摘要:利用計算機仿真技米，結合國內外對汽車空調平行流式冷凝器的研究經驗，通過建立平行流式冷凝器的換熱模型并進行仿真計算，對換熱器翅片布置、管路流程安排等改變后對來統熱力性能的影響程度作了分析研究，為平行流式冷凝器的優化設計提供了輔助手段與理論參考.
　　關鍵詞:汽車空調;平行流式冷凝器;仿真
　　中圖分類號:U463 文獻標識碼:A
　　為了追求更高的換熱性能，汽車空調冷凝器依次經歷了管片式、管帶式、多元平行流式等結構形式一平行流式冷凝器是由管帶式冷凝器發展演變而來，也是由扁管和波浪形翅片組成，散熱片上同樣開有百葉窗條縫，扁管是每根截斷的，兩端有集流管，依據集流管分不分段，可分為多元平行流式和單元平行流式.單元式的冷凝器集流管不打斷，制冷劑流動方向一致;多元式的冷凝器，集流管中有隔片打斷，每段管數不同，進人冷凝器時，制冷劑呈氣態，比容最大，管數也最多，隨著制冷劑逐漸冷凝成液體，其比容減小，管子數也相應變少，這種變通流程的結構設計，使冷凝器的有效容積得到最合理的利用，使制冷劑的流動和換熱情況更趨合理，使得在同樣迎風面下，平流式結構與管帶式結構相比，換熱性能提高了30%以上;而空氣側阻力不變，甚至減小;制冷劑側阻力減少7000^\'80%.平行流式冷凝器吸收了管帶式的各項新技術，是制冷劑從R12轉換成R134a的最適宜替換機型，鑒于多元平行流式冷凝器的諸多優勢，它已成為目前最有前途的冷凝器形式.
　　本文建立了平行流式冷凝器的分布參數模型，編制了平行流式冷凝器的穩態分布參數模型仿真程序，并利用實驗結果對此進行了驗證.程序可用作系統結構參數分析與優化設計，但考慮到生產實際，未對具體的流道尺寸、翅片微觀結構等變化時部件性能的變化進行詳細分析.雖然這些在已有程序上實現起來非常容易，但實際應用過程中需要改變現有的模具和生產工序，使廠方望而生畏而最終成為紙上談兵[21.因此，著重運用程序對平行流式冷凝器的管路流程安排、翅片布置進行了研究探討，以期在不需很大改動的前提下，為汽車空調平行流式冷凝器的性能改良提供理論參考.
    1 平行流式冷凝器熱力性能仿真
    1.1 模型簡化
    為了分析問題的主要矛盾，忽略一些次要因素，對平行流式冷凝器作如下假設:
    1) 在同一流程中各流道內的制冷劑質量流量相同，忽略各流道相互之間的傳熱，不考慮分液不均勻間題.
    2) 冷凝器內制冷劑流動簡化為一維流動，制冷劑蒸氣和液體均不可壓縮，忽略其勢能.
    3) 忽略管壁軸向導熱，即沿翅片方向導熱占優.
    1.2 換熱系數公式選取
    對換熱設備而言，正確地計算換熱系數非常重要，直接決定產品設計是否合理.廣泛查閱了相關的換熱公式[3-61，經計算對比，最終確定選用以下公式進行計算.
    1.2.1 空氣側換熱系數
    由于空氣側換熱系數具有很強的結構性，一般由實驗得出，為了理論計算的方法，可采用以下準則關系式:
             
    1.2.2 制冷劑側換熱系數
    1) 過熱階段:
    制冷劑在過熱階段屬于無集態變化，同時制冷劑在管內又是受迫流運，根據其雷諾數的大小，又可分成尾流、紊流和過度區三種情況，在通常情況下，制冷劑雷諾數大于2 330，因而可作為紊流區來考慮.可按紊流公式計算管內過熱區的換熱系數:
            
    2) 飽和階段
    飽和兩相區是制冷劑蒸氣在管內不斷冷凝的過程，冷凝液積聚在管子底部，占據了一定的冷凝面積，這樣使得按整個表面計算的冷凝換熱系數低于管外冷凝時的值.其換熱系數可按下式計算:
             
             
    1.3 換熱數學模型的建立
    從冷凝器進口開始，取一個微元體，對于該微元體可以建立兩個熱平衡方程:
              
              
    將式( 8) ,(9),(10)進行迭代計算冷凝器中各管段的熱量.
    1.4 試驗驗證
    對某平行流式冷凝器進行了微元劃分，對上述方程進行了離散，以R134a為工質進行了仿真計算.該冷凝器制冷劑流道共36，分成5個流程，流程分配分別為:9;9;8;6;4.仿真與試驗結果對照如表
    1.仿真結果與實測值吻合較好，說明該程序可用于部件設計分析.
                    
    2 平行流式冷凝器結構設計分析
    2.1 制冷劑流程分配影響
    在換熱器外型尺寸及流程數不變的的情況下，改變每個流程的流道數，經仿真計算，結果列于表2.由于冷凝器的熱阻主要在空氣側，增大制冷劑側的傳熱系數帶來的效果不很明顯，由于冷凝初期制冷劑的比容較大，流速較快，為減小流阻，前一流程流道數應略多些.
                  
    2.2 翅片布置的影響
    2.2.1 翅片高度的影響
    圖 1給出了空氣側換熱系數隨翅片高度的變化，隨著翅片高度的增加，空氣側換熱系數減小，但單位管長的總外表面積增加，由此可見，在傳熱溫差一定的前提下，翅片高度存在理論上的最優值，仿真結果得出:翅片高度在6.72 mm時，換熱器的換熱量最大.
                 
    2.2.2 翅片間距的影響
    圖 2、 圖 3給出了空氣側換熱系數及阻力隨翅片間距的變化，由圖可見，翅片間距的減小有利于空氣側換熱的強化，但卻引起阻力的增加，導致空氣流量的降低，設計時應配合風機的流量一阻力特性來選取合適的翅片間距.
                  
                 
    3 結論
    利用計算機仿真技術，結合國內外對平行流式冷凝器的研究經驗，通過對平行流式冷凝器的仿真計算，對換熱器翅片安排、管路流程安排等改變后對系統性能影響程度作了分析研究，為平行流式冷凝器的優化設計提供了輔助手段與理論參考.