平行流冷凝器的設(shè)計(jì)計(jì)算

韓光杰，梁永林，陶瑩，史正玉

（1.安徽江淮汽車集團(tuán)股份有限公司，安徽 合肥 230601；2.河南速達(dá)電動汽車科技有限公司，河南 三門峽 472000）

平行流冷凝器的設(shè)計(jì)計(jì)算

韓光杰1，梁永林2，陶瑩1，史正玉1

（1.安徽江淮汽車集團(tuán)股份有限公司，安徽 合肥 230601；2.河南速達(dá)電動汽車科技有限公司，河南 三門峽 472000）

文章以某開發(fā)車型為基礎(chǔ)，設(shè)計(jì)以R134a為制冷劑的空氣冷卻式冷凝器。文中詳細(xì)介紹了冷凝器的設(shè)計(jì)步驟，根據(jù)傳熱方程，計(jì)算出冷凝器的能力和迎風(fēng)面積，從而進(jìn)一步推算出冷凝器的實(shí)際面積和風(fēng)阻，選擇合適的冷凝器。

平行流；空氣流量；傳熱系數(shù)；傳熱面積

CLC NO.: U461.9 Document Code: A Article ID: 1671-7988 (2017)10-20-03

前言

冷凝器的作用是使由壓縮機(jī)排出的高溫高壓制冷劑與冷凝器外部的空氣進(jìn)行熱交換，將高溫高壓氣態(tài)制冷劑轉(zhuǎn)變?yōu)楦邷馗邏旱囊簯B(tài)制冷劑，并把熱量散發(fā)到車外環(huán)境中。平行流式冷凝器是目前汽車上使用最廣泛的結(jié)構(gòu)型式，由扁管和散熱翅片組成。與其他冷凝器相比，單位體積熱換能力，可提高 30%。

1、冷凝器設(shè)計(jì)計(jì)算步驟

1.1 計(jì)算由整車制冷量決定的冷凝器熱負(fù)荷：Qc=Qe+Pi

式中Qc：冷凝器的熱負(fù)荷（W）；Qe：整車制冷量，通常指設(shè)計(jì)工況下的制冷量（W）；Pi：壓縮機(jī)消耗的指示功率（W）。

也可以采用如下簡便形式：Qc=mQe

式中m—負(fù)荷系數(shù)，汽車空調(diào)一般選擇m=1.4

2.2 計(jì)算冷凝器的換熱量（傳熱方程）：Qc=KAoΔtm

式中K：傳熱系數(shù)[W/( m2·K)]；Ao：以外表面為基準(zhǔn)計(jì)算的傳熱面積(m2)；Δtm：制冷劑和冷卻介質(zhì)（空氣）的熱傳平均溫差（K）。

2、冷凝器計(jì)算示例

已知某車型整車制冷量為5809W，故要求換熱量Qc=1.4 ×5809w=8133w。冷凝器有5℃過冷，已知壓縮機(jī)在過冷度te=5℃及冷凝溫度tc=60℃時排氣溫度td=85℃，空氣進(jìn)風(fēng)溫度ta1=40℃。

2.1 計(jì)算制冷劑和空氣流量

根據(jù)tc=60℃和td=85℃，以及te=5 ℃，查 HFC134a 熱力性質(zhì)表，可得排氣比焓hd=456.5kj/kg，過冷液體比焓 hsc=278.7kj/kg。

故制冷劑質(zhì)量流量qm，r為：

取進(jìn)出口的空氣溫差Δta=12℃，空氣密度ρa(bǔ)=1.091 kg/m3，cp，a= 1.01kj/(kg·℃)，空氣的體積流量qv，a為：

2.2 結(jié)構(gòu)初步規(guī)劃

冷凝器采用平行流結(jié)構(gòu)，多孔扁管截面與百葉窗翅片的結(jié)構(gòu)型式，翅片寬度ωF=16mm，翅片高度hF=8.1mm，翅片厚度δF=0.135mm，翅片間距pF=1.4mm，百葉窗間距pL=1.1mm，百葉窗長度lL=6.5mm，百葉窗角度αL=27°，見圖1。多孔扁管分4個內(nèi)孔，每個內(nèi)孔高度為2mm，寬度為3.35mm，扁管外壁面高度為3mm，寬度為ωT=16mm，分三個流程，扁管數(shù)目依次為12、8、5．取迎風(fēng)面風(fēng)速為va=4.5m/s。則計(jì)算如下：

