某輕型客車頂置蒸發(fā)器性能研究

安徽江淮汽車集團(tuán)股份有限公司 安徽合肥 230601

本文通過研究某歐系輕型客車出口中東市場空調(diào)的制冷性能，在整車空間布置變化困難、整車設(shè)變成本控制、不增大壓縮機(jī)排量及不改變前空調(diào)系統(tǒng)布置的情況下，采用優(yōu)化頂置蒸發(fā)器的芯體尺寸，提升空調(diào)系統(tǒng)的制冷性能。在此項(xiàng)研究活動中，我們主要針對厚度38mm與56mm平行流蒸發(fā)器開展性能對比研究。通過對蒸發(fā)器芯體模型建立、臺架性能測試、整車環(huán)境模擬測試及終端市場測試等對比評價(jià)兩種芯體制冷性能，為提升空調(diào)系統(tǒng)制冷性能提供數(shù)據(jù)參考。

1 平行流蒸發(fā)器傳熱分析基礎(chǔ)理論

1.1 傳熱學(xué)基本方程式

上述公式中：Q—熱負(fù)荷，單位：W；

K—平行流蒸發(fā)器的傳熱系數(shù)，單位：W/m2℃；

A—換熱傳熱面積，單位：m2；

△t—換熱面平均溫差，單位：℃。

從上述公式得知，為使平行流蒸發(fā)器在傳熱以及換熱上的水平等到有效的提升，通常采用加大推動力以及降低熱阻力，實(shí)際上就是增加△t或是加大A與K。

1.2 空氣的側(cè)制冷量計(jì)算方法

平行流蒸發(fā)器所制造出來的制冷量主要是由車型、車體結(jié)構(gòu)和換熱性等來決定的。而空氣側(cè)被吸收的熱量重點(diǎn)包括顯熱與潛熱。

方程式中Qs為顯熱部分，Q1是潛熱部分，其中顯熱部分可以按照下式計(jì)算：

方程式中：t1—流進(jìn)空氣的干球溫度，單位：℃；

t2—流出空氣的干球溫度，單位：℃；

cp—空氣的質(zhì)量定壓熱容，等于1.005kg/（kg.K）；

h1—空氣的質(zhì)量流量，單位：kg/s；

h1—空氣流入平行流蒸發(fā)器時(shí)的焓值，單位：kj/kg；

h2—空氣流出平行流蒸發(fā)器時(shí)的焓值，單位：kj/kg。

2 蒸發(fā)器結(jié)構(gòu)模型與優(yōu)化方案

2.1 頂置蒸發(fā)器結(jié)構(gòu)模型

某輕型客車車型后頂置蒸發(fā)器模型結(jié)構(gòu)主要包括雙平行流蒸發(fā)器芯體、H型膨脹閥、鼓風(fēng)機(jī)及殼體等組成。

2.2 蒸發(fā)器芯體結(jié)構(gòu)及優(yōu)化

（1）蒸發(fā)器芯體結(jié)構(gòu)。

原蒸發(fā)器芯體結(jié)構(gòu)模型如圖1所示，芯體厚度為38mm，長度為683mm，寬度148mm，翅片波距/波高/波寬：2.8/6/38mm。

圖1 優(yōu)化前芯體結(jié)構(gòu)

（2）蒸發(fā)器芯體優(yōu)化方案。

根據(jù)平行流蒸發(fā)器傳熱學(xué)基本方程式，Q＝K·A·Δt，在△t不變的情況下，通過改變加大換熱傳熱面積A與平行流蒸發(fā)器的傳熱系數(shù)K，增加熱負(fù)荷能力。鑒于此，該車型制冷性能提升主要把芯體厚度增加到56mm，翅片波距/波高/波寬：2.8/6/56mm，其它長度與寬度保持不變[1]。如圖2所示。

圖2 優(yōu)化后芯體結(jié)構(gòu)模型

3 蒸發(fā)器芯體臺架測試與數(shù)據(jù)分析

3.1 蒸發(fā)器芯體臺架測試

（1）蒸發(fā)器芯體臺架試驗(yàn)方法與條件。根據(jù)空氣的側(cè)制冷量理論計(jì)算公式 Q0=Qs+Q1=Ga（h1+h2）與 Qs=Ga·cp·（t1+t2），通過汽車空調(diào)性能試驗(yàn)，試驗(yàn)中不改變蒸發(fā)器室流進(jìn)、流出空氣的溫度及膨脹閥的壓力等，只改變蒸發(fā)器側(cè)的空氣流量條件下，測試蒸發(fā)器的熱轉(zhuǎn)換能力。具體測試條件如下：

