汽車空調(diào)冷凝器的匹配設(shè)計研究

1、第25卷第1期2002年2月合肥工業(yè)大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版)JOURNALOFHEFEIUNIVERSITYOFTECHNOLOGY.25No.1VolFeb.2002汽車空調(diào)冷凝器的匹配設(shè)計研究劉向農(nóng)(合肥工業(yè)大學(xué)機械與汽車工程學(xué)院,安徽合肥230009)摘要:結(jié)合汽車空調(diào)壓縮機的變工況性能,即汽車空調(diào)壓縮機性能指標(biāo)隨轉(zhuǎn)速和冷凝溫度而變化的情況,根據(jù)汽車空調(diào)系統(tǒng)的冷凝器在不同設(shè)計工況下的設(shè)計結(jié)果,經(jīng)過分析冷凝溫度、冷卻介質(zhì)溫差參數(shù)變化對冷凝器設(shè)計結(jié)果的影響,綜合得出對滿足汽車空調(diào)系統(tǒng)不同運行工況的冷凝器設(shè)計參數(shù)如冷凝溫度、冷卻介質(zhì)溫差等的合理選擇,器與壓縮機及系統(tǒng)匹配的效果。關(guān)鍵詞:汽車空調(diào);

2、冷凝器;變工況;匹配設(shè)計中圖分類號:U463.851文獻(xiàn)標(biāo)識碼:A)22Maautomobileair-conditioningcondenserLIUXiang2nong(SchoolofMechanicalandAutomobileEngineering,HefeiUniversityofTechnology,Hefei230009,China)Abstract:Theperformanceofthecompressorforautomobileair2conditioningunderchangingcondi2tionsisanalyzed,andthedesignsoftheauto

3、mobileair2conditioningcondenserunderdifferentwork2ingconditionsarediscussed.Byanalyzingtheeffectofthechangesincondensertemperatureandin2creaseoftemperatureofcoolingmediumonthedesignofthecondenser,reasonabledesignparametersofthecondenserareobtained.Finallythematchingdesignofthecondenser,compressorand

4、wholesystemisachieved.Keywords:automobileair2conditioning;condenser;changingconditions;matchingdesign0引言由于汽車裝置的空間容積和整車負(fù)荷的限制,對汽車空調(diào)換熱器提出了嚴(yán)格的小型輕量化的要求。通常的辦法是通過改變傳熱器結(jié)構(gòu)來強化傳熱,如采用高效的換熱器、薄壁的傳熱管、強化翅片等,而不1太注意設(shè)計中的合理匹配問題。實際上,合理的匹配設(shè)計可以更充分地提高整機的經(jīng)濟性和可靠性。傳統(tǒng)的制冷空調(diào)換熱器設(shè)計都是在特定的設(shè)計工況下進(jìn)行設(shè)計,但是由于汽車空調(diào)裝置比普通空調(diào)裝置使用的條件要苛刻得多,其最突出的表

5、現(xiàn)是汽車室外氣候環(huán)境的劇烈變化及汽車行駛速度變化的偶然性,這就給汽車空調(diào)的設(shè)計和控制帶來了困難,也使得變工況性能分析顯得尤為重要。這樣傳統(tǒng)設(shè)計就會使汽車空調(diào)在運行的某些時收稿日期:2001208227作者簡介:劉向農(nóng)(1968-),男,安徽合肥人,合肥工業(yè)大學(xué)講師.140合肥工業(yè)大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版)第25卷間中處于極不經(jīng)濟的狀態(tài)或相當(dāng)多的時間里無法充分發(fā)揮換熱器的換熱能力。本文將探討對直連式汽車空調(diào)冷凝器并結(jié)合考慮變工況性能的匹配設(shè)計。1汽車空調(diào)壓縮機的變工況性能汽車空調(diào)壓縮機,一方面工作條件隨汽車所處環(huán)境變化大,另一方面直連式壓縮機的制冷量將隨車速變化而改變。此外,外部條件通過改變冷凝溫度

6、和蒸發(fā)溫度,也會使壓縮機制冷量發(fā)生變化。其中冷凝溫度受汽車室外溫度、濕度變化而波動較大。1汽車空調(diào)壓縮機制冷量可以表示為-8(1)Q0=1.66×10×hv1式中q0單位制冷量,kJ kgn壓縮機轉(zhuǎn)速,r min輸氣系數(shù)3v1吸氣比容,m kgVh壓縮機排量,mL r,(0,吸氣過熱度(10)不變,對應(yīng)不同冷凝溫度(5,如圖1所示。同,如圖2所示。圖1、圖2中,壓縮機轉(zhuǎn)速1=3000r min,2=2000r min,800r min,4=1000r min,5=800r min。圖1制冷量與冷凝溫度和轉(zhuǎn)速的關(guān)系圖2冷凝負(fù)荷與冷凝溫度和轉(zhuǎn)速的關(guān)系由于制冷量Q0=G(Io-I

7、i),而冷凝負(fù)荷QK=W+Q0,對應(yīng)所選擇工況,當(dāng)冷凝溫度升高時,Ii增加,Q0減小;同時W增加,但其增加的幅度不如Q0減小的大,因此QK也隨冷凝溫度升高而減小。2冷凝器匹配設(shè)計冷凝器設(shè)計中涉及到的參數(shù)較多,包括冷卻介質(zhì)的熱物性參數(shù)和制冷劑的熱物性參數(shù)。本文將通過冷凝器的熱平衡方程和傳熱方程,提出主要的影響參數(shù)并結(jié)合考慮其他參數(shù)的方法來討論。冷凝器的熱平衡方程和傳熱方程如下QK=3600Vatai)acpa(tao-QK=KFtm2,3(2)(3)式中Va冷卻介質(zhì)體積流量,m h3冷卻介質(zhì)的密度,kg m3a(kg K)cpa冷卻介質(zhì)的定壓比熱,kJ第1期劉向農(nóng):汽車空調(diào)冷凝器的匹配設(shè)計研究t