圖1 多孔扁管截面與百葉窗翅片的結(jié)構(gòu)型式及尺寸示意圖

每米管長扁管內(nèi)表面積Ar為：Ar=[2×(2+3.35)×10-3] ×4 m2/m=4.28×10-2m2/m

每米管長扁管外表面積Ab，a為：Ab，a=2×(16+3)×10-3m 2/m=3.8×10-2m2/m

每米管長翅片表面積Af，a為：Af，a=2×8.1×10-3×18× 10-3/(1.4×0.001) m2/m=0.185 m2/m

每米管長總外表面積Aa為：Aa=Ab，a+Af，a=(3.8×10-2+0.185) m2/m=0.223 m2/m

百葉窗高度 hL為：hL=0.5×pL×tanαL=(0.5×1.1× tan27°)mm=0.2802mm

2.3 計(jì)算空氣側(cè)表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)αa

根據(jù)已知條件，最小截面處風(fēng)速va， max為：

查取空氣的密度ρ=1.0715kg/m3，動力粘度μ=18.13× 10-6kg/(m·s)、熱導(dǎo)率λ=2.765×10-2w/(m·k)、普郎特數(shù)Pr=0.71，計(jì)算雷諾數(shù)Re、傳熱因子j、努塞爾數(shù)Nu及空氣側(cè)表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)αa如下：

由于 300

2.4 計(jì)算制冷劑側(cè)表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)αr

根據(jù)tc=60℃，查 HFC134a 飽和狀態(tài)下的熱力性質(zhì)表和熱物理性質(zhì)圖，可以求得：液態(tài)制冷劑密度ρl=1055.13kg/m3，氣態(tài)制冷劑密度ρv=86.67kg/m3，液態(tài)制冷劑的動力粘度μl=135.35×10-6kg/(m·s)，液態(tài)制冷劑的熱導(dǎo)率λl=66.64 ×10-6w/(m·k)；

由于冷凝器中制冷劑進(jìn)口過熱而出口過冷,因此計(jì)算制冷劑當(dāng)量質(zhì)量流量時,取平均干度χ=0.5，故當(dāng)量質(zhì)量流量qmr，eq為：

2.4.2 第二流程的參數(shù)計(jì)算

同理可計(jì)算得q‘mr，eq=3.6656×10-3kg/s，Reeq,r=13767，Nu=80.98，ar=2155w/（m2·k）

2.4.3 第三流程的參數(shù)計(jì)算

q‘mr，eq=5.865×10-3kg/s，Reeq,r=22027，Nu=117.95，ar=3138w/（m2·k）

2.5 如果忽略管壁熱阻及接觸熱阻，忽略制冷劑側(cè)污垢熱阻，取空氣側(cè)污垢熱阻ra=0.0003m2·k/w，則傳熱系數(shù)K為：

對數(shù)平均溫差Δtm為：

所以所需傳熱面積(以外表面為基準(zhǔn))Ao為：

取L=0.880m

3、總結(jié)

以上是冷凝器的詳細(xì)計(jì)算過程，由于數(shù)據(jù)、參數(shù)、經(jīng)驗(yàn)值等較多，計(jì)算中難免會出現(xiàn)一些錯誤，需要反復(fù)計(jì)算。根據(jù)以上計(jì)算數(shù)據(jù)可以得出冷凝器的換熱能力和迎風(fēng)面積，由這些我們可以進(jìn)一步確定冷凝器的實(shí)際面積和風(fēng)阻，以便進(jìn)行整車數(shù)據(jù)布置及校核。

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Design and Calculation of Parallel Flow Condenser

Han Guangjie1, Liang Yonglin2, Tao Ying2, Shi Zhengyu2
（1. The Center of Technology of Jianghuai Automobile Co. Ltd., Anhui Hefei 230601；2. Henan Suda electric Technology Co. Ltd., Henan Sanmenxia 472000）

In this paper, cased on a development model, the design of R134a ail cooling condenser. The design procedure of the condenser is introduced in detail, and the heat transfer capacity and the windward area ara calculated according to the heat transfer equation.In order to calculate the condenser area and the actual drag,select the appropriate condenser.

Parallel Flow; Air flow; Heat transfer coefficient; Heat transfer area

U461.9

A

1671-7988 (2017)10-20-03

10.16638/j.cnki.1671-7988.2017.10.008

韓光杰，男，（1987.12-），電氣設(shè)計(jì)主管，就職于安徽江淮汽車股份有限公司技術(shù)中心，從事汽車空調(diào)及線束系統(tǒng)的開發(fā)設(shè)計(jì)工作。