10.16638/jki.1671-7988.2017.10.008
韩光杰1，梁永林2，陶莹1，史正玉1
（1.安徽江淮汽车集团股份有限公司，安徽合肥230601；2.河南速达电动汽车科技有限公司，
河南三门峡472000）
摘要：文章以某开发车型为基础，设计以R134a为制冷剂的空气冷却式冷凝器。文中详细介绍了冷凝器的设计步骤，根据传热方程，计算出冷凝器的能力和迎风面积，从而进一步推算出冷凝器的实际面积和风阻，选择合适的冷凝器。
关键词：平行流；空气流量；传热系数；传热面积
中图分类号：U461.9 文献标识码：A 文章编号：1671-7988 (2017)10-20-03
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）
Abstract: 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. Keywords: Parallel Flow; Air flow; Heat transfer coefficient; Heat transfer area
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压缩机排出的高温高压制冷剂与冷凝器外部的空气进行热交换，将高温高压气态制冷剂转变为高温高压的液态制冷剂，并把热量散发到车外环境中。平行流式冷凝器是目前汽车上使用最广泛的结构型式，由扁管和散热翅片组成。与其他冷凝器相比，单位体积热换能力，可提高30％。
1、冷凝器设计计算步骤
1.1 计算由整车制冷量决定的冷凝器热负荷：Q c=Q e+P i
式中Q c：冷凝器的热负荷（W）；Q e：整车制冷量，通常指设计工况下的制冷量（W）；P i：压缩机消耗的指示功率（W）。
也可以采用如下简便形式：Q c=mQ e
式中m—负荷系数，汽车空调一般选择m=1.4
2.2 计算冷凝器的换热量（传热方程）：Q c=KA oΔt m
式中K：传热系数[W/( m²·K)]；A o：以外表面为基准计算的传热面积(m²)；Δt m：制冷剂和冷却介质（空气）的热传平均温差（K）。
2、冷凝器计算示例
已知某车型整车制冷量为5809W，故要求换热量Q c=1.4×5809w=8133w。冷凝器有5℃过冷，已知压缩机在过冷度t e =5℃及冷凝温度t c=60℃时排气温度t d=85℃，空气进风温度t a1 =40℃。
作者简介：韩光杰，男，（1987.12-），电气设计主管，就职于安徽江淮汽车股份有限公司技术中心，从事汽车空调及线束系统的开发设计工作。
汽车实用技术
21 2017年第10期
2.1 计算制冷剂和空气流量
根据t c=60℃和t d=85℃，以及t e=5 ℃，查 HFC134a 热力性质表，可得排气比焓h d=456.5kj/kg，过冷液体比焓h sc =278.7kj/kg。
故制冷剂质量流量q m，r 为：
取进出口的空气温差Δt a=12℃，空气密度ρa=1.091 kg/m³，c p，a= 1.01kj/(kg·℃)，空气的体积流量q v，a为：
2.2 结构初步规划
冷凝器采用平行流结构，多孔扁管截面与百叶窗翅片的结构型式，翅片宽度ωF=16mm，翅片高度h F=8.1mm，翅片厚度δF=0.135mm，翅片间距p F=1.4mm，百叶窗间距p L=1.1mm，百叶窗长度l L=6.5mm，百叶窗角度αL=27°，见图1。多孔扁管分4个内孔，每个内孔高度为2mm，宽度为3.35mm，扁管外壁面高度为3mm，宽度为ωT=16mm，分三个流程，扁管数目依次为12、8、5．取迎风面风速为v a=4.5m/s。则计算如下：
汽车冷凝器图1 多孔扁管截面与百叶窗翅片的结构型式及尺寸示意图
每米管长扁管内表面积A r为：A r=[2×(2+3.35)×10-3]×4 m²/m=4.28×10-2m²/m
每米管长扁管外表面积A b，a为：A b，a=2×(16+3)×10-3m ²/m=3.8×10 -2 m²/m
每米管长翅片表面积A f，a为：A f，a=2×8.1×10-3×18×10-3/(1.4×0.001) m²/m=0.185 m²/m
每米管长总外表面积A a为：A a=A b，a+A f，a=(3.8×10-2 +0.185) m²/m=0.223 m²/m
百叶窗高度h L为：h L=0.5×p L×tanαL=(0.5×1.1×tan27°)mm=0.2802mm
扁管内孔水力直径D h，r为：
翅片通道水力直径D h，a为：
2.3 计算空气侧表面传热系数αa
根据已知条件，最小截面处风速v a， max为：
按空气进口的平均温度的平均值：