①蒸發(fā)器室干球溫度26.7℃,蒸發(fā)器室濕球溫度19.4℃；

②冷凝器室干球溫度35℃；

③膨脹閥入口壓力1.524MPa 膨脹閥過冷度5℃；

④蒸發(fā)器出口壓力0.193Mpa，出口過熱度5℃；

⑤風(fēng)量 500m3/h，600m3/h，700m3/h，800m3/h。

（2）芯厚38mm測試數(shù)據(jù)。按照芯體測試條件四種風(fēng)量500m3/h、600m3/h、700m3/h 及 800m3/h 狀態(tài)測試，制冷性能、冷媒阻力及通風(fēng)阻力測試數(shù)據(jù)如下表1：

表1

（3）芯厚56mm測試數(shù)據(jù)。按照芯體測試條件四種風(fēng)量500m3/h、600m3/h、700m3/h 及 800m3/h 狀態(tài)測試，制冷性能、冷媒阻力及通風(fēng)阻力測試數(shù)據(jù)如下表2：

表2

4 整車環(huán)境倉模擬試驗(yàn)與數(shù)據(jù)分析

根據(jù)臺架測試蒸發(fā)器芯規(guī)格制作芯厚38mm與56mm芯各一套，裝配在某輕型客車上，通過國內(nèi)空調(diào)廠家的環(huán)境倉模擬43℃與49℃環(huán)境溫度要求，并按照QC/T 658-2010標(biāo)準(zhǔn)測試，分析空調(diào)后出風(fēng)口的溫度變化。

4.1 試驗(yàn)工況與車內(nèi)傳感器布置

整車按照QC/T 658-2010標(biāo)準(zhǔn)測試，四種工況速度、時(shí)間及檔位要求如下圖3表示：

圖3

整車每個(gè)出風(fēng)口溫度傳感器布置如圖5-2模型所示：

圖4

4.2 模擬試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析

（1）三種不同組合試驗(yàn)數(shù)據(jù)。

表3

5 終端市場整車測試與數(shù)據(jù)分析

通過發(fā)運(yùn)兩臺優(yōu)化后的車輛到沙特市場，空調(diào)性能測試安排在沙特首都利雅得，采用QC/T 658-2010《汽車道路空調(diào)制冷試驗(yàn)規(guī)范》，設(shè)備FLUKE 2635A，布置24個(gè)傳感器數(shù)據(jù)采集點(diǎn)，整車空載與滿載兩種工況測試。

5.1 測試工況與車內(nèi)傳感器布置

整車按照QC/T 658標(biāo)準(zhǔn)測試，四種工況速度、時(shí)間及檔位要求如圖表示；整車部分出風(fēng)口溫度傳感器布置如圖5-2模型所示。

5.2 終端測試數(shù)據(jù)分析

（1）兩臺車輛測試數(shù)據(jù)。

（2）整車測試結(jié)果分析。從終端市場兩臺車輛數(shù)據(jù)分析，都滿足了QJQ 8101.11-2012《整車空調(diào)系統(tǒng)性能技術(shù)要求》，優(yōu)化后的空調(diào)與原狀態(tài)車輛比較，后空調(diào)出風(fēng)口溫度降低1-3℃，制冷效果提升明顯，滿足了終端市場使用要求。

6 結(jié)語

本論文通過兩種38mm與56mm頂置平行流蒸發(fā)器芯體性能的對比研究，主要有以下結(jié)論：（1）在不改變平行流蒸發(fā)器芯體內(nèi)部結(jié)構(gòu)與翅片尺寸、角度的情況下，增加蒸發(fā)器的厚度，可以提高平行流蒸發(fā)器的制冷能力；（2）通過蒸發(fā)器臺架驗(yàn)證、整車環(huán)境倉模擬空調(diào)試驗(yàn)、運(yùn)用FLUCK對終端市場空調(diào)測試等試驗(yàn)方法，為空調(diào)系統(tǒng)開發(fā)提供方法參考；（3）終端市場大量的空調(diào)數(shù)據(jù)采集，為國內(nèi)開發(fā)中東版的整車空調(diào)系統(tǒng)提供了數(shù)據(jù)支撐，建立了數(shù)據(jù)參考；（4）從理論到終端，有效的串聯(lián)了臺架測試、環(huán)境倉模擬及終端測試，為實(shí)驗(yàn)室測試準(zhǔn)確度提供了有力的支撐和標(biāo)準(zhǔn)對照，新車型開發(fā)不再需要花費(fèi)大量精力在終端測試環(huán)節(jié)，節(jié)約了開發(fā)成本，縮短了開發(fā)周期。