降低。10.3969/j.issn.1004-7948.2023.12.007.F005图5主阀过热度设定值对系统COP的影响3.2补阀开度对冷藏系统性能的影响补阀开度对排气温度的影响如图6所示。补阀开度从5%增加到20%时，压缩机排气温度从71.3 ℃降至62.5 ℃，随着补阀开度的增大，排气温度呈下降趋势。原因是补阀开度的增大会导致经过主阀的制冷剂质量流量减少，大量的低温补路制冷剂进入压缩机，从而降低了压缩机的排气温度。10.3969/j.issn.1004-7948.2023.12.007.F006图6补阀开度对排气温度的影响补阀开度对制冷量的影响如图7所示。随着补阀开度的增大，制冷量呈先上升后下降的趋势，补阀的开度分别为5%、10%、15%和20%时，制冷量分别为4.04 kW、4.12 kW、3.82 kW和3.56 kW。随着补阀开度逐渐增大，补路制冷剂的质量流量逐渐增加，主补路制冷剂比例达到最佳值时，主路制冷剂刚好在车内换热器中进行充分换热，提高系统制冷量，即补阀开度为10%时，达到最佳制冷效果。补阀开度大于10%时，补路制冷剂分流过多，车内换热器换热面积无法充分使用，造成制冷量下降。10.3969/j.issn.1004-7948.2023.12.007.F007图7补阀开度对制冷量的影响补阀开度对压缩机功率和系统COP的影响如图8和图9所示。随着补阀开度的增加,压缩机功率呈上升趋势，系统COP呈先上升后下降的趋势。补阀的开度分别为5%、10%、15%和20%时，压缩机功率分别为2.46 kW、2.48 kW、2.55 kW和2.59 kW，系统COP分别为1.64、1.66、1.50和1.37。压缩机功率和系统COP的变化幅度分别为0.81%~2.82%和1.22%~8.67%。补阀开度的增大会造成更多的低温制冷剂从补路进入压缩机中间腔，造成压缩机功率增大。COP值受制冷量和压缩机功率影响，补阀开度从5%增加到10%时，制冷量的上升趋势较大，COP增大；补阀开度从10%增加到20%时，制冷量呈现下降趋势，压缩机功率呈现上升趋势，COP降低。10.3969/j.issn.1004-7948.2023.12.007.F008图8补阀开度对压缩机功率的影响10.3969/j.issn.1004-7948.2023.12.007.F009图9补阀开度对系统COP的影响4结语车外环境为43 ℃，库内环境为0 ℃时，保证其他实验条件不变，通过改变主阀过热度设定值和补阀开度研究膨胀阀对系统性能的影响，结论如下：补阀开度为0时，主阀过热度设定值从4 K增加到10 K，增加2 K记录1次数据，系统排气温度升高了8.3 ℃，压缩机功率下降了1.30%~7.14%，制冷量和COP均先增大后减小，在过热度为6 K时达到最大值，分别为4.2 kW和1.85，说明主阀过热度设定值为6 K时的系统制冷性能最好。主阀过热度设定值为6 K时，补阀开度从5%增加到20%，增加5%记录1次数据，排气温度下降幅度为2.52%~6.16%，压缩机功率上升幅度为0.81%~2.82%，在补阀开度为10%时，系统制冷量和COP达到最大值，为4.12 kW和1.66，说明补阀最佳开度为10%。