汽车空调（冷凝器和蒸发器）和系统的建模与仿真

【摘要】: 冷凝器和蒸发器是汽车空调系统的关键换热设备. 其结构尺寸和热交换性能对汽车空调系统的布局，运行特性和经济性能具有重要影响. 通常，使用物理对象进行实验需要大量资金和时间支持，并且结果通常会受到各种因素的影响，例如手动操作规范和实验条件. 但是，计算机仿真的成本较低且周期短. 计算机仿真已成为汽车空调研究的重要手段. 本文利用MATLAB / Simulink建立汽车空调稳态仿真模型，在此基础上，分析了汽车空调蒸发器和冷凝器的整体性能，并为选择和提供参考意见. 换热器的结构优化. 具体工作如下: （1）利用MATLAB / Simulink建立了R134a物理性能计算模型，解决了计算机传输的物理性能参数的准确性和速度问题，最终的计算结果验证了所建立的热学性能. 与文献数据比较，具有良好的制冷性能，模型的准确性和数据的一致性高，可以满足制冷循环仿真的需要. （2）采用集中参数法建立了平行流冷凝器和平行流蒸发器模型，并建立了控制方程空调系统冷凝器作用，空气侧传热系数和压降公式，制冷剂侧传热系数和压降公式. ，以及相应的算法流程；通过集中参数法建立涡旋压缩机模型，给出了排气量，容积效率，等熵效率等. （3）使用MATLAB中的Function函数编写相关程序，对冷凝器和蒸发器（液相区，气相区和两相区）进行传热设计计算，并研究扁管的翅片结构热交换器等截面热交换流，单相区和两相区换热器性能仿真分析与讨论.

（1）单相区的模拟表明，在条件范围内，增加空气流量和增加低温区的传热面积可以有效地减少冷凝过热区的体积. （2）两相区的模拟表明，制冷剂侧的传热系数沿管子的长度减小，制冷剂侧的压力逐渐减小，压降远大于制冷剂侧的压降. 气相. 下降更为明显. （4）通过模拟模型研究空气侧和制冷剂侧的结构参数对热交换器性能的影响，例如: 翅片间距，百叶窗打开角度，扁管数量，孔的形状等. 对热交换器的性能有影响. 研究结构表明，在条件允许的范围内，翅片高度可以取较大的值. 散热片间距和百叶窗开口间距应取较小的值；百叶窗打开角度应为27.5°;扁平管孔的数量可以适当增加. （5）Simulink用于建立汽车空调系统的稳态仿真模型，该模型依次连接压缩机子系统，热交换器子系统，膨胀阀和制冷管道. 研究正常运行条件下运行条件变化对系统性能的影响，例如: 热交换器的进气温度，热交换器的迎面风速以及压缩机的速度对系统性能的影响，以及提出相应的优化建议. 研究结果表明: （1）冷凝器入口空气温度的升高会导致系统凝结和蒸发，压缩机功耗增加，制冷量降低，COP降低；蒸发器入口空气温度升高，系统冷凝水蒸发温度升高，同时，制冷量和压缩机功耗均有一定程度的提高，COP略有增加.

（2）冷凝器侧迎面风速的增加减少了系统的冷凝和蒸发温度，冷却能力增加，压缩机功耗降低，COP增加；蒸发器侧即将来临的风速增加空调系统冷凝器作用，会增加系统的冷凝和蒸发温度，冷却能力降低，压缩机功耗增加，COP增加. （3）当压缩机速度增加时，系统冷凝温度升高，蒸发温度降低，冷却能力和压缩机功耗增加，并且系统COP逐渐增加. 仿真结果的分析可为汽车空调的设计和优化提供参考，并提出相应的优化建议.

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