查取空气的密度ρ=1.0715kg/m³，动力粘度μ=18.13×10-6 kg/(m·s)、热导率λ=2.765×10-2w/(m·k)、普郎特数Pr=0.71，计算雷诺数Re、传热因子j、努塞尔数N u及空气侧表面传热系数αa如下：
由于 300<Re a=580<4000，故：
2.4 计算制冷剂侧表面传热系数αr
根据t c=60℃，查 HFC134a 饱和状态下的热力性质表和热物理性质图，可以求得：液态制冷剂密度ρl=1055.13kg/m ³，气态制冷剂密度ρv=86.67kg/m³，液态制冷剂的动力粘度μl=135.35×10-6kg/(m·s)，液态制冷剂的热导率λl=66.64×10-6w/(m·k)；
液态制冷剂的普郎特数Pr1：
由于冷凝器中制冷剂进口过热而出口过冷，因此计算制冷剂当量质量流量时，取平均干度χ=0.5，故当量质量流量q mr，eq为：
2.4.1 第一流程的参数计算
单一孔内当量制冷剂质量流量
制冷剂表面传热系数a r为：
2.4.2 第二流程的参数计算
同理可计算得q‘mr，eq=3.6656×10-3kg/s，r eq,
e R=13767，
u
N=80.98，a r=2155w/（m²·k）
2.4.3 第三流程的参数计算
q‘mr，eq=5.865×10-3kg/s，r eq,
e R=22027，
u
N=117.95，
a r=3138w/（m²·k）
2.4.4由于三个流程的表面传热系数不一样，传热面积也不同，因此必须按面积百分比计算其平均值。平均表面传热系数为：
2.5如果忽略管壁热阻及接触热阻，忽略制冷剂侧污垢热阻，取空气侧污垢热阻r a=0.0003㎡·k/w，则传热系数K为：
韩光杰等：平行流冷凝器的设计计算22 2017年第10期
对数平均温差Δt m为：
所以所需传热面积(以外表面为基准)A o为：
所需扁管长度L为：
取L=0.880m
3、总结
以上是冷凝器的详细计算过程，由于数据、参数、经验值等较多，计算中难免会出现一些错误，需要反复计算。根据以上计算数据可以得出冷凝器的换热能力和迎风面积，由这些我们可以进一步确定冷凝器的实际面积和风阻，以便进行整车数据布置及校核。参考文献
[1] 彦启森，石文星，田长青.空气调节用制冷技术[M].北京：中国建筑
工业出版社,2004.
[2] 邱嘉昌，刘黄炳.蒸发式制冷器的特点及应用[J].小氮肥.2006
(3):6-8.
[3] 余建祖.换热原理与设计[M].北京：北京航天航空大学出版社.
2006:25-27.
[4] 中国汽车技术研究中心情报所.中国制冷空调工业协会.汽车空调
技术数据与维修手册[M].1996,2.
[5] 刑惠娟.汽车空调用全铝平流式冷凝器的研究[D].北京：清华大学,
1995.
[6] 吴凯东.蒸发式冷凝器在空调系统的应用[J].机电信息,2009（16）,
49-52.
（上接第12页）
由于汽车座椅减振系统大多是集中在控制上或者改变弹簧刚度[10]上，这些并没有使驾驶员座椅到达最佳舒适性。针对以上存在的问题，在以后的研究中将进一步探索座椅减振问题。
（1）进一步优化座椅减振系统的物理模型，建立数学模型，对座椅减振系统的评价指标进一步的分析；
（2）优化座椅减振系统的刚度，由线性向非线性进行优化，充分考虑驾驶员座椅的舒适性和安全性。
（3）利用计算机软件对研究内容进行仿真验证，多变量进行仿真优化，达到最佳设计，更进一步提高座椅的乘坐舒适性和安全性，减轻驾驶员的工作疲劳强度。
参考文献
[1] 章丽萍, 张培培, 孟晓丽, 等. 一种新型农用车辆减震座椅的设
计[J]. 汽车实用技术, 2014 (12): 61-64. [2] 张志勇. 半主动座椅悬架控制理论与实验研究[D]. 湖南大学,
2008.
[3] 万伟. 农用车辆磁流变半主动减振座椅的建模与仿真研究[D].
华中农业大学, 2012.
[4] 余志生. 汽车理论[M]. 北京：机械工业出版社, 2009.
[5] 黄斌，蒋祖华等. 汽车座椅系统动态舒适性的研究综述［J］.汽
车科技，2001.6.
[6] 刘少军，曹君，朱洁，黄运明. 车辆座椅悬架系统的建模与鲁棒
控制研究［J］.信息与控制，2007.12.
[7] 朱华.基于磁流变技术的车用减震器［J］.汽车零部件，2009.4.
[8] 刘会英, 盖玉先, 郑超. 汽车座椅主动振动控制与仿真分析. 中
国机械工程, 2006, 06, 12(17)：1227-1230.
[9] 李以农, 郑玲. 汽车非线性半主动悬架的模糊神经网络控制[J].
汽车工程, 2004, 26(5)：600-628.
[10] 高丽杰. 基于正负刚度弹簧并联的车辆座椅隔振技术研究[D].
东北林业大学, 2009.
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