车辆工程技术
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车辆技术
0　概述
汽车空调工作环境复杂, 运行条件差, 运行时受影响因素多的特点，分析汽车空调制冷循环，建立压缩机、冷凝器和蒸发器的数学模型，通过仿真分析对汽车空调压缩机、冷凝器和蒸发器的匹配进行研究，以便对空调制冷系统合理选配提供依据。
1　汽车空调冷却系统简述
汽车空调冷却系统主要由压缩机、冷凝器、干燥器、蒸发器等部件组成，结构示意图如图1所示。冷却
系统循环
汽车冷却系统主要由4个过程组成：低温低压时制冷剂气体被压缩机吸入, 并压缩成高温高压的制冷剂气体, 此过程为压缩过程；制冷剂气体由压缩机排出后进入冷凝器, 此过程为冷凝过程；制冷剂通过膨胀阀节流时, 其前、后焓值相等是膨胀过程；制冷剂液体经膨胀阀降温后进入蒸发器, 吸热制冷后从蒸发器出口被压缩机吸入，此过程为蒸发过程。
2　车载热载荷计算
因为汽车空调制冷能力的大小主要由车箱热载荷来选取，所以计算车箱热载荷是选用和装修汽车空调冷却系统的重要途径之一。
（1）结构传热热载荷即通过车箱周围侧壁、车顶、地板等部分的传热量。车厢各部分结构不外乎是由金属蒙皮、绝热层、玻璃、框架等结构元件组成，均可用理论公式计算得出。（2）辐射热载荷主要是通过透明表面的太阳投射热载荷。车箱透明表面较多，经过这些透明表面太阳辐射直接进入车厢内部，被车内人员按和设备所吸收，但车内表面所辐射的能量一般不会再透过表面，这是因为透明表面对于较长波长的辐射来说几乎是不透明的，可通过理论公式计算得出。（3）附加热载荷包括乘员散发的热载荷和电器设备散发的热载荷。人体以辐射、对流和潜热等方式直接把热量加给周围，人体所释放的热量主要与车内空气的温度、湿度、流速有关，还与太阳的直接辐射、车内表面的温度以及人员活动的程度等有关；其次车内电器设备，如：录音机、冷却风扇等所发出的热量可根据功率计算得出；此外发动机
及其冷却散热器所散发的热量可能占整个车箱载荷的较大部分，可通过测量驾驶室地板的上下表面温度。（4）车厢的热平衡只要根据车箱的实际结构和汽车的行驶状态，根据相关的计算公司可计算出车箱厢的总热载荷。
3　冷却系统布置
在选用汽车空调冷却系统时，首先考虑工作的可靠性、安全性和舒适性。其次应满足制冷能力要球的前提下，考虑系统和附件的重量轻、体积小、价格低，还要考虑安装和检修的方便性。第三应合理使
用汽车的有效空间，使冷却系统在与其相关部件结构匹配合适的情况下保证制冷系统连接的气密性，主要附件安装布局原则如下：①压缩机是空调冷却系统的驱动部分，从价格上看约占整个系统的一半。通常在实际布置时，压缩机往往安装在汽车发动机散热器的风扇附近，应使压缩机的皮带轮与风扇的皮带轮处于同一垂直平面上，其具体安装位置主要取决于安装和检修的方便性；②汽车空调冷却系统的冷凝器是翘片式散热器，它把压缩机出口的制冷剂过热蒸汽冷却凝结为饱和液态制冷剂，通常情况下把冷凝器直接固定在发动机散热器的框架上；③汽车空调系统的蒸发器和送风口往往安装在一起组成一个联合装置，节流阀紧靠蒸发器安装，制冷剂的流量由节流阀控制，以保证蒸发器表面温度不致降至远离冰点。蒸发器和送风口组合件最好安装于车箱前顶端，以使空调系统的制冷能力更加充分。
4　仿真分析
建立稳态仿真模型，对压缩机、冷凝器和蒸发器匹配仿真流程进行计算分析。通过仿真分析得出冷凝温度、蒸发温度、空气进口温度、空气进出口温差对系统的影响结果，为汽车空调制冷系统合理选配提供理论根据。
（1）冷凝温度不同对制冷系统的影响是非常显著的。在蒸发温度、过热度和过冷度不变时, 冷凝温度降低会使压缩机的压比降低, 压缩机效率提高, 实际排量增加； 同时由循环计算单位冷凝负荷也增加，随冷凝温度的增加, 冷凝负荷减小, 而且几乎是呈线性变化的。（2）空气进出口温差对冷凝器设计的影响主要表现在两个方面：①对传热系数的影响, 传热温差对传热系数的影响明显比冷凝温度对其的影响要大, 而且传热温差越小传热系数较大；②对风量和迎面风速的影响, 选择小温差虽然可获得较高的传热系数, 但是风量和迎面风速会增加得更快。（3） 蒸发温度对蒸发器设计的影响与冷凝温度对冷凝器设计的影响是相似的。当制冷循环的其它条件不变时, 蒸发温度不同会造成整个制冷循环的性能发生变化。选择较低的蒸发温度作为设计参数时的负荷反而会小, 同时蒸发器的传热温差会增大, 这时设计的蒸发器面积偏小, 反之则偏大。（4）蒸发器的空气进口温度是由车内的温度决定的, 车内的温度也是根据人们的舒适性要求而定，温度太高会降低舒适性, 温度太低则空调系统的耗能量增加。蒸发温度和空气进口温度、空气进出口温差的选择是相互关联的，当需要较高的舒适性要求, 即较低的车内温度时，应选择较低的蒸发温度, 或较小的空气进出口温差才能得到合理的结果。（5）性能系数与空气进口温度的关系，蒸发温度升高会通过对传热系数的影响抑制其升高的趋势, 而冷凝温度的升高也通过对传热系数的影响
扩大其升高的趋势，这样就使得工作压比增加导致性能系数反而随着蒸发器空气进口温度升高而降低的结果。
5　结束语
汽车空调冷却系统设计与分析是系统性的工程，本文以上内容主要是理论层面的设计与分析，在实际设计过程中试验验证是必不可缺少的环节，是设计的延伸，也是一种辅助设计。
参考文献：
[1]郑闲德.制冷原理与装置[M].北京：北京出版社,2001.
[2]李媛，等.铝板翅式换热器翅片表面性能的试验研究[J].石油机械,2005.
浅谈汽车空调冷却系统设计与分析
康旭东，马　跃
（曼徳电子电器有限公司保定热系统分公司，河北 保定 071000）
摘　要：汽车已然成为人们日常出行的必备工具，人们对汽车的舒适性要求也越来越高。汽车空调制冷
系统作为提供汽车舒适性的附件越来越被人们重视。本文主要从汽车空调冷却系统简述、车载热载荷计算、冷却系统布置、仿真分析等方面进行归纳和阐述。关键词：
汽车空调；冷却系统；仿真
图1