汽车研发: 空调冷凝器的结构和原理分析！

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前言

冷凝器是空调系统的四个主要部件之一，其热交换性能直接影响系统的性能. 本文比较并分析了三个汽车空调冷凝器的结构特征，尤其是使用最广泛的平行流冷凝器. 最后，通过数学模型的建立，获得了影响换热效率的相关因素.

首先，冷凝器的工作原理

冷凝器是一种热交换器，其将经过压缩机的高温高压气态工作流体冷凝成中高温高压液体. 它是制冷循环的四个主要部分之一.

冷凝器的具体热交换过程如下: 冷凝器扁平管中的高温高压气态制冷剂通过管壁和散热片将热量释放到周围的空气中，从而冷凝成液体，这是一个放热过程，流经冷凝器的空气被加热是一个吸热过程. 壁面换热过程在两种换热流体之间总是存在温差，并且通过一定的换热面积以一定的换热效率进行换热.

两个. 不同类型冷凝器特性的比较

由于汽车空调的工作环境比较恶劣，为了追求更高的热交换性能，汽车空调的冷凝器采用强制对流空气冷却，先后经历了翅片式，管带式，多次平行流类型等结构类型.

1管切片

管翅式冷凝器是一种较早的热交换器形式. 它是传统的热交换器. 它通常由圆管和各种类型的鳍片组成. 散热片和传热管通过膨胀管连接. 翅片管冷凝器热效率低，但结构简单，加工成本低，因此仍在大中型汽车空调中使用.

2管带式

管带式冷凝器的结构特点是使用多孔扁平管和波纹状翅片来扩大表面，每单位体积的热交换面积大. 这是一个紧凑的热交换器. 管带式冷凝器传热面积大，传热系数高，热阻低，但其流阻远大于管板式.

3平行流冷凝器

对流冷凝器的结构与带式冷凝器非常相似，它也是紧凑的热交换器. 它由带式冷凝器开发而成，由带孔的扁平管和波纹百叶窗散热片组成. 由于对流冷凝器的每个扁管都被切断，并且两端都有集管，因此，根据集管是否分段，可以将其分为多次对流和单位对流. 对流冷凝器的换热性能得到了进一步的提高，具有换热系数高，重量轻，结构紧凑，制冷剂充量少的优点.

1）结构紧凑

与管式冷凝器相比，对流冷凝器减小了管的厚度. 在两相区和过冷液体区的后半部分，制冷剂具有较高的流速和传​​热系数. 这种可变流量设计还可以有效利用平行流冷凝器的容积.

2）降低空气侧阻力

增加管内的传热强度；减小扁管的宽度以减小空气阻力.

3）降低制冷剂侧的阻力

多元件对流冷凝器的歧管中有隔板，每个部分的管数不同. 当进入冷凝器时，制冷剂处于气态，具有最大的比容和最大的管数. 随着制冷剂逐渐凝结成，液体的比容减小，管数也相应减少. 因此，与管带式相比，对流冷凝器的制冷剂侧的流动阻力大大降低，仅为20％至30％.

4）传热系数提高

百叶窗式散热片在气流方向上具有垂直不连续性，形成流体剥落，增加了空气湍流，并增加了空气侧的传热系数；采用更密集的翅片布置以增加空气侧交换热区. 同时，可变工艺设计中制冷剂的流动和换热更加合理，与管带式相比，总换热能力提高了30％以上.

平行流冷凝器是目前使用最广泛的汽车冷凝器.

3. 对流冷凝器传热效率的计算

对流冷凝器是一种热交换器，它通过制冷剂与空气之间的热交换实现能量传递. 传热公式可以表示为:

在公式中: Q-热交换； F-热交换面积；-热交换温差； K传热系数.

从公式可以看出空调系统冷凝器作用，增加热传递系数，增加热交换面积和热交换温差都可以增加热传递. 该公式是用于热交换器的传热计算的通用公式. 对流冷凝器传热的计算需要确定翅片面积，扁管外壁面积，扁管内壁面积，换热器外部的总换热面积管道，空气侧和管道内部的传热系数. 制冷剂的热传递系数可用于正确计算热传递. 计算公式如下:

其中: Sf——鳍区； B1——鳍片宽度； h——翅片高度，L——扁管长度； p——鳍片间距.

式中: S0——管子外壁面积； δt——翅片厚度.

在公式中: Si——管内壁的面积; n——扁管孔数； a——扁管孔的宽度； b——扁管孔的高度.

其中: St——管子外部的总热交换面积.

式中: a——空气侧传热系数； Nu——努塞尔数； λ——导热系数； l——特征尺寸.

其中: ai——管内冷凝器的传热系数； Dc——等效直径.

在公式中: ko——总传热系数； ri，ro——内外污染系数，（m2·K）/ W.

从公式可以看出，对流冷凝器提高了换热系数，提高了换热效率，即降低热阻，增加换热面积或增加换热的平均温差会增加热交换.

从对流冷凝器的分析计算中可以看出，在满足制冷要求的前提下，冷凝器的尺寸不应太大. 过大的尺寸不仅安装不便，而且更重要的是，它将降低热交换效率. 案例分析的结果表明，随着冷凝器热交换面积的增加，热交换速率的增加变得越来越平缓，这导致了材料的浪费. 因此，当满足性能要求时，换热面积不应太大.

结论

如果要增加冷凝器的热交换空调系统冷凝器作用，仅增加热交换面积是不可行的. 因此，系统结构参数的分析和优化设计极为重要. 在随后的一系列冷凝器中，扁平管的尺寸将一一对应. ，分析了翅片和集管的微观结构变化时组件性能的变化，为汽车空调用平行流冷凝器的性能改进提供参考.

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