8、ao,tai冷卻介質(zhì)進(jìn)出口的溫度,141(m K)K冷凝器的傳熱系數(shù),W 2F冷凝器的傳熱面積,m2tm平均對數(shù)傳熱溫差,冷凝器設(shè)計的主要任務(wù)是確定傳熱面積F,因此只要知道傳熱系數(shù)K與對數(shù)平均溫差tm的乘積,即熱流密度q,就可得出對應(yīng)Qk所需的傳熱面積。設(shè)計中對于某一類的換熱器而言,K與tm乘積會隨著冷凝溫度tk及冷卻介質(zhì)溫差tao-4tai而變化。通過編程計算在冷卻介質(zhì)進(jìn)口溫度不變時,對應(yīng)不同冷凝溫度和不同冷卻介質(zhì)溫差的傳熱系數(shù)K及K×tm的結(jié)果,如圖3和圖4所示。圖3、圖4中,冷卻介質(zhì)溫度1=10,2=8。圖34K×tm的變化關(guān)系,對應(yīng)不同的冷凝。圖5所示為8溫差時的結(jié)

9、果,各系列為設(shè)計所需的傳熱面積,圖6所示為10溫差時的結(jié)果。圖5、圖6中,傳熱面積1=14m2,2=12m2,3=10m2,4=8m2。5圖5傳熱面積與傳熱量圖6傳熱面積與傳熱量3結(jié)果與分析根據(jù)以上的討論進(jìn)行分析總結(jié),可得出以下結(jié)果:(1)由圖2可知,在不同轉(zhuǎn)速和冷凝溫度時壓縮機需要排放不同的冷凝熱。實際運行中只有一個冷凝器,而且這個冷凝器必須滿足能夠散發(fā)各個不同情況下的冷凝熱,選擇冷凝器面積如圖7所示。圖7中,壓縮機轉(zhuǎn)速1=300r min,5=2000r min,7=1800r min,8=1000r min,9=800r min;傳熱面積2=14m2,3=12m2,4=10m2,6=8m

10、2。可見滿足某一轉(zhuǎn)速下的冷凝熱可對應(yīng)多個不同的傳熱面積,且對應(yīng)的冷凝溫度越高則所需的面積越小。因此為適應(yīng)汽車空調(diào)小型輕量化的要求,在產(chǎn)生最大熱負(fù)荷的對應(yīng)轉(zhuǎn)速下,應(yīng)選擇允許的極限最高冷凝溫度時的冷凝器面積。142合肥工業(yè)大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版)第25卷(2)在汽車空調(diào)系統(tǒng)的實際運行中,當(dāng)工況發(fā)生變化而引起冷凝負(fù)荷變化時,由式(3)可得其冷卻介質(zhì)溫差也發(fā)生相應(yīng)的變化。但這之間存在一定的矛6盾關(guān)系。如冷凝負(fù)荷增加,由(3)式知冷卻介質(zhì)溫差也需增加以帶走更多的熱量;但冷卻介質(zhì)溫差的增加雖然使冷凝器的傳熱系數(shù)得到提高,由于在冷卻介質(zhì)進(jìn)口溫度和冷凝溫度不變時,其平均對數(shù)溫差減小的更多而使得K×tm

11、減小,因而需要更大的面積,因此實際中冷凝面積無法滿足傳熱時,就會使冷凝溫度升高來達(dá)到一個平衡點。所以在(1)中選擇最大冷凝溫度設(shè)計時宜選擇較小的冷卻介質(zhì)溫差。當(dāng)然冷卻介質(zhì)溫差也和冷凝風(fēng)量及冷凝器迎風(fēng)面積有關(guān),因此合理選擇冷卻介質(zhì)溫差就是很重要的問題,通常選擇范圍為810。(3)以上的分析在冷凝負(fù)荷較小時同樣適用。圖74結(jié)束語,對影響汽車空調(diào)實際運行的參數(shù)進(jìn),從而選擇合適的設(shè)計參數(shù),達(dá)到換熱器與壓縮機的匹配設(shè)計。當(dāng)然實際影響換熱器設(shè)計的變工況參數(shù)還有很多,合理地選擇這些參數(shù),從理論上應(yīng)該可以得到更好的結(jié)果。參考文獻(xiàn)1吳寶志.汽車空調(diào)M.北京:宇航出版社,1991.96-120.2吳業(yè)正.小型制冷

12、裝置設(shè)計指導(dǎo)M.北京:機械工業(yè)出版社,1999.66-96.3黃允東.空調(diào)制冷系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計新方法J.制冷學(xué)報,1998,(3):12-20.4陳芝久.制冷系統(tǒng)熱動力學(xué)M.北京:機械工業(yè)出版社,1998.130-139.5StoeckerWF,JonesJW.RefrigerationandairconditioningM.NewYork:McGraw2HillBookCompany,1982.306-316.6吳寶志,袁曉梅.基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的汽車空調(diào)系統(tǒng)變工況運行的仿真研究J.合肥工業(yè)大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版),1999,22(3):43-47.(責(zé)任編輯朱華新)下期文章摘要預(yù)告磨削加工中圓柱體零件熱變形研究張勇